一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置製造方法
2023-07-30 16:55:56 2
一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置製造方法
【專利摘要】一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，屬於材料性能檢測【技術領域】。改進原有電容傳感器測量機構，利用電容傳感器直接測量材料的整體磁致伸縮係數；螺線管提供的磁場無剩磁、均勻區大。被測樣（3）隨磁場變化發生長度變化改變電容傳感器極板A（21）與電容傳感器極板B（22）間距的變化，電容傳感器（2）檢測到極板間距變化進而得到被測樣磁致伸縮係數。本發明具有以下優點：採用螺線管施加磁場，有效避免電磁鐵磁場均勻性差、剩磁等問題；採用電容傳感器測量磁致伸縮係數，可以完成被測樣整體磁致伸縮係數的高精度測量；採用非磁性材料製作壓力杆，避免了壓力杆對磁場均勻性的影響；操作簡單，便於操作員進行測量。
【專利說明】一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬於材料性能檢測【技術領域】，涉及一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]自20世紀80年代智能材料概念提出，該類材料物理機理、製備工藝及其在智能系統與結構中的應用等方面迅速成為研究熱點。而在智能材料中佔有重要地位的磁致伸縮材料是一類可以感知外界磁場的變化產生自身尺寸變化的材料。磁致伸縮材料性能優劣的表徵由磁致伸縮係數λ說明，沿著長度為L的棒狀磁致伸縮材料的軸向施加磁場H後，材料產生Λ L的伸長量，定義ΛΙν1=λ。
[0003]目前，測量磁致伸縮係數的方法主要有電阻應變片法、電容法、電渦流法、光幹涉法、光槓桿法等。現在廣大科研院所及生產單位主要採用的是電阻應變片法，這種方法是利用磁致伸縮變形導致電阻應變片變形，而電阻應變片變形必然帶來電阻變化，通過測量電阻變化就可以間接得到磁致伸縮係數。這種方法結構簡單，使用方便，靈敏度高，測量速度快，可以實現多點測量和測試過程自動化，工藝比較成熟，便於選擇和使用。但電阻應變片法也存在一定不足，主要表現在電阻應變片必須與樣品很好的粘接在一起，而粘接劑的多少會影響測量結果；電阻應變片引線的焊接、長短會影響測量結果；電阻應變片主要測量局部應變，而實際使用主要是整體使用。電容法是測量磁致伸縮材料的長度變化引起的兩電容極板間距的變化，將長度變化轉化為電容變化，它具有靈敏度高、頻率響應快、穩定性好、輸出信號直接轉換成電量、測量為非接觸式、不產生測力變形、整體測量等特點。但電容法測量時需要保證極板平行，這對樣品夾具有一定要求。電渦流法利用電渦流傳感器在激磁電流頻率和被測導體(磁致伸縮材`料)確定後，其振蕩電路輸出的大小隻隨端面與被測物的間隙變化而改變，通過測量輸出的電信號就可計算出磁致伸縮係數。電渦流法的優勢與電容法基本相同，但是因其更易受磁場變化的影響，一般只適合測靜態磁致伸縮。光槓桿法利用磁致伸縮引起光斑位移變化，通過檢測光斑位置得到磁致伸縮係數。這種方法結構雖然簡單，但是樣品的安裝不方便，對環境要求比較嚴格。光幹涉法也是一種非接觸測量方式，利用一束雷射的幹涉可探測到最小為Inm的位移。但是這種方法樣品安裝及光路的調整很不方便，對操作者實驗技能要求比較高。
[0004]磁致伸縮測量設備除了選擇合適的磁致伸縮係數檢測設備外，還需要磁場提供設備。目前，提供磁場的主要方式有兩種:電磁鐵和螺線管。電磁鐵在使用時，需要將測量樣品放在兩磁軛之間，樣品長短將會影響兩磁軛之間空隙長短。而空隙長短不同，磁場均勻性不同。長樣品在測量時其表面磁場的不均勻將會影響測量結果。同時，長期使用後，電磁鐵鐵芯被反覆磁化會有剩磁存在。螺線管構造簡單，使用方便，通電後在螺線管內產生軸向磁場，並且強度與電流保持線性關係，可以在螺線管中心區域有很長的均勻區。但通電後存在發熱量大的問題，在長時間使用過程中要注意散熱。同時，也許還有電磁輻射的影響。
【發明內容】
[0005]本發明針對目前磁致伸縮測量方法中:應變片法無法測量整體磁致伸縮；其他方法雖然能測量整體磁致伸縮，但存在設備結構複雜，對操作員要求高等問題；電磁鐵無法提供大的均勻磁場範圍，存在剩磁現象等問題，提供一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其
>J-U ρ?α裝直。
[0006]一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，具體測量步驟是:
[0007]1.安裝樣品。被測樣3放置在電容傳感器極板Α21和電容傳感器極板Β22中間。
[0008]2.按需要調節壓力施加及輸送臺5，由壓力杆4被測樣3施加應力。
[0009]3.電容傳感器2位置調整:前後調節電容傳感器2在電容傳感器極板Α21的位置，以保證測量過程中因被測樣3引起的長度變化在電容傳感器2測量範圍內。
[0010]4.用壓力施加及輸送臺5沿輸送導軌6將被測樣3推入螺線管均勻區11中間位置。
[0011]5.給螺線管線圈12供電，電容傳感器2檢測被測樣3的磁致伸縮變化，完成磁致伸縮測量。
[0012]採用螺線管I提供電磁場，所提供的電磁場強度由通入其中的電流強度I和線圈匝數η決定，結合被測樣3的最大長度需要確定螺線管均勻區11，被測樣3長度需要小於螺線管均勻區11長度。電磁場強度H的計算可參照公式:
[0013]
【權利要求】
1.一種測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於改進原有電容傳感器測量機構，利用電容傳感器直接測量材料的整體磁致伸縮係數；同時螺線管可以為測量實驗提供的磁場無剩磁、均勻區大；具體測量步驟如下: 0.安裝樣品:被測樣(3)放置在電容傳感器極板A (21)和電容傳感器極板B (22)中間； 2).按需要調節壓力施加及輸送臺(5)，由壓力杆(4)被測樣(3)施加應力； 3).電容傳感器(2)位置調整:前後調節電容傳感器(2)在電容傳感器極板A(21)的位置，以保證測量過程中因被測樣(3)引起的長度變化在電容傳感器(2)測量範圍內； 4).用壓力施加及輸送臺(5)沿輸送導軌(6)將被測樣(3)推入螺線管均勻區(11)中間位置； 5).給螺線管線圈(12)供電，電容傳感器(2)檢測被測樣(3)的磁致伸縮變化，完成磁致伸縮測量。
2.根據權利要求1所述的測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於:壓力杆(4)所採用的材料為非磁性材料，優選地一種材料為無磁不鏽鋼。
3.根據權利要求2所述的測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於:壓力杆(4)所採用的非磁性材料，為無磁不鏽鋼。
4.根據權利要求1所述的測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於:電容傳感器(2)固定在電容傳感器極板A (21)上，被測樣(3)長度變化改變電容傳感器極板A(21)與電容傳感器極板B (22)間距，固定在電容傳感器極板A (21)上的電容傳感器(2)即可檢測到這種變化，並輸出電信號，經轉換後可知磁致伸縮係數。
5.根據權利要求1所述的測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於:採用螺線管(I)提供電磁場，所提供的電磁場強度由通入其中的電流強度I和線圈匝數η決定，結合被測樣(3)的最大長度需要確定螺線管均勻區(11)，被測樣(3)長度需要小於螺線管均勻區(11)長度；電磁場強度H的計算公式為:
r24- JrJ+(t4.*)2rz-f JrJ+(￡—a-)2 H=---- (I + x) In—+ (L — x) Ir—、==， mirz-rt)+Jrf+a+λ-)2F1+Jrf+a-*}2 其中H為螺線管內距中心點距離X處的磁場強度，2L為螺線管長度，2ι為螺線管線圈內徑，2r2為螺線管線圈外徑，據此設計螺線管線圈(12)。
6.根據權利要求1所述的測量整體磁致伸縮係數的方法及其裝置，其特徵在於:為防止螺線管(I)工作期間產生熱量造成自身及螺線管均勻區(11)溫度上升影響使用，在螺線管線圈(12)內加入循環水管路系統。
【文檔編號】G01R33/18GK103576107SQ201310511420
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月25日 優先權日:2013年10月25日
【發明者】高學緒, 牟星, 包小倩, 李紀恆 申請人:北京科技大學