[发明专利]一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置

说明书

本发明提供一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置，包括承重台、电磁铁、保温箱体、加压装置；所述保温箱体内部设置有厚壁铜管；需要测量的样品放置于厚壁铜管内，所述样品为上下铝帽和其夹持固定的GMM材料；所述压杆上面连接加压装置，所述加压装置上设置有位移传感器；所述样品上粘贴有光纤光栅；一方面所提供的实验装置能够在低温下提供可控的力磁耦合场环境，针对GMM材料特点设计的实验平台能够有效地测量GMM材料力磁特性，另一方面在于使用光纤光栅进行了磁致应变的测量，同时辅以传统的微位移传感。

技术领域

本发明属于测控技术领域，涉及一种低温下力-磁-热多场荷载施加装置领域，尤其涉及一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置。

背景技术

超磁致伸缩材料（GMM）出现以来，以其磁场下较大的磁致伸缩应变得到广泛关注。研究人员利用其磁—力转化原理，研制出了磁控执行器、磁场传感器、能量转换等高精度、高能量密度元器件。常温下超磁致伸缩材料的力磁特性非常优越，通过施加一定的磁场可以得到稳定的变形输出，其在外荷载的作用下变形量不仅没有减弱，反而会得到增加，GMM在力磁耦合场下复杂的非线性特征，使其在多场耦合环境下的研究分析、系统设计及应用行为变得更为复杂。经过学者多年的研究，-50~200℃范围内GMM材料已有较多的研究成果，理论模型也较为成熟。

然而在超低温区下，国内外有关GMM力磁特性的研究报道也几乎为零。作为一种有效的磁控力学元件、传感元件，其低温下的力磁特性是非常值得关注的。超低温环境下的执行器，超低温磁场传感器等装置的研制都依赖于GMM在低温下的材料属性。

超低温装置中，基于GMM开发的执行器是否还具有常温下相同的执行力，这些问题的解决都需要在低温环境中对GMM材料进行有效的力磁特性测试。然而目前针对GMM材料在低温下力磁特性的研究相当匮乏，针对GMM研发的低温执行器和磁场传感器几乎为零。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种能够在低温下提供可控的力磁耦合场环境，针对GMM材料特点设计的实验平台能够有效地测量GMM材料力磁特性的测量装置。

本发明一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置的技术方案为：从下到上依次包括承重台、电磁铁、保温箱体、加压装置；所述电磁铁位于承重台上；所述电磁铁中间为一个空心圆柱，空心圆柱下方、承重台上面设置有垫块； 所述空心圆柱内、垫块上面设置有保温箱体；所述电磁铁紧紧围绕保温箱体下部；所述装置测量时，所述保温箱体内部加入制冷液体；所述保温箱体内部设置有厚壁铜管；需要测量的样品放置于厚壁铜管内，需要测量的样品放置于厚壁铜管内，所述样品为上下铝帽和其夹持固定的GMM材料；样品的下端铝帽与垫块接触，样品的上端铝帽与压杆接触；所述压杆上面连接加压装置，所述加压装置上设置有位移传感器；所述样品上粘贴有光纤光栅；所述电磁铁还连接可编程电源，通过程序控制其电流输出，从而控制磁场的大小和波形，并将信号实时传输至采集卡；采集卡将获取可编程电源提供的实时电流信号，并与计算机相连，进行数模转化，供计算机进行处理；所述光纤光栅解调仪用于解调光纤光栅的波长漂移，并与计算机连接，实时输出信号；所述将贴附于样品中的光纤光栅应变传感的信号传输至光纤光栅解调仪中，可实现多组信号同时传输；计算终端将光纤光栅解调仪与采集卡实时提供的波长数据与磁场数据进行实时采集、处理、绘图、保存，最后得到可靠的实验结果。

进一步的，一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置，所述保温箱体形状为上部大下部小。

进一步的，一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置，所述制冷液体为液氮。

进一步的，一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置，所述厚壁铜管上设置有铜管开口，所述制冷液体通过通关开口流入铜管内。

进一步的，一种超低温下超磁致伸缩材料力磁特性测量装置，所述加压装置为砝码及放置砝码的砝码托盘；所述砝码托盘与压杆直接相连；所述位移传感器位于砝码托盘上。