一种磁力热电耦合加载实验装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种磁力热电耦合加载实验装置，包括：热场装置、力场装置、磁电耦合发生装置、磁电信号接收装置；热场装置，包括油浴加热部件、温度检测部件；力场装置，包括力加载部件、力检测部件；磁电耦合发生装置，包括偏磁场发生及检测部件、交流信号提供部件；将磁电材料放置在力加载部件的中央后，将整个热场装置、力场装置放置在偏磁场发生及检测部件的两个极头之间，磁电材料在不同温度、应力作用下由于磁电效应产生的电信号或磁信号由磁电信号接收装置接收并存储。本实用新型可以实现磁力热电多场耦合下的磁电效应，热场施加更加均匀，力场施加范围更宽，并且结构简单、成本低、易实现。
【专利说明】
一种磁力热电耦合加载实验装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及磁电层合材料在磁-力-热-电多场耦合下磁电效应的测量装置，包括正磁电效应和逆磁电效应。
【背景技术】
[0002 ] 磁电效应是对于磁场产生的电响应或是对于电场产生的磁响应，而产生磁电效应的材料必须能够同时兼备铁磁性和铁电性，即磁电材料。如今，磁电层合材料因其具有较大的磁电转换系数而成为常用的磁电材料，此类层合材料中的超磁致伸缩材料对温度、磁场、应力非常敏感，从而导致层合材料的磁电效应也对温度、磁场、应力非常敏感。此外，磁电层合材料因常被用作传感器、换能器、存储器等而工作在不同的物理场下，包括温度场、应力场、磁场，这样磁电层合材料随温度、应力、磁场变化的实验研究就变得十分重要了。
[0003]目前，现有的研究磁电材料多场耦合的实验条件大多成本昂贵，且结构复杂，不能根据需要灵活调节加力的大小，也不能实现较大力场耦合，例如现有技术专利申请201410400335.2就无法实现更大的力场耦合，现有技术专利申请200610150643.X施力装置太过复杂不易搭建。另外，现存热场耦合设备装置较大，不容易自行搭建或不能均匀加热。
【实用新型内容】
[0004]为了从简单易行、易搭建的角度实现磁-力-热-电多场耦合条件下的磁电效应，解决实验平台复杂难搭建且不能灵活调控的难题，本实用新型提出了一种磁力热电耦合加载实验装置。
[0005]为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0006]一种磁力热电耦合加载实验装置，包括:
[0007]热场装置、力场装置、磁电耦合发生装置、磁电信号接收装置；
[0008]所述热场装置，包括油浴加热部件、温度检测部件；
[0009]所述力场装置，包括力加载部件、力检测部件；
[0010]所述磁电耦合发生装置，包括偏磁场发生及检测部件、交流信号提供部件；
[0011]所述磁电信号接收装置，包括信号放大部件和信号存储部件，信号放大部件将信号输出到存储部件进行存储；
[0012]将磁电材料放置在力加载部件的中央后，将整个热场装置、力场装置放置在所述偏磁场发生及检测部件的两个极头之间，磁电材料在不同温度、应力作用下由于磁电效应产生的电信号或磁信号由磁电信号接收装置接收并存储。
[0013]所述的磁力热电耦合加载实验装置，用于测量正磁电效应时，所述磁电耦合发生装置进一步包括亥姆赫兹线圈，交流信号提供部件连接亥姆赫兹线圈提供交流磁信号，磁电材料因磁电效应产生电信号并输出到与之连接的信号放大部件。
[0014]所述的磁力热电耦合加载实验装置，用于测量逆磁电效应时，所述信号接收装置进一步包括缠绕在磁电材料上的拾压线圈，交流信号提供部件与磁电材料相连用以提供电信号，拾压线圈将磁电材料因磁化改变而产生的磁感应强度转化为电信号并输出到与之连接的信号放大部件。
[0015]所述油浴加热部件包括油浴槽、陶瓷氧化铝加热管，将陶瓷氧化铝加热管放入油浴槽中;温度检测部件包括温控仪、黄铜探头。
[0016]所述力加载部件包括铜制压簧、尼龙螺丝、固定尼龙螺母、尼龙挡板、尼龙支撑台，在尼龙支撑台上，将铜制压簧套在尼龙螺丝上，使得固定尼龙螺母每旋紧一圈，弹簧进行压缩，推动尼龙挡板的相对位置发生变化，从而挤压挡板间的磁电材料使之受到压力，通过力检测部件接收并读出所受应力大小。
[0017]所述尼龙支撑台的高度保证磁电材料处在两个磁场极头的正中间;所述支撑台上还设有滑槽，用于固定尼龙挡板并供尼龙挡板自由滑动。
[0018]与现有技术相比，本实用新型的优点是:
[0019]—方面，该装置可以实现温度场、力场、磁场多场耦合下磁电效应的测量。使用硅油油浴加热可使磁电材料受热更均匀并维持在一定温度保持不变;施力装置可以通过胡克定律结合螺纹间距和弹簧特性来计算出力的大小，另外力检测装置中的应变仪也可监控材料受到的应变，从而能够精确地测量应力对磁电效应的影响。另一方面，该装置成本较低，结构紧凑，易于制造，容易实现。
【附图说明】
[0020]下面通过附图对本实用新型做进一步地说明:
[0021 ]图1为本实用新型装置的示意图；
[0022]图2为热场装置的不意图；
[0023]图3为力场装置的示意图；
[0024]图4为力加载部件的支撑台和挡板的细节示意图；
[0025]图5为测试磁电材料及力检测部件的示意图；
[0026]图6为磁-力-热-电装置的俯视图。
[0027]图中，1、热场装置，2、力场装置，3、磁电耦合发生装置，4、磁电信号接收装置，5、磁电材料，11、油浴加热部件，12、温度检测部件，21、力加载部件，22、力检测部件，31、偏磁场发生及检测部件，32、交流信号提供部件，33、亥姆赫兹线圈，41、信号放大部件，42、信号存储部件，43、拾压线圈，111、油浴槽，112、油浴槽底座，113、陶瓷氧化铝加热管，121、黄铜探头，122、温控仪，211、铜制压簧，212、尼龙螺丝，213、固定尼龙螺母，214、尼龙挡板，215、尼龙支撑台，216、材料放置处，217、滑槽；
[0028]图中虚线表示分别测量正、逆磁电效应时增减的部件及连线。
【具体实施方式】
[0029]下面将通过实施例结合附图对本实用新型的磁-力-热-电耦合系统进行详细描述。
实施例
[0030]本实用新型提供了一种能够测量磁电结构在多物理场下磁-力-热-电耦合效应的实验装置如图1所示，其主要包括:热场装置1、力场装置2、磁电耦合发生装置3、磁电信号接收装置4。
[0031]所述热场装置I如图1、2所示，包括油浴加热部件11、温度检测部件12，油浴加热装置包括油浴槽111、陶瓷氧化铝加热管113，这里油浴槽底座112是为了固定油浴槽以使油浴槽稳定放置在偏磁场发生部件的两个极头之间。将陶瓷氧化铝加热管113放入油浴槽111中，达到给硅油升温的目的，从而使磁电材料5工作在不同的环境温度下，其中陶瓷氧化铝加热管113的大小、数量可根据实际加热所需的温度和速度来自行增减;温度控制装置包括黄铜探头121、温控仪122，黄铜探头121放置在硅油中实时测量温度并由温控仪122显示，达到预定温度后自动断开陶瓷氧化铝加热管113，否则陶瓷氧化铝加热管113继续加热硅油。
[0032]所述力场装置2如图1、图3-5所示，包括力加载部件21、力检测部件22;力加载部件包括铜制压簧211、尼龙螺丝212、固定尼龙螺母213、尼龙挡板214、尼龙支撑台215。将铜制压簧211套在尼龙螺丝212上，连同尼龙挡板214—起放在尼龙支撑台215上(尼龙支撑台和挡板细节如图4所示)，按图3结构组合在一起，将磁电材料5连接力检测部件22并放入图3所示的216处，使得固定尼龙螺母213每旋紧一圈，弹簧211进行压缩，推动尼龙挡板214的相对位置发生变化，从而挤压挡板214间的磁电材料5使之受到压力。该压力通过粘贴在磁电材料5上的应变片被应变仪接收并读出所受应力大小，即形成力检测部件22如图5所示。另外，图4中尼龙支撑台215的高度应保证磁电材料5刚好处在两个磁场极头的正中间，支撑台215上还设有滑槽217，其目的在于固定尼龙挡板214并保证挡板自由滑动；尼龙挡板上的圆孔用于插入尼龙螺丝212，挡板上的圆孔直径和数量、尼龙螺丝直径和数量以及弹簧刚度、内径和数量均可根据实际操作和具体加力大小任意选择。
[0033]所述磁电耦合发生装置3如图1、图6所示，包括偏磁场发生及检测部件31、交流信号提供部件32，偏磁场发生及检测部件31由电磁场提供直流偏磁场并将高斯计的高斯探头放置在电磁场的两个极头中间实时检测磁场强度。
[0034]所述磁电信号接收装置4，包括信号放大部件41和信号存储部件42，其中信号放大部件41将信号输出到存储部件42进行存储。
[0035]将磁电材料5放置在力加载部件21的中央即216处后，将整个热场装置1、力场装置2放置在所述偏磁场发生部件的两个极头之间。这样，磁电材料在不同温度、应力作用下由于磁电效应产生的电信号或磁信号由磁电信号接收装置接收并存储，从而形成磁电材料的磁力热电耦合加载实验装置。
[0036]所述磁力热电耦合加载实验装置，用于测量正磁电效应时，所述磁电耦合发生装置3进一步包括亥姆赫兹线圈33，交流信号提供部件32连接亥姆赫兹线圈33提供交流磁信号，磁电材料5因磁电效应产生电信号并输出到与之连接的信号放大部件41;用于测量逆磁电效应时，所述亥姆赫兹线圈33拆除，所述磁电信号接收装置4进一步包括缠绕在磁电材料5上的拾压线圈43，拾压线圈43将磁电材料5因磁化改变而产生的磁感应强度转化为电信号并输出到与之连接的信号放大部件41，而交流信号提供部件32与磁电材料5相连用以提供交流电信号。
[0037]进一步，具体测量磁电材料的磁-力-热-电耦合效应的具体实施步骤如下:
[0038]第一步，将应变片粘贴在磁电材料5上并连接到应变仪。之后若是测量正磁电耦合效应则将亥姆赫兹线圈33装在油浴槽111两侧，若是测量逆磁电耦合效应则将拾压线圈43直接缠绕在磁电材料5上。
[0039]第二步，将尼龙挡板214固定在支撑台215的滑槽217之内，随后将铜制压簧211套在尼龙螺丝212上，并按照图3所示方式用固定尼龙螺母213将其固定在挡板214上。将所测材料5放入图3所示216的位置，即滑槽末端的挡板和中间档板之间，利用滑槽217和螺母213调节挡板214之间的距离，使铜制压簧211在自由状态时磁电材料5与挡板214刚好自由接触。
[0040]第三步，将组合好的力场装置2和所测磁电材料5—同放入油浴槽111中，使之刚好固定在槽底部的四根螺柱上。将装有力加载装置21的油浴槽111固定在油浴槽底座112上，并固定在偏磁场发生及检测部件31的两个极头之间。调节极头距离至最优，通过高斯计监测两磁头间的磁场大小。
[0041 ]第四步，将陶瓷氧化铝加热管113和黄铜探头121放入油浴槽111内，并与温控仪122相连。
[0042]第五步，若测量正磁电效应则将交流信号提供部件32与亥姆赫兹线圈33相连，磁电材料33输出的电信号由信号放大部件41接收并输出到信号存储部件42进行存储;若测量逆磁电系数则将交流信号提供部件32输出的电信号直接加载在材料5上，拆除亥姆赫兹线圈33，输出的磁信号由拾压线圈43接收并输出到信号放大部件41再通过信号存储部件42进行存储。
[0043]上述实施例仅为本实用新型的优选实施方案，其附图所示的压簧、螺丝、加热管、挡板等的尺寸及数量均是为了便于描述本实用新型，并不作为对本实用新型的限制。凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何改进都需列入本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，包括: 热场装置、力场装置、磁电耦合发生装置、磁电信号接收装置； 所述热场装置，包括油浴加热部件、温度检测部件； 所述力场装置，包括力加载部件、力检测部件； 所述磁电耦合发生装置，包括偏磁场发生及检测部件、交流信号提供部件； 所述磁电信号接收装置，包括信号放大部件和信号存储部件，信号放大部件将信号输出到存储部件进行存储； 将磁电材料放置在力加载部件的中央后，将整个热场装置、力场装置放置在所述偏磁场发生及检测部件的两个极头之间，磁电材料在不同温度、应力作用下由于磁电效应产生的电信号或磁信号由磁电信号接收装置接收并存储。2.根据权利要求1所述的磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，用于测量正磁电效应时，所述磁电耦合发生装置进一步包括亥姆赫兹线圈，交流信号提供部件连接亥姆赫兹线圈提供交流磁信号，磁电材料因磁电效应产生电信号并输出到与之连接的信号放大部件。3.根据权利要求1所述的磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，用于测量逆磁电效应时，所述信号接收装置进一步包括缠绕在磁电材料上的拾压线圈，交流信号提供部件与磁电材料相连用以提供电信号，拾压线圈将磁电材料因磁化改变而产生的磁感应强度转化为电信号并输出到与之连接的信号放大部件。4.根据权利要求1所述的磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，所述油浴加热部件包括油浴槽、陶瓷氧化铝加热管，将陶瓷氧化铝加热管放入油浴槽中；温度检测部件包括温控仪、黄铜探头。5.根据权利要求1所述的磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，所述力加载部件包括铜制压簧、尼龙螺丝、固定尼龙螺母、尼龙挡板、尼龙支撑台，在尼龙支撑台上，将铜制压簧套在尼龙螺丝上，使得固定尼龙螺母每旋紧一圈，弹簧进行压缩，推动尼龙挡板的相对位置发生变化，从而挤压挡板间的磁电材料使之受到压力，通过力检测部件接收并读出所受应力大小。6.根据权利要求5所述的磁力热电耦合加载实验装置，其特征在于，所述尼龙支撑台的高度保证磁电材料处在两个磁场极头的正中间；所述支撑台上还设有滑槽，用于固定尼龙挡板并供尼龙挡板自由滑动。
【文档编号】G01N27/72GK205449699SQ201620220735
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】刘慧 , 周浩淼
【申请人】中国计量学院