[发明专利]磁致伸缩材料参数特性测试装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩材料参数特性的测试装置及其方法，具体涉及一种不同磁场和应力载荷作用下的磁致伸缩材料磁参数、机械参量、负载力特性的测试装置。

背景技术

磁致伸缩材料是20世纪70年代发展起来的一种新型功能材料，磁致伸缩材料作为一种能量转换的媒介，能够有效的实现电能－机械能和电能－声能之间的转换，而且材料本身具有非常优越的磁致伸缩特性，比如材料的磁致伸缩系数大(1500-2000ppm)、输出应力大、响应速度快、机械转换效率高，为材料在微驱动、减振、传感器、阀门、声纳等领域的应用提供了保障。目前，磁致伸缩材料及其相关器件应用的研究已经成为国内外研究的热点，而且磁致伸缩材料已经被视为21世纪的重要战略功能材料，有在军、民两用高技术领域具有广阔的应用前景。

随着磁致伸缩材料在航天、航空领域的拓展，材料机理及其应用过程中的关键参数特性的测试已经备受关注，为了研究及探索材料在高新技术领域的应用，材料综合特性的测试将是其应用的关键，所以，不同载荷下磁致伸缩材料的参数特性、输出特性的测试不仅是材料性能评价的关键，更是材料应用过程中分析设计的核心。

目前磁致伸缩材料测试的装置还是比较简单，而且只能对材料的部分参数进行测量，且并没有相关装置能够准确的测量材料输出力以及负载力特性。材料输出应变量一般采用表贴应变片来进行测量，易受温度、磁场等因素的影响，带来较大的测试误差，本装置中采用外置激光测位移来测量材料的因变量。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种磁致伸缩材料参数特性的测试装置及其方法。

磁致伸缩材料参数特性测试装置包括框架、底座、外壳、第一线圈、第二线圈、第三线圈、线圈骨架、温度传感器、检测线圈、霍尔传感器、第一夹紧铜套、第二夹紧铜套、下堵头、待测磁致伸缩材料、顶杆、上端盖、第一碟簧、第二碟簧、第一压力传感器、第二压力传感器、第一调整螺母、第二调整螺母、盖板、盖板螺母、螺杆；底座上表面中心设矩形凹槽，矩形凹槽上设有框架通过螺钉固定，框架下端设有下堵头，框架上端设有第二调整螺母，顶杆穿过第二调整螺母、第二碟簧、第二压力传感器、盖板螺母、盖板、第一调整螺母、第一碟簧、第一压力传感器、固定在框架内，第一调整螺母固定在上端盖上，上端盖固定在外壳上，外壳内从里到外顺次设有待测磁致伸缩材料、线圈骨架、第一线圈、第二线圈、第三线圈，第一线圈、第二线圈、第三线圈分别绕制在线圈骨架的中、上、下区域，待测磁致伸缩材料上下端分别设有第二夹紧铜套、第一夹紧铜套，待测磁致伸缩材料表面设有霍尔传感器、检测线圈，线圈骨架内置有温度传感器，盖板与底座、外壳通过四根螺杆固定连接。

所述线圈骨架的材质为PEEK，第一铜套和第二铜套的材质为铜块。

所述顶杆、第一调整螺母、上端盖、外壳、底座、下堵头和框架的材质均采用10号钢。

所述顶杆与第一调整螺母、盖板和第二调整螺母均为间隙配合，顶杆与盖板接触区域采用阶梯式结构，顶杆与盖板螺母之间采用螺纹配合。

所述顶杆与盖板螺母之间的螺纹螺距配合为1mm，第一调整螺母与上端板和第二调整螺母与框架之间的螺纹螺距配合为2mm。

磁致伸缩材料参数特性测试方法的步骤如下：

1)调节盖板的高度，使盖板正好置于顶杆阶梯式过渡区域的截面上，通过调整贯穿底座、外壳、盖板的四根螺杆上的螺母位置，使盖板下表面与顶杆阶梯式截面间分离，完成盖板的高度定位；

2)向下旋转盖板螺母，使盖板螺母的下表面与盖板上表面接触，完成盖板螺母的定位；

3)旋转第一调整螺母以挤压第一碟簧，完成待测磁致伸缩材料上预压应力的施加；旋转第二调整螺母以挤压第二碟簧，完成待测磁致伸缩材料上负载应力的施加；盖板和盖板螺母定位的实现，使得待测磁致伸缩材料上的预压应力和负载应力相分离，其中预压应力加载在待测磁致伸缩材料上，而负载应力加载在盖板螺母上；

4)第一线圈、第二线圈、第三线圈施加励磁电流时，在待测磁致伸缩材料上产生均匀磁场，使磁致伸缩材料产生轴向伸长，推动顶杆和盖板螺母向上运动，此时负载力作用到磁致伸缩材料上，完成负载应力的加载；整个过程采用外置激光测位仪测量磁致伸缩材料的应变量，采用第一压力传感器、第二压力传感器测量磁致伸缩材料的输出力特性，采用检测线圈和霍尔元件测量磁致伸缩材料的磁特性，得到不同载荷作用下磁致伸缩材料的动态输出特性及负载特性；