[发明专利]一种电控形状记忆合金丝静动态驱动特性综合测试仪

说明书

本发明提供了一种用于电控形状记忆合金丝静动态驱动特性综合测试的仪器装置，主要由底板、龙门立板、龙门横梁、电器件挂板系统、电动推杆、激光挡板、力传感器、夹线器、风机、显示屏、位移传感器、风速仪组成。本仪器装置中，形状记忆合金(以下简称SMA)丝固定在两夹线器之间，电动推杆执行预紧命令，同时检测SMA丝所受预紧力，安装测试所需模块后，SMA丝通电，各传感器开始检测装置加载力、对流换热时风速和SMA丝变形量、温度、电流/电压等数据。该装置可研究静动态下SMA丝预应力、热循环频率及持续时间、SMA线径、驱动电流、加载力、对流换热形式、加载特性、激励频率等因素对SMA丝驱动特性的耦合影响规律。

技术领域

本发明属于形状记忆合金性能测试领域，涉及一种用于电控形状记忆合金丝静动态驱动特性综合测试的仪器装置。

背景技术

形状记忆合金(以下简称SMA)是一种具有形状记忆效应的合金，由两到三种主要金属元素及其他少量元素组成。当温度发生变化时，其内部结构发生相变，奥氏体与马氏体之间相互转变，而马氏体的密度比奥氏体小，内部结构转变导致SMA的宏观尺寸变化，称之为形状记忆特性。SMA的另一种特性为超弹性，当施加的外力消失后，其变形恢复程度比一般金属高，加载过程中的应变会随着外力的消失而恢复。SMA丝通过电流使自身发热的变形方式具有重要应用研究价值。电控SMA具有非常高的致动能量密度(每千克质量产生的能量)，被广泛用于微机电系统，应用前景广阔。

SMA丝具有低驱动频率(驱动行程持续时间比冷却回复时间短)特性，冷却回复时间长短的影响因素有：线材种类、线径、环境温度、对流换热形式。SMA丝表现出高非线性和迟滞行为，这类现象与偏置力、加热时间、环境温度有关，在SMA驱动系统的开发中起着非常重要的影响作用。SMA执行器的应变和力特性高度依赖于驱动电流和偏置力。SMA丝通过调节电流输出形式，可精确控制SMA丝收缩量，可同时用作执行器、驱动器，省去位移传感器的反馈环节。SMA致动特性测试有助于开发更好的系统。以上所述的SMA表征：低驱动频率特性、高非线性、迟滞行为，需要在静动态驱动特性综合测试中进行全面数据采集，分析处理，以便后续SMA驱动执行器定量预测、定义最佳设计、提高执行效率，充分利用其特征匹配特定潜在应用范围。因此开展电控SMA丝静动态实用化驱动特性综合测试研究，对SMA驱动执行器的发展具有重要意义。

开展电控SMA丝静动态实用化驱动特性综合测试研究，需要制定多种测试方案，才能完整表征出不同影响因素耦合作用下的低驱动频率特性、高非线性和迟滞行为，作出实用化的定量评估和预测。在实际应用场合中，SMA驱动执行器的影响因素主要有SMA预应力、热循环频率及持续时间、SMA线径、驱动电流、加载力、对流换热形式、加载特性、激励频率等等。但问题在于，现有SMA丝测试仪的丝线变形测量精度低、系统结构刚度小、功能单一化、拆装难度高，尚未实现测试的系统化、模块化和自动化，无法针对上述影响因素开展完整的静动态驱动特性实用化多因素耦合综合测试。

综上所述，电控SMA丝的驱动特性测试急需一种测量精度高、刚度大、受力变形量小、拆装方便，可系统化、模块化、自动化测试SMA丝在静动态下的耦合驱动特性，包括：SMA预应力、热循环频率及持续时间、SMA线径、驱动电流、加载力、对流换热形式、加载特性、激励频率等等。设计开发出一套测试电控SMA丝静动态驱动特性测试仪，具有重要研究意义和实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量精度高、刚度大、受力变形量小、拆装方便的电控SMA丝静动态驱动特性综合测试仪，可系统性、模块化测试SMA丝在静动态下的驱动特性，包括：SMA预应力、热循环频率及持续时间、SMA线径、驱动电流、加载力、对流换热形式、加载特性、激励频率。其中，对流换热形式分为不同风速下的轴向风冷、不同风速下的径向风冷和自然冷却。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：