铁镓合金冲击特性测试系统的制作方法

本实用新型涉及测试系统技术领域，特别是一种铁镓合金冲击特性测试系统。

背景技术：

冲击是指一个物体受到的瞬时载荷，冲击试验一般是确定军用、民用设备或各种材料在经受外力冲撞或作用时产品的安全性、可靠性和有效性的一种试验方法。

Galfenol合金是继压电材料和GMM之后的又一种新型智能材料，其具备很好的磁特性和良好的机械加工特性的磁致伸缩材料。由于Galfenol合金本身的材料特性，具有优良的机械性能，脆性小、可热轧，可以利用传统的金属加工方法对其进行机械加工和焊接；因此Galfenol合金的应用比压电和Terfenol-D更加广泛，尤其在传感器领域更具有广阔的应用情景。

Galfenol合金具有广大的应用前景，然而，目前国内的Galfenol合金研究处于起步阶段，因此，对Galfenol合金进行冲击特性测试是非常有必要的，然而现有的冲击力测试系统价格昂贵，结构比较复杂，不便操作。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、成本更低的冲击特性测试系统。该测试系统可实现对Galfenol合金不同冲击力下的特性测试。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：设有支架，由支架支撑的冲击机构，以及装在支架下部的底板上的测试模块；所述冲击机构是由自上而下依次连接的丝杆座、丝杆、旋转柱、电磁吸盘、冲击块和冲击锤组成，冲击锤位于测试模块的上方。

所述的冲击块，其两侧各有一个通孔，通孔的内部设有过盈配合装配起来的直线轴承，直线轴承采用间隙配合安装到导轨上，冲击块沿两根导轨竖直方向自由运动；两根导轨位于支架的顶板与底板之间。

所述的丝杆座，固定在支架的顶板上，通过丝杆座旋转丝杆使其上升或下降来改变冲击块的初始位置，使冲击块从不同高度落下，形成不同的冲击力。

所述的旋转柱,其内部设有滚动轴承，滚动轴承安装在丝杆的下端，滚动轴承与旋转柱外侧的轴套装配在一起，轴套的下部与电磁吸盘连接在一起。

所述的冲击块通过电磁吸盘固定，关闭电磁吸盘，冲击块将在重力作用下自由下降，形成冲击力。

所述的冲击块，其下端正中心通过螺纹与冲击锤连接；该冲击锤的横截面积较冲击块的横截面积小。

所述的测试模块，主要由测试主体Galfenol棒及其固定装置，和线圈、传感器组成。

所述的固定装置包括输出轴、Galfenol棒固定板、底部支撑柱，所述固定板由底部支撑柱支撑在底板上，该固定板中间有一个用于安装Galfenol棒非圆形的通孔，Galfenol棒上端通过螺纹与非圆形输出轴紧密连接。

所述的线圈包括绕在Galfenol棒的感应线圈，和通过Galfenol棒外侧的线圈骨架安装的激励线圈。

所述的传感器包括安装在感应线圈的霍尔传感器，和安装在Galfenol棒与底板之间的PCB传感器。

本实用新型与现有技术相比具有以下主要的有益效果：

1.可控性较好：

冲击块的两侧各有一个通孔，通孔的内部设有过盈配合装配起来的直线轴承，直线轴承采用间隙配合安装到导轨上，冲击块在导轨上可以沿竖直方向自由运动。由于采用直线轴承，冲击块与导轨之间的摩擦几乎为零，冲击块的运动可以看做自由落体运动，通过固定在顶板上的丝杆座旋转丝杆使其上升或下降来改变冲击块的初始位置，使冲击块从不同高度落下，形成不同的冲击力，可以实现不同冲击力下Galfenol合金冲击特性的测试。冲击力的大小与冲击块落下的高度函数关系简单，利用冲击块的自由落体运动来模拟冲击力，可控性较好。

2.操作简便：

丝杆的下端通过旋转柱与电磁吸盘连接在一起。其具体结构为：旋转柱内部设有滚动轴承，滚动轴承安装在丝杆下端，滚动轴承与旋转柱外侧的轴套装配在一起，轴套的下部与电磁吸盘连接在一起。通过上述结构，在丝杆旋转时，可以实现电磁吸盘和冲击块同时进行上下运动，以实现冲击块的高度的调整。冲击块通过电磁吸盘固定，关闭电磁吸盘，冲击块将在重力作用下自由下降，形成冲击力，操作简便。

3.较好的避免了大表面接触造成冲击力偏心：

冲击块的下端正中心有通过螺纹连接的冲击锤。该冲击锤的横截面积较冲击块的横截面积小很多，较好的避免了大表面接触造成冲击力偏心。

4.可以减少对Galfenol棒的直接冲击：

Galfenol固定板中间有一非圆形的通孔，用于安装Galfenol棒，Galfenol棒上端通过螺纹与输出轴紧密连接，输出轴形状为非圆形，通过与Galfenol固定板中间的非圆形通孔配合可以避免Galfenol棒出现旋转运动，冲击力直接作用在输出轴上，可以减少对Galfenol棒的直接冲击。

5.可以得到冲击力作用下Galfenol合金的磁-机耦合特性：

Galfenol棒的外侧有线圈骨架，线圈骨架之中装有激励线圈，Galfenol棒上绕有感应线圈且安装有霍尔传感器，Galfenol棒与底板之间设有PCB传感器，PCB传感器通过其底部的螺钉固定在底板上。当关闭电磁吸盘时，冲击块下落，冲击锤作用于输出轴上，此时Galfenol棒受到冲击力的作用，Galfenol合金的磁特性会发生变化，读取霍尔传感器、感应线圈与PCB传感器上的信号，进行信号处理后可以得到冲击力作用下Galfenol合金的磁-机耦合特性。

总之，本实用新型结构简单、便于安装、成本较低，可以实现不同冲击力下Galfenol合金冲击特性的测试。

附图说明

图1为本实用新型Galfenol(铁-镓)合金冲击特性测试系统整体结构；

图2为测试模块的放大图；

图3为图2的剖视图；

图4为旋转柱放大剖视图。

图中：1.丝杆座；2.顶板；3.支撑柱；4.导轨；5.丝杆；6.旋转柱；601.轴套；602.滚动轴承；603.挡板；604.固定螺钉；7.电磁吸盘；8.冲击块；9.冲击锤；10.测试模块；1001.输出轴；1002.Galfenol棒固定板；1003.霍尔传感器；1004.感应线圈；1005.Galfenol棒；1006.激励线圈；1007.底部支撑柱；1008.PCB传感器；1009.线圈骨架；11.底板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明，但不限定本实用新型。

冲击力是一种瞬态现象，特点是作用时间极短，但是量数值可以达到很大。本实用新型设计的Galfenol(铁-镓)合金冲击特性测试系统，利用冲击块的自由落体运动模拟冲击力。

本实用新型提供的铁镓合金冲击特性测试系统，其结构如图1所示，包括：顶板2、底板11，两者之间放置了四根支撑柱3进行固定和支撑，顶板2与底板11之间设有两根导轨4。丝杆座1通过螺纹固定在顶板2上表面，丝杆5穿过顶板2上的通孔通过丝杆座1固定，丝杆座1可以使丝杆5进行上下运动。丝杆5的下端通过旋转柱6与电磁吸盘7连接在一起，电磁吸盘7下端为冲击块8，通过电磁吸盘7的吸附力使冲击块8固定，关闭电磁吸盘7，冲击块8将在重力作用下下降，形成冲击力。

在底板11上设有测试模块10，包括测试主体Galfenol棒1005及其固定装置(输出轴1001、Galfenol棒固定板1002、底部支撑柱1007)、线圈(感应线圈1004、激励线圈1006)、传感器(霍尔传感器1003、PCB传感器1008)等，用于测试冲击力作用下Galfenol合金的磁机耦合特性。

所述的冲击块8，其两侧各有一个通孔，通孔的内部设有过盈配合装配起来的直线轴承，直线轴承采用间隙配合安装到导轨4上，冲击块8在导轨4上可以沿竖直方向自由运动。由于采用了直线轴承，冲击块8与导轨4之间的摩擦几乎为零，冲击块8的运动可以看做自由落体运动。冲击块8的下端正中心有通过螺纹连接的冲击锤9。该冲击锤9的横截面积较冲击块8的横截面积小很多，较好的避免了大表面接触造成冲击力偏心。

本实用新型通过丝杆座1旋转丝杆5，使电磁吸盘7上升或下降来改变冲击块8的初始位置，可以使冲击块从不同高度落下，形成不同的冲击力，实现不同冲击力下Galfenol合金冲击特性的测试。

为了避免丝杆5的旋转运动与冲击块8的上下直线运动的冲突，在电磁吸盘7与丝杆5之间采用了旋转柱6进行过渡连接。其具体结构如图4所示：旋转柱6内部设有滚动轴承602，通过过盈配合安装在丝杆5下端部，滚动轴承602与旋转柱6外侧的轴套601通过过盈配合装配在一起，然后通过由固定螺钉604固定的挡板603卡住滚动轴承602，避免其下滑脱落，轴套601的下部两侧加工了通孔与电磁吸盘7的上部连接杆连接在一起。当丝杆5旋转时，旋转柱6不会跟着旋转。在丝杆5旋转时，丝杆5与冲击块8便可以做共同的上下运动。

所述的测试模块10，其结构如图2和图3所示，冲击锤9的正下方为Galfenol棒1005和Galfenol棒固定结构。四根底部支撑柱1007支撑着Galfenol固定板1002固定在底板11上，Galfenol固定板1002中间有一非圆形的通孔，用于安装Galfenol棒1005，Galfenol棒1005上端通过螺纹与输出轴1001紧密连接，输出轴1001与Galfenol固定板1002为间隙配合，其形状为非圆形，可以避免Galfenol棒1005出现旋转运动，冲击力直接作用在输出轴1001上，可以减少对Galfenol棒1005的直接冲击。

如图2和图3所示，Galfenol棒1005的外侧有线圈骨架1009，线圈骨架1009之中装有激励线圈1006，通过激励线圈1006给Galfenol棒1005提供偏置磁场，Galfenol棒1005上绕有感应线圈1004且安装有霍尔传感器1003，感应线圈1004用于测量Galfenol棒1005内部磁场的磁感应强度，霍尔传感器1003用于测量Galfenol棒1005的外部磁场的磁感应强度，Galfenol棒1005与底板11之间设有PCB传感器1008，PCB传感器1008通过其底部的螺钉固定在底板11上。当冲击锤9作用于输出轴1001时，通过数据采集卡或示波器读取PCB传感器1008的输出信号可以得到冲击力的大小。

本实用新型提供的铁镓合金冲击特性测试系统，其工作过程是：如图1所示，设置好冲击块8的高度过后，关闭电磁吸盘7，冲击块8在重力作用下下降，冲击锤9撞击在输出轴1001上，冲击力通过输出轴1001传递到Galfenol棒1005上。Galfenol棒1005受到冲击力作用后，根据其磁致伸缩逆效应，Galfenol棒1005内部的磁场强度将发生改变。通过数据采集卡或示波器读取感应线圈1004与霍尔传感器1003上的信号，通过调制、解调、滤波处理后即可得到表征冲击力引起的磁场强度改变的信号，然后再读取PCB传感器1008的输出信号得到冲击力的大小。将这些数据进行耦合得到Galfenol棒1005冲击力作用下的磁机耦合特性。

本实用新型结构简单、便于安装、成本更低，可以实现不同冲击力下Galfenol合金冲击特性的测试。