磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置及檢測(cè)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其包括：通電后可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)線圈組件，磁致伸縮元件，用于提供給磁致伸縮元件數(shù)值可調(diào)的偏置應(yīng)力的應(yīng)力施加組件，用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量、偏置應(yīng)力大小、磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的檢測(cè)裝置，用于承托應(yīng)力施加組件、檢測(cè)裝置以及磁致伸縮元件的支架，磁致伸縮元件位于驅(qū)動(dòng)線圈組件中，且在偏置應(yīng)力作用下沿著支架發(fā)生軸向磁致伸縮應(yīng)變。本發(fā)明還公開(kāi)了采用上述測(cè)試裝置對(duì)不同偏置應(yīng)力作用下測(cè)量磁致伸縮材料的磁特性的檢測(cè)方法，以及對(duì)靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下測(cè)量磁致伸縮材料的靜態(tài)磁特性的檢測(cè)方法。本發(fā)明可以對(duì)不同偏置應(yīng)力作用時(shí)磁致伸縮材料的磁特性進(jìn)行測(cè)試，獲得磁特性曲線。
【專(zhuān)利說(shuō)明】磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置及檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種偏置應(yīng)力連續(xù)可調(diào) 的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置及檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 磁致伸縮材料是一類(lèi)具有磁致伸縮特性的材料，工程上利用這一特性可以將電能 轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能。其工作特性為：在交變磁場(chǎng)的作用下，材料產(chǎn)生與交 變磁場(chǎng)頻率相同的機(jī)械振動(dòng)；或者，在拉伸或者壓縮力作用下，由于材料的長(zhǎng)度發(fā)生變化， 使材料內(nèi)部磁通密度相應(yīng)地發(fā)生變化，在線圈中感應(yīng)電流，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
[0003] 磁致伸縮材料根據(jù)成分可分為金屬磁致伸縮材料和鐵氧體磁致伸縮材料，目前在 精密驅(qū)動(dòng)和傳感領(lǐng)域，研究較多的為超磁致伸縮材料（簡(jiǎn)稱(chēng)GMM，牌號(hào)Terfenol-D)、鐵鎵合 金（Fe-Ga合金，牌號(hào)Galfenol)和磁致伸縮形狀記憶合金等。磁致伸縮材料的磁特性是其 在精密驅(qū)動(dòng)和傳感領(lǐng)域應(yīng)用中的關(guān)鍵，所有相關(guān)工程應(yīng)用產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，均是圍繞材料磁特 性的設(shè)計(jì)與應(yīng)用而展開(kāi)的。
[0004] 由于磁致伸縮材料磁特性特征十分復(fù)雜，涉及機(jī)械與磁場(chǎng)的耦合，在不同的偏置 應(yīng)力條件下，材料磁特性表現(xiàn)出不同的非線性特征。為了能夠掌握材料在不同應(yīng)力作用下 的磁特性曲線，了解材料應(yīng)變、磁感應(yīng)強(qiáng)度在外加磁場(chǎng)和偏置應(yīng)力下的連續(xù)變化關(guān)系，設(shè)計(jì) 一種偏置應(yīng)力連續(xù)可調(diào)的磁致伸縮材料磁特性測(cè)試裝置和方法，對(duì)于研究磁致伸縮材料的 特性和工程應(yīng)用十分重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 目的一：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種磁致伸縮材料的磁特性測(cè) 試裝置，該裝置具有偏置應(yīng)力連續(xù)可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，可以測(cè)得磁致伸縮材料在不同偏置應(yīng)力的 作用下的磁特性性能。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的一，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種磁致伸縮材料的磁特性測(cè) 試裝置，其特征在于，包括： 驅(qū)動(dòng)線圈組件，通電后可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)， 磁致伸縮元件，在所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)下發(fā)生伸縮， 應(yīng)力施加組件，用于提供給磁致伸縮元件數(shù)值可調(diào)的偏置應(yīng)力， 檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量、偏置應(yīng)力大小、磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁 場(chǎng)強(qiáng)度， 支架，用于承托應(yīng)力施加組件、檢測(cè)裝置以及磁致伸縮元件； 磁致伸縮元件位于驅(qū)動(dòng)線圈組件中，且在偏置應(yīng)力作用下沿著支架發(fā)生軸向磁致伸縮 應(yīng)變。
[0007] 上述結(jié)構(gòu)中，通過(guò)調(diào)節(jié)應(yīng)力施加組件給磁致伸縮元件施加不同的偏置應(yīng)力，并通 過(guò)驅(qū)動(dòng)線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)使得位于該交變磁場(chǎng)中的磁致伸縮元件發(fā)生伸縮應(yīng)變，通過(guò)檢測(cè) 組件分別測(cè)得磁致伸縮遠(yuǎn)的變形量、以及偏置應(yīng)力的大小和磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁場(chǎng) 強(qiáng)度，從而測(cè)得磁致伸縮材料的磁特性曲線，其中包括B-H曲線(棒的磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加磁 場(chǎng)之間的曲線)、M-Η曲線(磁化強(qiáng)度與施加磁場(chǎng)之間的曲線)、S-Η曲線(棒的應(yīng)變與施加磁 場(chǎng)之間的曲線）等。
[0008] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述驅(qū)動(dòng)線圈組件包括線圈骨架，線圈骨架設(shè)有中心 孔，所述磁致伸縮元件外表面繞設(shè)拾取線圈后置于線圈骨架的中心孔中，所述線圈骨架外 表面繞設(shè)有激勵(lì)線圈。
[0009] 上述結(jié)構(gòu)中，磁致伸縮元件呈棒狀結(jié)構(gòu)安裝在線圈骨架中，使其位于激勵(lì)線圈通 電后產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述驅(qū)動(dòng)線圈組件還包括導(dǎo)磁體外殼，導(dǎo)磁體外殼一 側(cè)呈開(kāi)口設(shè)置，線圈骨架繞設(shè)激勵(lì)線圈后置于所述導(dǎo)磁體外殼中，導(dǎo)磁體外殼與磁致伸縮 元件形成一個(gè)封閉的磁回路。
[0011] 上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)驅(qū)動(dòng)線圈通電，在四周產(chǎn)生外加磁場(chǎng)，導(dǎo)磁體外殼的設(shè)置可使更多 的外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)磁致伸縮元件。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述檢測(cè)裝置包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量的應(yīng) 變片、檢測(cè)偏置應(yīng)力大小的上下稱(chēng)重傳感器、檢測(cè)磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的霍 爾芯片，所述應(yīng)變片設(shè)置在磁致伸縮元件的表面，所述上下稱(chēng)重傳感器分別位于所述磁致 伸縮元件的兩端，上稱(chēng)重傳感器相對(duì)與磁致伸縮元件驅(qū)動(dòng)連接的另一端連接在支架上，下 稱(chēng)重傳感器相對(duì)與磁致伸縮元件驅(qū)動(dòng)連接的另一端與所述應(yīng)力施加組件聯(lián)動(dòng)連接，所述霍 爾芯片位于線圈組件與磁致伸縮元件之間。
[0013] 上述結(jié)構(gòu)中，粘貼在磁致伸縮元件表面的應(yīng)變片可以測(cè)得磁致伸縮元件的變形 量，上下稱(chēng)重傳感器則可以測(cè)得應(yīng)力施加組件所施加的偏置應(yīng)力大小，霍爾芯片則能測(cè)得 磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述檢測(cè)裝置還包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件兩端的靜 態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度的上下霍爾傳感器。
[0015] 上述結(jié)構(gòu)中，上下霍爾傳感器可以檢測(cè)磁致伸縮元件兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度，對(duì) 這兩端的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值取平均值可以得出靜態(tài)偏置磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，從而可以對(duì)磁 致伸縮元件進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，即在一定的偏置磁場(chǎng)下，施加不同應(yīng)力，測(cè)得磁致伸縮材料棒的 磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到B-T曲線(磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加應(yīng)力之間的曲線)。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述上下稱(chēng)重傳感器與磁致伸縮元件之間分別設(shè)有偏 置應(yīng)力集中組件，所述偏置應(yīng)力集中組件包括截面呈T型的集中套，集中套設(shè)有與所述磁 致伸縮元件同軸設(shè)置的軸孔，所述軸孔中設(shè)有球體，所述球體與所述磁致伸縮元件的端部 抵接。
[0017] 上述結(jié)構(gòu)中，集中套中的球體與磁致伸縮元件抵接形成點(diǎn)接觸的方式有利于將力 集中在磁致伸縮材料棒的軸線方向。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步設(shè)置，所述應(yīng)力施加組件包括調(diào)節(jié)絲桿、第一連桿、第二連 桿、第三連桿和第四連桿，第一連桿和第二連桿以調(diào)節(jié)絲桿為底邊形成等腰三角形結(jié)構(gòu)，第 一連桿和第二連桿的各自一端分別與調(diào)節(jié)絲桿的兩端螺紋連接，第一連桿和第二連桿的各 自另一端分別與所述下稱(chēng)重傳感器鉸接，第三連桿和第四連桿以調(diào)節(jié)絲桿為對(duì)稱(chēng)軸與所述 第一連桿和第二連桿對(duì)稱(chēng)設(shè)置，第三連桿和第四連桿的各自一端分別與調(diào)節(jié)絲桿的兩端螺 紋連接，第三連桿和第四連桿的各自另一端分別與所述支架固接。
[0019] 上述結(jié)構(gòu)中，通過(guò)應(yīng)力施加組件對(duì)磁致伸縮材料棒施加一定的偏置應(yīng)力，其施加 力的具體方式為通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)絲桿來(lái)使得位于調(diào)節(jié)絲桿上下的兩個(gè)等腰三角形結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn) 行提升和下降高度，對(duì)磁致伸縮元件施加不同的偏置應(yīng)力。
[0020] 目的二：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種采用磁致伸縮材料的磁特 性測(cè)試裝置，對(duì)不同偏置應(yīng)力作用下的磁致伸縮材料進(jìn)行磁特性測(cè)量的檢測(cè)方法。
[0021] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用權(quán)利要求1所述的磁 致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置對(duì)不同偏置應(yīng)力作用下測(cè)量磁致伸縮材料的磁特性的檢測(cè) 方法，其特征在于，包括以下步驟：①通過(guò)應(yīng)力施加組件中的調(diào)節(jié)絲桿來(lái)提升和下降第一連 桿和第二連桿來(lái)調(diào)節(jié)施加的偏置應(yīng)力大小，并通過(guò)上下稱(chēng)重傳感器測(cè)出偏置應(yīng)力的大??； ②給線圈組件供應(yīng)交流電，使其產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)給磁致伸縮元件施加了一定的磁 場(chǎng)強(qiáng)度而是對(duì)磁致伸縮元件發(fā)生伸縮變形；③將線圈組件中的拾取線圈連接到磁通計(jì)上， 測(cè)得拾取線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B ;④通過(guò)安裝在線圈組件中的霍爾芯片測(cè)得作用在磁致伸 縮元件表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度Η ;⑤將設(shè)置在磁致伸縮元件上的應(yīng)變片連接到應(yīng)變儀上；⑥分 別將上述測(cè)得的偏置應(yīng)力大小、拾取線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度Β、磁致伸縮元件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度Η以 及應(yīng)變儀上測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入到ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡上，并通過(guò)Labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄； ⑦改變交流電的頻率，依次重復(fù)步驟①-⑥。
[0022] 目的三：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種采用磁致伸縮材料的磁特 性測(cè)試裝置，對(duì)靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下的磁致伸縮材料進(jìn)行靜態(tài)磁特性測(cè)量的檢測(cè)方法。
[0023] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的二，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種采用權(quán)利要求1所述的磁 致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置對(duì)靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下測(cè)量磁致伸縮材料的靜態(tài)磁特性的檢測(cè) 方法，其特征在于，包括以下步驟：①給線圈組件施加恒電流，給磁致伸縮元件施加靜態(tài)偏 置磁場(chǎng)；②轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力施加組件中的調(diào)節(jié)絲桿來(lái)調(diào)節(jié)施加的偏置應(yīng)力的大小，并通過(guò)上下稱(chēng) 重傳感器測(cè)出偏置應(yīng)力大小，此時(shí)由于磁致伸縮元件受到外加應(yīng)力作用，使得其周?chē)鸥?應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化；③通過(guò)位于磁致伸縮元件的兩端的上下霍爾傳感器測(cè)得磁致伸縮元件兩 端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度；④將測(cè)得的偏置應(yīng)力大小、磁致伸縮元件的兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度 輸入到NI數(shù)據(jù)采集卡上，并通過(guò)Labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄；⑤改變施加的偏置應(yīng)力 的大小，依次重復(fù)步驟①-④。
[0024] 采用上述方案，本發(fā)明可以調(diào)節(jié)不同的偏置應(yīng)力；在不同的偏置應(yīng)力作用下，測(cè)試 磁致伸縮類(lèi)智能材料(鐵鎵合金Galfenol、超磁致伸縮材料Terfenol-D、磁致伸縮形狀記 憶合金等)的磁特性曲線，其中包括B-H曲線(棒的磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加磁場(chǎng)之間的曲線)、M-H 曲線(磁化強(qiáng)度與施加磁場(chǎng)之間的曲線)、S-H曲線(棒的應(yīng)變與施加磁場(chǎng)之間的曲線)等；同 時(shí)可以對(duì)磁致伸縮材料棒進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，即在一定的偏置磁場(chǎng)下，施加不同應(yīng)力，測(cè)得磁致 伸縮材料棒的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到B-T曲線(磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加應(yīng)力之間的曲線)。
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026] 附圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的支架結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的磁回路結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的導(dǎo)磁體外殼結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的線圈骨架結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的應(yīng)力集中組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖7為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的線圈骨架上安裝有上霍爾傳感器的局部結(jié)構(gòu) 示意圖； 附圖8為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的線圈骨架上安裝有霍爾芯片的局部結(jié)構(gòu)示意 圖； 附圖9為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的應(yīng)力施加組件的主視圖； 附圖10為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的應(yīng)力施加組件的左視圖； 附圖11為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的應(yīng)力施加組件的俯視圖； 附圖12為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的應(yīng)力施加組件的透視圖； 附圖13為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置的檢測(cè)方法的原理流程圖； 附圖14為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置測(cè)得的磁致伸縮材料的B-H曲線圖； 附圖15為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置測(cè)得的磁致伸縮材料的M-Η曲線圖； 附圖16為本發(fā)明具體實(shí)施例測(cè)試裝置測(cè)得的磁致伸縮材料的Μ-T曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 本發(fā)明的具體實(shí)施例如圖1-12所示是一種磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其 包括：驅(qū)動(dòng)線圈組件，通電后可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)；磁致伸縮元件1，在驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)下發(fā)生伸縮；應(yīng) 力施加組件，用于提供給磁致伸縮元件1連續(xù)的數(shù)值可調(diào)的偏置應(yīng)力；檢測(cè)裝置，用于檢測(cè) 磁致伸縮元件變形量、偏置應(yīng)力大小、磁致伸縮元件1表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度；支架4,用于承 托應(yīng)力施加組件、檢測(cè)裝置以及磁致伸縮元件1 ;磁致伸縮元件位于驅(qū)動(dòng)線圈組件中，且在 偏置應(yīng)力作用下可沿著支架4上下滑動(dòng)。
[0028] 上述驅(qū)動(dòng)線圈組件包括線圈骨架202,線圈骨架202設(shè)有中心孔，磁致伸縮元件1 外表面繞設(shè)拾取線圈203后置于線圈骨架202的中心孔中，線圈骨架202外表面繞設(shè)有激 勵(lì)線圈204。激勵(lì)線圈204通電產(chǎn)生外加磁場(chǎng)，為了使更多的外加磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)磁致伸縮元件1， 在線圈骨架202外圍套設(shè)了一個(gè)半封閉式的高磁導(dǎo)的導(dǎo)磁體外殼205。導(dǎo)磁體外殼205 - 側(cè)呈開(kāi)口設(shè)置，線圈骨架202繞設(shè)激勵(lì)線圈204后置于導(dǎo)磁體外殼205中，導(dǎo)磁體外殼205 與磁致伸縮元件1形成一個(gè)封閉的磁回路。
[0029] 上述檢測(cè)裝置包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量的應(yīng)變片101、檢測(cè)偏置應(yīng)力大 小的上稱(chēng)重傳感器501和下稱(chēng)重傳感器502、檢測(cè)磁致伸縮元件1表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的 霍爾芯片802,應(yīng)變片101設(shè)置在磁致伸縮元件1的表面，上稱(chēng)重傳感器501和下稱(chēng)重傳感 器502分別位于磁致伸縮元件1的兩端，上稱(chēng)重傳感器501相對(duì)與磁致伸縮元件1驅(qū)動(dòng)連 接的另一端連接在支架4上，下稱(chēng)重傳感器502相對(duì)與磁致伸縮元件1驅(qū)動(dòng)連接的另一端 與應(yīng)力施加組件聯(lián)動(dòng)連接，霍爾芯片801位于線圈組件與磁致伸縮元件1之間。粘貼在磁 致伸縮元件1表面的應(yīng)變片101可以測(cè)得磁致伸縮元件1的變形量，上稱(chēng)重傳感器501和 下稱(chēng)重傳感器502則可以測(cè)得應(yīng)力施加組件所施加的偏置應(yīng)力大小，霍爾芯片801則能測(cè) 得磁致伸縮元件1表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0030] 上述檢測(cè)裝置還包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件1兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度的上霍爾 傳感器801和下霍爾傳感器803。上霍爾傳感器801和下霍爾傳感器803可以檢測(cè)磁致伸 縮元件1兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度，對(duì)這兩端的磁感應(yīng)強(qiáng)度數(shù)值取平均值可以得出靜態(tài)偏置 磁場(chǎng)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，從而可以對(duì)磁致伸縮元件1進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，即在一定的偏置磁場(chǎng)下， 施加不同應(yīng)力，測(cè)得磁致伸縮材料棒的磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到B-T曲線(磁感應(yīng)強(qiáng)度與施加應(yīng)力 之間的曲線)。
[0031] 上稱(chēng)重傳感器501和下稱(chēng)重傳感器502與磁致伸縮元件1之間分別設(shè)有偏置應(yīng)力 集中組件，偏置應(yīng)力集中組件包括截面呈T型的集中套701，集中套701設(shè)有與磁致伸縮元 件1同軸設(shè)置的軸孔702,軸孔702中設(shè)有球體703,球體703與磁致伸縮元件1的端部抵 接。集中套701中的球體703與磁致伸縮元件1抵接形成點(diǎn)接觸的方式有利于將力集中在 磁致伸縮材料棒的軸線方向。
[0032] 如圖9-12所示，上述應(yīng)力施加組件包括調(diào)節(jié)絲桿6、第一連桿601、第二連桿602、 第三連桿603和第四連桿604,第一連桿601和第二連桿602以調(diào)節(jié)絲桿6為底邊形成等腰 三角形結(jié)構(gòu)，第三連桿603和第四連桿604以調(diào)節(jié)絲桿6為底邊形成等腰三角形結(jié)構(gòu)，兩個(gè) 等腰三角形以調(diào)節(jié)絲桿6為軸上下對(duì)稱(chēng)設(shè)置，第一連桿601和第二連桿602的各自一端分 別與調(diào)節(jié)絲桿6的兩端螺紋連接，第一連桿601和第二連桿602的各自另一端分別與下稱(chēng) 重傳感器502鉸接，第三連桿603和第四連桿604的各自一端分別與調(diào)節(jié)絲桿6的兩端螺 紋連接，第三連桿603和第四連桿604的各自另一端分別與支架4固接。通過(guò)應(yīng)力施加組 件對(duì)磁致伸縮材料棒施加一定的偏置應(yīng)力，其施加力的具體方式為通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)絲桿6來(lái) 使得位于調(diào)節(jié)絲桿6上下的兩個(gè)等腰三角形結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行提升和下降高度，對(duì)磁致伸縮元件 1施加不同的偏置應(yīng)力。
[0033] 上述支架4包括上底板401和下底板402、以及位于上底板401和下底板402之間 的四根立柱403,下底板402上還設(shè)有左導(dǎo)軌404和右導(dǎo)軌405,左導(dǎo)軌404和右導(dǎo)軌405分 別有2根，形成矩形結(jié)構(gòu)，左導(dǎo)軌404和右導(dǎo)軌405之間設(shè)有上鋁板406和下鋁板407,上述 線圈組件安裝在上鋁板406和下鋁板407之間，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)絲桿6使得位于調(diào)節(jié)絲桿6上 方的第一連桿601和第二連桿602驅(qū)動(dòng)下通過(guò)上稱(chēng)重傳感器501和下稱(chēng)重傳感器502將偏 置應(yīng)力作用在上鋁板406和下鋁板407上，使得上鋁板406和下鋁板407可以沿著左導(dǎo)軌 404和右導(dǎo)軌405的軸線滑移。上述線圈骨架202中心孔壁上還開(kāi)設(shè)有將霍爾芯片802和 上霍爾傳感器801以及下霍爾傳感器803的供電線以及信號(hào)線引出的引線槽206。本發(fā)明 中涉及的上下左右方向可參考附圖1中的上下左右方向。
[0034] 采用磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，對(duì)不同偏置應(yīng)力作用下的磁致伸縮材料 進(jìn)行磁特性測(cè)量的檢測(cè)方法的具體實(shí)施例一如下： 在一定的偏置應(yīng)力下測(cè)量磁致伸縮材料棒的磁滯曲線一B-H (M-Η)曲線以及形變與外 加磁場(chǎng)曲線（S-Η曲線）： 使用到的實(shí)驗(yàn)器材：可編程式交流電源、恒流源、磁通計(jì)、NI數(shù)據(jù)采集卡、臺(tái)式電腦、示 波器、信號(hào)放大器、應(yīng)變儀、信號(hào)發(fā)生器、功放等。
[0035]

【具體實(shí)施方式】：通過(guò)應(yīng)力施加組件對(duì)磁致伸縮材料棒施加一定的偏置應(yīng)力，其施 加力的具體方式為通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力施加組件中的調(diào)節(jié)絲桿6來(lái)調(diào)節(jié)上下兩個(gè)等腰三角形提 升或下降高度來(lái)施加偏置應(yīng)力，其偏置應(yīng)力的大小可以通過(guò)上稱(chēng)重傳感器501和下稱(chēng)重傳 感器502測(cè)出。稱(chēng)重傳感器外接一個(gè)信號(hào)放大器，同時(shí)用恒流源對(duì)信號(hào)放大器施加24V的供 電電壓，給信號(hào)放大器和稱(chēng)重傳感器同時(shí)供電，用不波器測(cè)量信號(hào)放大器輸出的電壓信號(hào)， 同時(shí)將電壓信號(hào)T輸入到NI數(shù)據(jù)采集卡的一路通道里，最后根據(jù)稱(chēng)重傳感器標(biāo)定后的比例 得到施加力的大小。
[0036] 施加完偏置應(yīng)力后，用可編程式交流電源或信號(hào)發(fā)生器連接功放給激勵(lì)線圈204 施加一定頻率的交流電流，產(chǎn)生了交變的磁場(chǎng)，絕大部分的磁場(chǎng)集中在磁回路2中。磁回 路2中的磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)中間放置的磁致伸縮材料棒，即給磁致伸縮材料棒施加了一定大小的磁 場(chǎng)強(qiáng)度，導(dǎo)致磁致伸縮材料棒內(nèi)的磁疇旋轉(zhuǎn)，外部表現(xiàn)為棒的伸縮變形；同時(shí)導(dǎo)致拾取線圈 203中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，將拾取線圈203連接到磁通計(jì)上。磁通計(jì)根據(jù)麥克斯韋方程的積 分原理將感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)計(jì)算為磁感應(yīng)強(qiáng)度B，同時(shí)將磁感應(yīng)強(qiáng)度的模擬信號(hào)B輸入到NI數(shù)據(jù) 采集卡的一路通道里。
[0037] 為了測(cè)得激勵(lì)線圈204在磁致伸縮材料棒表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，在線圈骨架202 中部位置鉆孔，在孔中放置霍爾芯片802,同時(shí)確保距離磁致伸縮材料棒大概1mm，同時(shí)將 霍爾芯片802測(cè)得的電壓信號(hào)Η直接輸入到NI數(shù)據(jù)采集卡的一路通道里。
[0038]為了測(cè)得磁致伸縮材料棒的伸縮變形，在磁致伸縮材料棒表面中心位置粘貼了一 個(gè)應(yīng)變片11，將應(yīng)變片11連接到應(yīng)變儀上，將應(yīng)變儀的模擬信號(hào)S輸入到ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡的 一路通道里。
[0039] 在電腦上創(chuàng)建一個(gè)Labview數(shù)據(jù)采集界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏置壓力Τ信號(hào)、磁感應(yīng)強(qiáng)度 的電壓信號(hào)B信號(hào)、磁場(chǎng)強(qiáng)度的電壓信號(hào)Η信號(hào)以及應(yīng)變的電壓信號(hào)S信號(hào)的同步采集。 具體實(shí)施步驟參照流程圖，如下圖13所示。通過(guò)以上實(shí)施方式，給激勵(lì)線圈204施加頻率 為15Hz，不同大小的交變電流，電流的有效值分別為：0· 1Α、0·2Α、0·3Α、0·4Α、0·5Α、0·6Α、 0.74、0.84、0.9八、認(rèn)。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的8-!1、]\1-!1曲線如圖14、15所示。
[0040] 采用磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，采用磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，對(duì) 靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下的磁致伸縮材料進(jìn)行靜態(tài)磁特性測(cè)量的檢測(cè)方法的具體實(shí)施例二如下： 在一定的靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下測(cè)量磁致伸縮材料棒的靜態(tài)特性一Β-Τ (磁感應(yīng)強(qiáng)度與外加 應(yīng)力之間的曲線）： 使用到的實(shí)驗(yàn)器材：恒流源、ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡、臺(tái)式電腦、示波器、信號(hào)放大器等。

【具體實(shí)施方式】 [0041] ：通過(guò)恒流源給激勵(lì)線圈204施加一定大小的恒流，即給磁致伸縮 材料棒施加了一定的靜態(tài)偏置磁場(chǎng)。再轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力施加組件中的調(diào)節(jié)絲桿6來(lái)調(diào)節(jié)上下兩個(gè) 等腰三角形提升或下降高度來(lái)施加不同的偏置應(yīng)力，其偏置應(yīng)力的大小可以通過(guò)上稱(chēng)重傳 感器501和下稱(chēng)重傳感器502測(cè)出。稱(chēng)重傳感器外接一個(gè)信號(hào)放大器，同時(shí)用恒流源對(duì)信 號(hào)放大器施加24V的供電電壓，給信號(hào)放大器和稱(chēng)重傳感器同時(shí)供電，用示波器測(cè)量信號(hào) 放大器輸出的電壓信號(hào)，同時(shí)將電壓信號(hào)Τ輸入到ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡的一路通道里，最后根據(jù) 稱(chēng)重傳感器標(biāo)定后的比例得到施加力的大小。
[0042] 由于磁致伸縮材料棒受到外加應(yīng)力的作用，導(dǎo)致棒周?chē)鸥袘?yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化。本 發(fā)明專(zhuān)利中在磁致伸縮材料棒上下端分別放置了上霍爾傳感器801、下霍爾傳感器803,用 于測(cè)量這兩處的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度。將上霍爾傳感器801和下霍爾傳感器803輸出的電壓信 號(hào)分別輸入到ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡的兩路通道中，再取兩路信號(hào)的平均值作為磁致伸縮材料棒 的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0043] NI數(shù)據(jù)采集卡中采集到的信號(hào)通過(guò)電腦中的Labview軟件進(jìn)行同步采集。通過(guò)以 上實(shí)施方式，給激勵(lì)線圈204施加不同的偏置磁場(chǎng)，0kA/m，6. 4kA/m，16kA/m，32kA/m，并對(duì) 材料施加不同的靜態(tài)偏置應(yīng)力，測(cè)得的磁化強(qiáng)度M，即可以得到Μ-T曲線，如圖16所示。
【權(quán)利要求】
1. 一種磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于，包括： 驅(qū)動(dòng)線圈組件，通電后可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)， 磁致伸縮元件，在所述驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)下發(fā)生伸縮， 應(yīng)力施加組件，用于提供給磁致伸縮元件數(shù)值可調(diào)的偏置應(yīng)力， 檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量、偏置應(yīng)力大小、磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁 場(chǎng)強(qiáng)度， 支架，用于承托應(yīng)力施加組件、檢測(cè)裝置以及磁致伸縮元件； 磁致伸縮元件位于驅(qū)動(dòng)線圈組件中，且在偏置應(yīng)力作用下沿著支架發(fā)生軸向磁致伸縮 應(yīng)變。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)線 圈組件包括線圈骨架，線圈骨架設(shè)有中心孔，所述磁致伸縮元件外表面繞設(shè)拾取線圈后置 于線圈骨架的中心孔中，所述線圈骨架外表面繞設(shè)有激勵(lì)線圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)線 圈組件還包括導(dǎo)磁體外殼，導(dǎo)磁體外殼一側(cè)呈開(kāi)口設(shè)置，線圈骨架繞設(shè)激勵(lì)線圈后置于所 述導(dǎo)磁體外殼中，導(dǎo)磁體外殼與磁致伸縮元件形成一個(gè)封閉的磁回路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述檢測(cè)裝 置包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件變形量的應(yīng)變片、檢測(cè)偏置應(yīng)力大小的上下稱(chēng)重傳感器、檢 測(cè)磁致伸縮元件表面產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的霍爾芯片，所述應(yīng)變片設(shè)置在磁致伸縮元件的表 面，所述上下稱(chēng)重傳感器分別位于所述磁致伸縮元件的兩端，上稱(chēng)重傳感器相對(duì)與磁致伸 縮元件驅(qū)動(dòng)連接的另一端連接在支架上，下稱(chēng)重傳感器相對(duì)與磁致伸縮元件驅(qū)動(dòng)連接的另 一端與所述應(yīng)力施加組件聯(lián)動(dòng)連接，所述霍爾芯片位于線圈組件與磁致伸縮元件之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述檢測(cè)裝 置還包括用于檢測(cè)磁致伸縮元件兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度的上下霍爾傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述上 下稱(chēng)重傳感器與磁致伸縮元件之間分別設(shè)有偏置應(yīng)力集中組件，所述偏置應(yīng)力集中組件包 括截面呈T型的集中套，集中套設(shè)有與所述磁致伸縮元件同軸設(shè)置的軸孔，所述軸孔中設(shè) 有球體，所述球體與所述磁致伸縮元件的端部抵接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置，其特征在于：所述應(yīng) 力施加組件包括調(diào)節(jié)絲桿、第一連桿、第二連桿、第三連桿和第四連桿，第一連桿和第二連 桿以調(diào)節(jié)絲桿為底邊形成等腰三角形結(jié)構(gòu)，第一連桿和第二連桿的各自一端分別與調(diào)節(jié)絲 桿的兩端螺紋連接，第一連桿和第二連桿的各自另一端分別與所述下稱(chēng)重傳感器鉸接，第 三連桿和第四連桿以調(diào)節(jié)絲桿為對(duì)稱(chēng)軸與所述第一連桿和第二連桿對(duì)稱(chēng)設(shè)置，第三連桿和 第四連桿的各自一端分別與調(diào)節(jié)絲桿的兩端螺紋連接，第三連桿和第四連桿的各自另一端 分別與所述支架固接。
8. -種采用權(quán)利要求1所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置對(duì)不同偏置應(yīng)力作用 下測(cè)量磁致伸縮材料的磁特性的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：①通過(guò)應(yīng)力施加組 件中的調(diào)節(jié)絲桿來(lái)提升和下降第一連桿和第二連桿來(lái)調(diào)節(jié)施加的偏置應(yīng)力大小，并通過(guò)上 下稱(chēng)重傳感器測(cè)出偏置應(yīng)力的大??；②給線圈組件供應(yīng)交流電，使其產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，交變磁 場(chǎng)給磁致伸縮元件施加了一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度而是對(duì)磁致伸縮元件發(fā)生伸縮變形；③將線圈組 件中的拾取線圈連接到磁通計(jì)上，測(cè)得拾取線圈中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B;④通過(guò)安裝在線圈組 件中的霍爾芯片測(cè)得作用在磁致伸縮元件表面的磁感應(yīng)強(qiáng)度Η ;⑤將設(shè)置在磁致伸縮元件 上的應(yīng)變片連接到應(yīng)變儀上；⑥分別將上述測(cè)得的偏置應(yīng)力大小、拾取線圈的磁感應(yīng)強(qiáng)度 Β、磁致伸縮元件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度Η以及應(yīng)變儀上測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入到ΝΙ數(shù)據(jù)采集卡上，并通過(guò) Labview軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集記錄；⑦改變交流電的頻率，依次重復(fù)步驟①-⑥。
9. 一種采用權(quán)利要求1所述的磁致伸縮材料的磁特性測(cè)試裝置對(duì)靜態(tài)偏置磁場(chǎng)下測(cè) 量磁致伸縮材料的靜態(tài)磁特性的檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：①給線圈組件施加 恒電流，給磁致伸縮元件施加靜態(tài)偏置磁場(chǎng)；②轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)力施加組件中的調(diào)節(jié)絲桿來(lái)調(diào)節(jié)施 加的偏置應(yīng)力的大小，并通過(guò)上下稱(chēng)重傳感器測(cè)出偏置應(yīng)力大小，此時(shí)由于磁致伸縮元件 受到外加應(yīng)力作用，使得其周?chē)鸥袘?yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化；③通過(guò)位于磁致伸縮元件的兩端的 上下霍爾傳感器測(cè)得磁致伸縮元件兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度；④將測(cè)得的偏置應(yīng)力大小、磁 致伸縮元件的兩端的靜態(tài)磁感應(yīng)強(qiáng)度輸入到NI數(shù)據(jù)采集卡上，并通過(guò)Labview軟件進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集記錄；⑤改變施加的偏置應(yīng)力的大小，依次重復(fù)步驟①-④。
【文檔編號(hào)】G01R33/12GK104062610SQ201410257922
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月11日
【發(fā)明者】舒亮, 李傳, 李波, 陳定方, 陶孟侖 申請(qǐng)人:溫州大學(xué)