力磁电多场耦合测量系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出一种力磁电多场耦合测量系统，包括：力加载模块，力加载模块包括连接杆、固定基座、亥姆赫兹线圈、铝架和力传感器；磁加载模块，磁加载模块包括：处理模块，处理模块包括信号发生器、力显示器、锁相放大器和特斯拉计；其中，信号发生器与亥姆赫兹线圈相连，力显示器与力传感器相连，锁相放大器与待测试件上下表面相连，力加载模块嵌套在磁加载系统中，并通过固定基座来固定其相对位置，固定基座与铝架通过紧固件固定，力传感器固定在铝架上。本发明的系统可实现不同力场、不同磁场的耦合时复合材料磁电性能的测量，且该系统结构简单、操作方便、可重复性高。
【专利说明】力磁电多场耦合测量系统
【技术领域】
[0001]本发明具体涉及一种力磁电多场耦合测量系统。
【背景技术】
[0002]磁电复合材料是一种广泛使用的智能材料，其应用领域宽广，服役环境非常复杂。磁电复合材料在实际服役环境中不免会受到力场干扰。这种干扰目前日益受到科研人员重视，一方面这种干扰会导致层状磁电输出出现失真的现象。另一方面，这种干扰与磁场耦合时可能会导致某些磁电材料输出信号放大。因此，科研人员开展对磁电复合材料的多场耦合的研究，一方面希望探讨干扰失真规律，给出修正系数，修正输出信号，保证输出信号的准确性。另一方面希望研究耦合干扰对磁电系数的增益，达到放大输出信号的效果，提高输出信号，扩展磁电复合材料的使用范围。然而，传统的磁电复合材料研究聚焦在磁场、温度对磁电性能的影响，无法解决实际使用时磁电复合材料还受到力场干扰问题。
【发明内容】
[0003]本发明旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本发明的目的在于提出一种力磁电多场耦合测量系统，该系统可实现不同力场、不同磁场的耦合时复合材料磁电性能的测量，且该系统结构简单、操作方便、可重复性高。
[0005]为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种力磁电多场耦合测量系统，包括:力加载模块，所述力加载模块包括连接杆、固定基座、亥姆赫兹线圈、铝架和力传感器；磁加载模块，所述磁加载模块包括:处理模块，所述处理模块包括信号发生器、力显示器、锁相放大器和特斯拉计；其中，所述信号发生器与所述亥姆赫兹线圈相连，所述力显示器与所述力传感器相连，所述锁相放大器与待测试件上下表面相连，所述力加载模块嵌套在所述磁加载系统中，并通过所述固定基座来固定其相对位置，所述固定基座与所述铝架通过紧固件固定，所述力传感器固定在所述铝架上。
[0006]根据本发明实施例的力磁电多场I禹合测量系统，可以模拟磁电复合材料复杂的实际工作环境。通过对不同工况耦合情况下的数据的分析与研究，可以得出磁-力耦合加载对磁电系数的影响。结合理论分析可以得出力场对工作时磁电系数的干扰系数，修正测量的磁电数据，保证了工作时磁电数据的准确性。同时也可以利用这种干扰，提高测量的磁电系数数值。且该系统具有使用方便，结构紧凑，操作方便等优点，可以实现不同力场、静磁场、交变磁场稱合时磁电复合材料的响应研究。
[0007]另外，根据本发明上述实施例的光力磁电多场耦合测量系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0008]在一些示例中，所述力加载模块还包括:紧锁螺母，所述紧锁螺母固定镶嵌在所述铝架上，并与所述连接杆相连。
[0009]在一些示例中，述连接杆为带螺纹的连接杆。
[0010]在一些示例中，所述特斯拉计通过信号线与特斯拉探针相连。
[0011 ] 在一些示例中，所述处理模块还包括直流磁场电源，所述直流磁场电源通过信号线与所述磁加载模块相连。
[0012]在一些示例中，所述力加载模块还包括:两侧位移限定片，所述两侧位移限定片与所述铝架通过四个紧固件固定。
[0013]在一些示例中，所述力加载模块还包括:活动压力块，所述活动压力块镶嵌在所述铝架与所述两侧位移限定片之间的滑槽上。
[0014]在一些示例中，所述处理模块还包括应变仪,所述应变仪与待测试件表面粘贴应变片相连。
[0015]在一些示例中，所述信号发生器、力显示器、锁相放大器、应变仪、直流磁场电源和特斯拉计固定设置在一个可移动多层平台上。
[0016]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0018]图1是根据本发明一个实施例的力磁电多场耦合测量系统的结构原理示意图；
[0019]图2是根据本发明一个实施例的力加载模块的结构原理示意图；以及
[0020]图3是根据本发明一个实施例的待测试件放置方式示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022]以下结合附图描述根据本发明实施例的力磁电多场耦合测量系统。
[0023]图1是根据本发明一个实施例的力磁电多场耦合测量系统的结构原理示意图。如图1所示，根据本发明一个实施例的力磁电多场耦合测量系统，包括:力加载模块1、磁加载模块2和处理模块3。
[0024]其中，力加载模块I包括连接杆16、固定基座18、亥姆赫兹线圈20、铝架21和力传感器22。在一些示例中，连接杆16例如为带螺纹的连接杆。
[0025]磁加载模块2与力加载模块I相连。
[0026]处理模块3包括信号发生器4、力显示器5、锁相放大器6和特斯拉计9。在一些示例中，特斯拉计9例如通过信号线与特斯拉计探针相连。
[0027]其中，如图1和图2所示，信号发生器4通过接口 13与亥姆赫兹线圈20相连，力显示器5通过接口 12与力传感器22相连，锁相放大器6通过接口 15与待测试件上下表面相连，力加载模块I嵌套在磁加载模块2中，并通过固定基座18来固定其相对位置，固定基座18与铝架21通过紧固件固定，力传感器22固定在铝架21上，更为具体地，力传感器22固定在铝架21上凸出方杆上。
[0028]进一步地，如图1和图2所示，力加载模块I还包括:紧锁螺母19、两侧位移限定片17和活动压力块24。其中，紧锁螺母19固定镶嵌在铝架21上且不能转动，并与连接杆16相连。两侧位移限定片17与铝架21通过四个紧固件固定。活动压力块24镶嵌在铝架21与两侧位移限定片17之间的滑槽25中间，从而限制了活动压力块24使其智能上下滑动。
[0029]如图1和图2所示，处理模块3还包括:应变仪7和直流磁场电源8。其中，应变仪7通过接口 14与待测试件表面粘贴应变片相连。直流磁场电源8通过信号线11与磁加载模块2相连。
[0030]在一些示例中，如图1和图2所示,亥姆赫兹线圈20、力传感器22、待测试件上下表面、待测试件表面粘贴应变片26引出的的信号线整合到统一的接线端子，接口分别为13、12、15 和 14。
[0031]在另一个示例中，信号发生器4、力显示器5、锁相放大器6、应变仪7、直流磁场电源8和特斯拉计9固定设置在一个可移动多层平台上。
[0032]作为一个具体示例，结合图3所示，该力磁电多场耦合测量系统的测量原理概述为:首先，待测试件放置在试件台23上，由于带螺纹的连接杆16与紧锁螺母19相连，在转动连接杆16时连接杆16向下位移。由于特制铝架21与两侧位移限定片17中间的滑槽25限制了活动压力块24使之只能上下滑动，因此，连接杆16带动活动压力块24向下移动以对待测试件施加压力，压力大小通过力传感器22和力显示器5判读。而由于带螺纹的连接杆16与紧锁螺母19的自锁现象，因此，压力保持恒定。
[0033]进一步示例中，该测量系统的测量过程的主要步骤如下:
[0034]步骤1，调节及安装:将待测试件放置在试件台上，转动带螺纹的连接杆的位置使得待测试件保持微小的压力，并保证待测试件不发生移动。
[0035]步骤2，参数设置:通过输入力传感器相应的参数，设定力显示器的各个参数，保证压力读数准确。
[0036]步骤3，测试:打开信号发生器，向亥姆赫兹线圈输入特定频率、特定电压的交流电流。打开静磁场电源，向电磁铁输入电源。打开锁相放大器，接收压电材料上下表面电压。打开应变仪，测量磁电复合材料的应变情况。转动带螺纹的连接杆，以带动活动压力块给待测试件一定压力，并通过力显示器读出。
[0037]步骤4，实验结果处理:通过对不同耦合状态时对应磁电复合材料输出的应变、磁电系数的分析，可以得出多场耦合对磁电复合材料影响规律。
[0038]根据本发明实施例的力磁电多场I禹合测量系统，可以模拟磁电复合材料复杂的实际工作环境。通过对不同工况耦合情况下的数据的分析与研究，可以得出磁-力耦合加载对磁电系数的影响。结合理论分析可以得出力场对工作时磁电系数的干扰系数，修正测量的磁电数据，保证了工作时磁电数据的准确性。同时也可以利用这种干扰，提高测量的磁电系数数值。且该系统具有使用方便，结构紧凑，操作方便等优点，可以实现不同力场、静磁场、交变磁场稱合时磁电复合材料的响应研究。
[0039]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0040]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0041]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0042]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，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触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。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，或仅仅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，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0043]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0044]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种力磁电多场稱合测量系统，其特征在于，包括: 力加载模块，所述力加载模块包括连接杆、固定基座、亥姆赫兹线圈、铝架和力传感器； 磁加载模块，所述磁加载模块与所述力加载模块相连； 处理模块，所述处理模块包括信号发生器、力显示器、锁相放大器和特斯拉计； 其中，所述信号发生器与所述亥姆赫兹线圈相连，所述力显示器与所述力传感器相连，所述锁相放大器与待测试件上下表面相连，所述力加载模块嵌套在所述磁加载模块中，并通过所述固定基座来固定其相对位置，所述固定基座与所述铝架通过紧固件固定，所述力传感器固定在所述铝架上。
2.根据权利要求1所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述力加载模块还包括:紧锁螺母，所述紧锁螺母固定镶嵌在所述铝架上，并与所述连接杆相连。
3.根据权利要求2所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述连接杆为带螺纹的连接杆。
4.根据权利要求1所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述特斯拉计通过信号线与特斯拉探针相连。
5.根据权利要求1所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述处理模块还包括直流磁场电源，所述直流磁场电源通过信号线与所述磁加载模块相连。
6.根据权利要求1所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述力加载模块还包括:两侧位移限定片，所述两侧位移限定片与所述铝架通过四个紧固件固定。
7.根据权利要求6所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述力加载模块还包括:活动压力块，所述活动压力块镶嵌在所述铝架与所述两侧位移限定片之间的滑槽上。
8.根据权利要求1所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述处理模块还包括应变仪，所述应变仪与待测试件表面粘贴应变片相连。
9.根据权利要求1-8任一项所述的力磁电多场耦合测量系统，其特征在于，所述信号发生器、力显示器、锁相放大器、应变仪、直流磁场电源和特斯拉计固定设置在一个可移动多层平台上。
【文档编号】G01N3/08GK104198282SQ201410400335
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月14日 优先权日:2014年8月14日
【发明者】方菲, 周洋洋 申请人:清华大学