力磁電多場耦合測量系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，包括：力加載模塊，力加載模塊包括連接桿、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器；磁加載模塊，磁加載模塊包括：處理模塊，處理模塊包括信號發(fā)生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計(jì)；其中，信號發(fā)生器與亥姆赫茲線圈相連，力顯示器與力傳感器相連，鎖相放大器與待測試件上下表面相連，力加載模塊嵌套在磁加載系統(tǒng)中，并通過固定基座來固定其相對位置，固定基座與鋁架通過緊固件固定，力傳感器固定在鋁架上。本發(fā)明的系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同力場、不同磁場的耦合時(shí)復(fù)合材料磁電性能的測量，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可重復(fù)性高。
【專利說明】力磁電多場耦合測量系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明具體涉及一種力磁電多場耦合測量系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]磁電復(fù)合材料是一種廣泛使用的智能材料，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)拸V，服役環(huán)境非常復(fù)雜。磁電復(fù)合材料在實(shí)際服役環(huán)境中不免會受到力場干擾。這種干擾目前日益受到科研人員重視，一方面這種干擾會導(dǎo)致層狀磁電輸出出現(xiàn)失真的現(xiàn)象。另一方面，這種干擾與磁場耦合時(shí)可能會導(dǎo)致某些磁電材料輸出信號放大。因此，科研人員開展對磁電復(fù)合材料的多場耦合的研究，一方面希望探討干擾失真規(guī)律，給出修正系數(shù)，修正輸出信號，保證輸出信號的準(zhǔn)確性。另一方面希望研究耦合干擾對磁電系數(shù)的增益，達(dá)到放大輸出信號的效果，提高輸出信號，擴(kuò)展磁電復(fù)合材料的使用范圍。然而，傳統(tǒng)的磁電復(fù)合材料研究聚焦在磁場、溫度對磁電性能的影響，無法解決實(shí)際使用時(shí)磁電復(fù)合材料還受到力場干擾問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。
[0004]為此，本發(fā)明的目的在于提出一種力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同力場、不同磁場的耦合時(shí)復(fù)合材料磁電性能的測量，且該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、可重復(fù)性高。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提出了一種力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，包括:力加載模塊，所述力加載模塊包括連接桿、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器；磁加載模塊，所述磁加載模塊包括:處理模塊，所述處理模塊包括信號發(fā)生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計(jì)；其中，所述信號發(fā)生器與所述亥姆赫茲線圈相連，所述力顯示器與所述力傳感器相連，所述鎖相放大器與待測試件上下表面相連，所述力加載模塊嵌套在所述磁加載系統(tǒng)中，并通過所述固定基座來固定其相對位置，所述固定基座與所述鋁架通過緊固件固定，所述力傳感器固定在所述鋁架上。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的力磁電多場I禹合測量系統(tǒng)，可以模擬磁電復(fù)合材料復(fù)雜的實(shí)際工作環(huán)境。通過對不同工況耦合情況下的數(shù)據(jù)的分析與研究，可以得出磁-力耦合加載對磁電系數(shù)的影響。結(jié)合理論分析可以得出力場對工作時(shí)磁電系數(shù)的干擾系數(shù)，修正測量的磁電數(shù)據(jù)，保證了工作時(shí)磁電數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)也可以利用這種干擾，提高測量的磁電系數(shù)數(shù)值。且該系統(tǒng)具有使用方便，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不同力場、靜磁場、交變磁場稱合時(shí)磁電復(fù)合材料的響應(yīng)研究。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的光力磁電多場耦合測量系統(tǒng)還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0008]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:緊鎖螺母，所述緊鎖螺母固定鑲嵌在所述鋁架上，并與所述連接桿相連。
[0009]在一些示例中，述連接桿為帶螺紋的連接桿。
[0010]在一些示例中，所述特斯拉計(jì)通過信號線與特斯拉探針相連。
[0011 ] 在一些示例中，所述處理模塊還包括直流磁場電源，所述直流磁場電源通過信號線與所述磁加載模塊相連。
[0012]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:兩側(cè)位移限定片，所述兩側(cè)位移限定片與所述鋁架通過四個(gè)緊固件固定。
[0013]在一些示例中，所述力加載模塊還包括:活動壓力塊，所述活動壓力塊鑲嵌在所述鋁架與所述兩側(cè)位移限定片之間的滑槽上。
[0014]在一些示例中，所述處理模塊還包括應(yīng)變儀,所述應(yīng)變儀與待測試件表面粘貼應(yīng)變片相連。
[0015]在一些示例中，所述信號發(fā)生器、力顯示器、鎖相放大器、應(yīng)變儀、直流磁場電源和特斯拉計(jì)固定設(shè)置在一個(gè)可移動多層平臺上。
[0016]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖；
[0019]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的力加載模塊的結(jié)構(gòu)原理示意圖；以及
[0020]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的待測試件放置方式示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0022]以下結(jié)合附圖描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)。
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，包括:力加載模塊1、磁加載模塊2和處理模塊3。
[0024]其中，力加載模塊I包括連接桿16、固定基座18、亥姆赫茲線圈20、鋁架21和力傳感器22。在一些示例中，連接桿16例如為帶螺紋的連接桿。
[0025]磁加載模塊2與力加載模塊I相連。
[0026]處理模塊3包括信號發(fā)生器4、力顯示器5、鎖相放大器6和特斯拉計(jì)9。在一些示例中，特斯拉計(jì)9例如通過信號線與特斯拉計(jì)探針相連。
[0027]其中，如圖1和圖2所示，信號發(fā)生器4通過接口 13與亥姆赫茲線圈20相連，力顯示器5通過接口 12與力傳感器22相連，鎖相放大器6通過接口 15與待測試件上下表面相連，力加載模塊I嵌套在磁加載模塊2中，并通過固定基座18來固定其相對位置，固定基座18與鋁架21通過緊固件固定，力傳感器22固定在鋁架21上，更為具體地，力傳感器22固定在鋁架21上凸出方桿上。
[0028]進(jìn)一步地，如圖1和圖2所示，力加載模塊I還包括:緊鎖螺母19、兩側(cè)位移限定片17和活動壓力塊24。其中，緊鎖螺母19固定鑲嵌在鋁架21上且不能轉(zhuǎn)動，并與連接桿16相連。兩側(cè)位移限定片17與鋁架21通過四個(gè)緊固件固定。活動壓力塊24鑲嵌在鋁架21與兩側(cè)位移限定片17之間的滑槽25中間，從而限制了活動壓力塊24使其智能上下滑動。
[0029]如圖1和圖2所示，處理模塊3還包括:應(yīng)變儀7和直流磁場電源8。其中，應(yīng)變儀7通過接口 14與待測試件表面粘貼應(yīng)變片相連。直流磁場電源8通過信號線11與磁加載模塊2相連。
[0030]在一些示例中，如圖1和圖2所示,亥姆赫茲線圈20、力傳感器22、待測試件上下表面、待測試件表面粘貼應(yīng)變片26引出的的信號線整合到統(tǒng)一的接線端子，接口分別為13、12、15 和 14。
[0031]在另一個(gè)示例中，信號發(fā)生器4、力顯示器5、鎖相放大器6、應(yīng)變儀7、直流磁場電源8和特斯拉計(jì)9固定設(shè)置在一個(gè)可移動多層平臺上。
[0032]作為一個(gè)具體示例，結(jié)合圖3所示，該力磁電多場耦合測量系統(tǒng)的測量原理概述為:首先，待測試件放置在試件臺23上，由于帶螺紋的連接桿16與緊鎖螺母19相連，在轉(zhuǎn)動連接桿16時(shí)連接桿16向下位移。由于特制鋁架21與兩側(cè)位移限定片17中間的滑槽25限制了活動壓力塊24使之只能上下滑動，因此，連接桿16帶動活動壓力塊24向下移動以對待測試件施加壓力，壓力大小通過力傳感器22和力顯示器5判讀。而由于帶螺紋的連接桿16與緊鎖螺母19的自鎖現(xiàn)象，因此，壓力保持恒定。
[0033]進(jìn)一步示例中，該測量系統(tǒng)的測量過程的主要步驟如下:
[0034]步驟1，調(diào)節(jié)及安裝:將待測試件放置在試件臺上，轉(zhuǎn)動帶螺紋的連接桿的位置使得待測試件保持微小的壓力，并保證待測試件不發(fā)生移動。
[0035]步驟2，參數(shù)設(shè)置:通過輸入力傳感器相應(yīng)的參數(shù)，設(shè)定力顯示器的各個(gè)參數(shù)，保證壓力讀數(shù)準(zhǔn)確。
[0036]步驟3，測試:打開信號發(fā)生器，向亥姆赫茲線圈輸入特定頻率、特定電壓的交流電流。打開靜磁場電源，向電磁鐵輸入電源。打開鎖相放大器，接收壓電材料上下表面電壓。打開應(yīng)變儀，測量磁電復(fù)合材料的應(yīng)變情況。轉(zhuǎn)動帶螺紋的連接桿，以帶動活動壓力塊給待測試件一定壓力，并通過力顯示器讀出。
[0037]步驟4，實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理:通過對不同耦合狀態(tài)時(shí)對應(yīng)磁電復(fù)合材料輸出的應(yīng)變、磁電系數(shù)的分析，可以得出多場耦合對磁電復(fù)合材料影響規(guī)律。
[0038]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的力磁電多場I禹合測量系統(tǒng)，可以模擬磁電復(fù)合材料復(fù)雜的實(shí)際工作環(huán)境。通過對不同工況耦合情況下的數(shù)據(jù)的分析與研究，可以得出磁-力耦合加載對磁電系數(shù)的影響。結(jié)合理論分析可以得出力場對工作時(shí)磁電系數(shù)的干擾系數(shù)，修正測量的磁電數(shù)據(jù)，保證了工作時(shí)磁電數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)也可以利用這種干擾，提高測量的磁電系數(shù)數(shù)值。且該系統(tǒng)具有使用方便，結(jié)構(gòu)緊湊，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)不同力場、靜磁場、交變磁場稱合時(shí)磁電復(fù)合材料的響應(yīng)研究。
[0039]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時(shí)針”、“逆時(shí)針”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0040]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括至少一個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是至少兩個(gè)，例如兩個(gè)，三個(gè)等，除非另有明確具體的限定。
[0041]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通或兩個(gè)元件的相互作用關(guān)系，除非另有明確的限定。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0042]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接觸，或第一和第二特征通過中間媒介間接接觸。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或僅僅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或僅僅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不必須針對的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例或示例以及不同實(shí)施例或示例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
[0044]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種力磁電多場稱合測量系統(tǒng)，其特征在于，包括: 力加載模塊，所述力加載模塊包括連接桿、固定基座、亥姆赫茲線圈、鋁架和力傳感器； 磁加載模塊，所述磁加載模塊與所述力加載模塊相連； 處理模塊，所述處理模塊包括信號發(fā)生器、力顯示器、鎖相放大器和特斯拉計(jì)； 其中，所述信號發(fā)生器與所述亥姆赫茲線圈相連，所述力顯示器與所述力傳感器相連，所述鎖相放大器與待測試件上下表面相連，所述力加載模塊嵌套在所述磁加載模塊中，并通過所述固定基座來固定其相對位置，所述固定基座與所述鋁架通過緊固件固定，所述力傳感器固定在所述鋁架上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述力加載模塊還包括:緊鎖螺母，所述緊鎖螺母固定鑲嵌在所述鋁架上，并與所述連接桿相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述連接桿為帶螺紋的連接桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述特斯拉計(jì)通過信號線與特斯拉探針相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還包括直流磁場電源，所述直流磁場電源通過信號線與所述磁加載模塊相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述力加載模塊還包括:兩側(cè)位移限定片，所述兩側(cè)位移限定片與所述鋁架通過四個(gè)緊固件固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述力加載模塊還包括:活動壓力塊，所述活動壓力塊鑲嵌在所述鋁架與所述兩側(cè)位移限定片之間的滑槽上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述處理模塊還包括應(yīng)變儀，所述應(yīng)變儀與待測試件表面粘貼應(yīng)變片相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的力磁電多場耦合測量系統(tǒng)，其特征在于，所述信號發(fā)生器、力顯示器、鎖相放大器、應(yīng)變儀、直流磁場電源和特斯拉計(jì)固定設(shè)置在一個(gè)可移動多層平臺上。
【文檔編號】G01N3/08GK104198282SQ201410400335
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】方菲, 周洋洋 申請人:清華大學(xué)