一種簡易可編程微弱應力施加裝置的制造方法
【專利摘要】一種簡易可編程微弱應力施加裝置，它涉及傳感器件和納米壓電發(fā)電機測試技術領域，豎直支架設置在測試平臺底座的一端，水平支架的一端與豎直支架連接，高頻高靈敏度壓力傳感器與控制與數據采集電腦連接，控制與數據采集電腦與可編程電流信號發(fā)生器連接，可編程電流信號發(fā)生器與輕質電感線圈連接，輕質電感線圈與輕質懸掛彈簧連接，永久磁鐵設置在磁力升降平臺的底部，它運用了手動兩級逼近裝置結合電磁控制輕質懸浮平臺實現了對樣品的接觸，其操作簡單，制造成本低廉，維護簡便。
【專利說明】
一種簡易可編程微弱應力施加裝置
技術領域
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[0001]本發(fā)明涉及傳感器件和納米壓電發(fā)電機測試技術領域，具體涉及一種簡易可編程微弱應力施加裝置。
【背景技術】
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[0002]壓力敏感器件，特別是壓力傳感器、壓電發(fā)電機，是工業(yè)實踐中最為常用的電子元件，其被廣泛應用于各種工業(yè)自控、人工智能傳感與能源收集等眾多行業(yè)。
[0003]目前常見的應力施加裝置主要有兩種:一種是利用步進電機對壓敏元件施加應變，通過應力傳感器測定在該應變下的應力，從而實現對特定應力的施加；另外一種是以氣體或液體為媒介，通過改變氣體或液體的壓強來實現對敏感器件應力的施加。這兩種測試裝置的局限性在于:第一種是通過步進電機施加，步進電機的精度最高只能到微米量級，對于測試小形變的壓敏元件具有一定的局限性，同時，步進電機只能施加非連續(xù)的應力，難于施加高頻率的周期性應力；第二種方案雖然能夠施加連續(xù)的微弱應力，但氣體和液體對高頻應力的傳導具有一定的局限性，這兩種法案都難于實現連續(xù)動態(tài)應力的施加。
[0004]壓力傳感器件、納米壓電發(fā)電機等壓敏元件工作時的形變通常都在亞微米量級，工業(yè)上關心壓敏傳感器在亞微米形變條件下的伏安特性(或能量輸出對于納米發(fā)電機)。壓敏傳感器的高頻特性決定了器件的采樣率，壓電發(fā)電機的頻率特性決定了器件的輸出功率。壓敏傳感器對應力的要求取決于其工作原理，而施加于壓電發(fā)電機的應力則必須是瞬間的，瞬間施加、瞬間釋放才能夠保證最大的對外輸出功率。因此，尋求一種能夠動態(tài)編程的微弱應力施加裝置，對于檢測壓敏元件的壓力響應、頻率響應及功率輸出對于壓敏元件的開發(fā)具有非常重要的意義，特別是可以施加微弱應變/應力的(施加)裝置，這對于研究器件的應力敏感特性具有非常重要的意義。

【發(fā)明內容】

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[0005]本發(fā)明的目的是提供一種簡易可編程微弱應力施加裝置，它運用了手動兩級逼近裝置結合電磁控制輕質懸浮平臺實現了對樣品的接觸，其操作簡單，制造成本低廉，維護簡便。
[0006]為了解決【背景技術】所存在的問題，本發(fā)明是采用以下技術方案:它包含測試平臺底座、豎直支架、水平支架、高度粗調旋鈕、粗調高度固定螺絲、螺旋直進桿、螺旋直進桿固定螺絲、細調高度鎖定螺絲、高頻高靈敏度壓力傳感器、可更換輕質應力施加頭、磁力升降平臺、輕質懸掛彈簧、輕質電感線圈、過載保護支柱、永久磁鐵、可編程電流信號發(fā)生器、控制與數據采集電腦；豎直支架設置在測試平臺底座的一端，水平支架的一端與豎直支架連接，水平支架的一端設有高度粗調旋鈕，水平支架的左端設有粗調高度固定螺絲，水平支架的右端設有螺旋直進桿固定螺絲，螺旋直進桿設置在螺旋直進桿固定螺絲的上方，螺旋直進桿固定螺絲的下方設有細調高度鎖定螺絲，高頻高靈敏度壓力傳感器設置在細調高度鎖定螺絲的下方，尚頻尚靈敏度壓力傳感器的底部設有可更換輕質應力施加頭，尚頻尚靈敏度壓力傳感器與控制與數據采集電腦連接，控制與數據采集電腦與可編程電流信號發(fā)生器連接，可編程電流信號發(fā)生器與輕質電感線圈連接，輕質電感線圈與輕質懸掛彈簧連接，輕質懸掛彈簧的外壁設有過載保護支柱，輕質懸掛彈簧、輕質電感線圈、過載保護支柱設置在磁力升降平臺內，永久磁鐵設置在磁力升降平臺的底部。
[0007]作為優(yōu)選，所述動態(tài)可編程應力施加裝置包括可編程電流信號發(fā)生器、電流控制磁力升降平臺。
[0008]作為優(yōu)選，所述的磁力升降平臺由四個片狀輕質懸掛彈簧懸掛，片狀輕質懸掛彈簧保證了樣品臺可以具有較大的位移并且在較大的位移下不會發(fā)生太大的形變。
[0009]本發(fā)明中動態(tài)應力信號的施加通過在原有平衡電流信號上疊加應力信號電流來實現，應力的調整通過壓力傳感器監(jiān)測到的應力信號與預定值進行比較，通過調整系統(tǒng)自動微調電流實現對應力信號的精確調整；所述靠近裝置包括旋鈕式豎直升降裝置、螺旋直進裝置與電流控制磁力升降平臺。
[0010]本發(fā)明中電流控制磁力升降平臺中的電流由連接到可編程電流信號發(fā)生器上的電腦控制。
[0011]本發(fā)明的有益效果:無需手推反復定位，定位精確、簡單、快速；整個過程秩序按鈕操作即可完成定位、升降、側移等動作，光電自動定位，精確簡單，操控容易；升降采用升降絲桿結構，升降平穩(wěn)、無間隙、無晃動，不產生模箱和胚料的磕碰引起廢品或破損；加長設計，把移模動作納入設備有效范圍內，采用水平行走電機側移模箱，不需要手工來回推整個設備，節(jié)約時間、降低勞動強度、提高精準度。
【附圖說明】
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[0012]圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0013]圖2是本發(fā)明中磁力升降平臺的結構示意圖。
【具體實施方式】
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[0014]參看圖1和圖2，本【具體實施方式】采用以下技術方案:它包含測試平臺底座1、豎直支架2、水平支架3、高度粗調旋鈕4、粗調高度固定螺絲5、螺旋直進桿6、螺旋直進桿固定螺絲7、細調高度鎖定螺絲8、高頻高靈敏度壓力傳感器9、可更換輕質應力施加頭10、磁力升降平臺11、輕質懸掛彈簧12、輕質電感線圈13、過載保護支柱14、永久磁鐵15、可編程電流信號發(fā)生器16、控制與數據采集電腦17 ;豎直支架2設置在測試平臺底座I的一端，水平支架3的一端與豎直支架2連接，水平支架3的一端設有高度粗調旋鈕4，水平支架3的左端設有粗調高度固定螺絲5，水平支架3的右端設有螺旋直進桿固定螺絲7，螺旋直進桿6設置在螺旋直進桿固定螺絲7的上方，螺旋直進桿固定螺絲7的下方設有細調高度鎖定螺絲8，高頻高靈敏度壓力傳感器9設置在細調高度鎖定螺絲8的下方，高頻高靈敏度壓力傳感器9的底部設有可更換輕質應力施加頭10，高頻高靈敏度壓力傳感器9與控制與數據采集電腦17連接，控制與數據采集電腦17與可編程電流信號發(fā)生器16連接，可編程電流信號發(fā)生器16與輕質電感線圈13連接，輕質電感線圈13與輕質懸掛彈簧12連接，輕質懸掛彈簧12的外壁設有過載保護支柱14，輕質懸掛彈簧12、輕質電感線圈13、過載保護支柱14設置在磁力升降平臺11內，永久磁鐵15設置在磁力升降平臺11的底部。
[0015]所述動態(tài)可編程應力施加裝置包括可編程電流信號發(fā)生器16、電流控制磁力升降平臺11。所述的磁力升降平臺11由四個片狀輕質懸掛彈簧12懸掛，片狀輕質懸掛彈簧12保證了樣品臺可以具有較大的位移并且在較大的位移下不會發(fā)生太大的形變。
[0016]本【具體實施方式】中動態(tài)應力信號的施加通過在原有平衡電流信號上疊加應力信號電流來實現，應力的調整通過壓力傳感器9監(jiān)測到的應力信號與預定值進行比較，通過調整系統(tǒng)自動微調電流實現對應力信號的精確調整；所述靠近裝置包括旋鈕式豎直升降裝置3、螺旋直進裝置6與電流控制磁力升降平臺11。
[0017]本【具體實施方式】中電流控制磁力升降平臺中的電流由連接到可編程電流信號發(fā)生器16上的電腦17控制。
[0018]本【具體實施方式】運用了手動兩級逼近裝置結合電磁控制輕質懸浮平臺實現了對樣品的接觸，其操作簡單，制造成本低廉，維護簡便。它通過控制磁線圈中的電流對所施加的應力進行調控，不僅可以精確控制、連續(xù)變化，而且可以編程，實現特定應力波形的施加。裝置中包含了應力修正模塊，使所施加的應力波形與設定波形在誤差允許范圍內基本保持一致。通過輕質磁懸浮平臺實現了對高頻周期性微弱應力的施加，所施加應力的脈沖頻率可以達到1kHz，應力的大小可以從微牛到數百牛。
[0019]實施例1
[0020]壓力傳感器動態(tài)傳感性能的測試，具體操作包括以下步驟:
[0021]1、根據待測樣品的應力敏感界面為裝置更換合適的應力施加探針10 ;
[0022]2、將待測傳感器放到樣品臺11正中間的位置(樣品臺十字刻度線的中央)；
[0023]3、調整樣品臺11的位置使樣品上的待測位置位于探針10的正下方；
[0024]4、打開應力傳感器9的開關，開始監(jiān)控探針與樣品的接觸狀態(tài)；
[0025]5、調整探針高度粗調旋鈕4，使探針緩慢接近樣品，當探針與樣品的距離在Imm左右時停止靠近，利用固定螺絲5將粗調鎖定；
[0026]6、利用微米螺旋直進桿6緩慢靠近樣品直至應力傳感器6檢測到應力信號；
[0027]7、通過調整直進桿6和通過線圈13的電流強度使待施加應力的最小位置與最大位置均衡地分布在過載保護支柱中間位置的兩側，利用固定螺絲8將細調高度固定。(可以通過樣品臺側面的觀察窗進行判斷)根據欲施加應力的波形結合步驟(7)所獲得的最小與最大應力對應的電流值對通過線圈13的電流進行初始編程；
[0028]8、設定應力波形的誤差范圍，執(zhí)行電流程序，系統(tǒng)自動修訂電流值，將所施加的應力波形調整到誤差允許范圍之內；
[0029]9、將傳感器連接到外界測量系統(tǒng)，獲得傳感器對不同應力脈沖波的動態(tài)響應規(guī)律。
[0030]實施例2
[0031]納米壓電發(fā)電機的性能表征，具體操作步驟如下:
[0032]1、根據待測納米發(fā)電機的應力施加界面為裝置更換合適的應力施加探針10 ;
[0033]2、將待測發(fā)電機放到樣品臺11正中間的位置(樣品臺十字刻度線的中央)；
[0034]3、調整樣品臺11的位置使發(fā)電機位于探針10的正下方；
[0035]4、打開應力傳感器9的開關，開始監(jiān)控探針與器件的接觸狀態(tài)；
[0036]5、調整探針高度粗調旋鈕4，使探針緩慢接近樣品，當探針與樣品的距離在1_左右時停止靠近，利用固定螺絲5將粗調鎖定；
[0037]6、利用微米螺旋直進桿6緩慢靠近樣品直至應力傳感器6檢測到應力信號；
[0038]7、通過調整直進桿6和通過線圈13的電流強度使待施加應力的最小位置與最大位置均衡地分布在過載保護支柱中間位置的兩側，利用固定螺絲8將細調高度固定。(可以通過樣品臺側面的觀察窗進行判斷)；
[0039]8、根據步驟(7)所獲得的最小與最大應力對應的電流值對電流進行初始編程，對納米發(fā)電施加矩形應力波；
[0040]9、設定應力波形的誤差范圍，執(zhí)行電流程序，系統(tǒng)自動修訂電流值，將所施加的應力波形調整到誤差允許范圍之內；
[0041]10、將納米發(fā)電機連接到外界測量系統(tǒng)，獲得發(fā)電機對不同應力脈沖波的動態(tài)響應規(guī)律:短路電流、開路電壓和頻率響應。
【主權項】
1.一種簡易可編程微弱應力施加裝置，其特征在于它包含測試平臺底座、豎直支架、水平支架、高度粗調旋鈕、粗調高度固定螺絲、螺旋直進桿、螺旋直進桿固定螺絲、細調高度鎖定螺絲、高頻高靈敏度壓力傳感器、可更換輕質應力施加頭、磁力升降平臺、輕質懸掛彈簧、輕質電感線圈、過載保護支柱、永久磁鐵、可編程電流信號發(fā)生器、控制與數據采集電腦；豎直支架設置在測試平臺底座的一端，水平支架的一端與豎直支架連接，水平支架的一端設有高度粗調旋鈕，水平支架的左端設有粗調高度固定螺絲，水平支架的右端設有螺旋直進桿固定螺絲，螺旋直進桿設置在螺旋直進桿固定螺絲的上方，螺旋直進桿固定螺絲的下方設有細調高度鎖定螺絲，高頻高靈敏度壓力傳感器設置在細調高度鎖定螺絲的下方，高頻高靈敏度壓力傳感器的底部設有可更換輕質應力施加頭，高頻高靈敏度壓力傳感器與控制與數據采集電腦連接，控制與數據采集電腦與可編程電流信號發(fā)生器連接，可編程電流信號發(fā)生器與輕質電感線圈連接，輕質電感線圈與輕質懸掛彈簧連接，輕質懸掛彈簧的外壁設有過載保護支柱，輕質懸掛彈簧、輕質電感線圈、過載保護支柱設置在磁力升降平臺內，永久磁鐵設置在磁力升降平臺的底部。2.根據權利要求1所述的一種簡易可編程微弱應力施加裝置，其特征在于所述動態(tài)可編程應力施加裝置包括可編程電流信號發(fā)生器、電流控制磁力升降平臺。3.根據權利要求1所述的一種簡易可編程微弱應力施加裝置，其特征在于所述的磁力升降平臺由四個片狀輕質懸掛彈簧懸掛，片狀輕質懸掛彈簧保證了樣品臺可以具有較大的位移并且在較大的位移下不會發(fā)生太大的形變。
【文檔編號】B82Y35/00GK105890841SQ201410686895
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】韓衛(wèi)華, 王有慶, 張澤民, 于凱, 謝二慶
【申請人】蘭州大學