專(zhuān)利名稱(chēng)：含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集與測(cè)試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及材料研究與測(cè)量領(lǐng)域，具體是一種含缺陷流變體熱致磁效 應(yīng)采集和測(cè)量系統(tǒng)。 技術(shù)背景
含缺陷流變物體在外載荷作用下會(huì)出現(xiàn)裂紋擴(kuò)展過(guò)程，其中所說(shuō)的含缺陷 流變物體是指其內(nèi)部含有微孔洞、微裂紋或其它缺陷的物體。這類(lèi)物體受到外 載荷(如拉應(yīng)力)作用時(shí)，其內(nèi)部缺陷會(huì)隨著拉應(yīng)力的增加而不斷擴(kuò)展。隨著 塑性變形的增加和變形熱的產(chǎn)生，在裂紋擴(kuò)展過(guò)程中將伴隨一微弱熱致磁效應(yīng)。 即使象聚合物這樣的非鐵磁體材料也是如此，只是此效應(yīng)的大小不同、及剩磁 保留的時(shí)間長(zhǎng)短不同而己?，F(xiàn)有研究主要是針對(duì)硬磁材料(又稱(chēng)永磁材料或恒 磁材料)或軟磁材料在外加電磁場(chǎng)作用下的物理力學(xué)性能等展開(kāi)的研究，主要 研究這些鐵磁材料或鐵氧體材料的磁致伸縮現(xiàn)象。未見(jiàn)對(duì)高聚物這類(lèi)非鐵磁材 料在廣義外載荷作用下所產(chǎn)生的熱致磁效應(yīng)進(jìn)行定量測(cè)量的報(bào)道。
此前，袁龍蔚從理論上研究了含缺陷流變性材料裂尖斷裂過(guò)程區(qū)的熱力學(xué) 性和電磁性，指出材料的破壞過(guò)程不是純粹的力學(xué)過(guò)程，認(rèn)為熱傳導(dǎo)方程應(yīng)包 括電磁場(chǎng)的貢獻(xiàn)，并且導(dǎo)出了電磁能通量矢量的整體動(dòng)量平衡和能量平衡方程。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是基于現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一種含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采
集和測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)含缺陷PVC板材破壞過(guò)程中變形區(qū)附近區(qū)域的熱致磁感應(yīng)強(qiáng)
度、變形區(qū)附近區(qū)域的紅外熱圖像、變形區(qū)附近區(qū)域的形變圖像進(jìn)行即時(shí)數(shù)據(jù)
采集，為建立含缺陷PVC板材破壞過(guò)程中形變、熱、磁關(guān)系及其演化過(guò)程提供
測(cè)量數(shù)據(jù)，為含缺陷流變性物體的材料破壞機(jī)理研究提供測(cè)試方法和手段。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是 一種含缺陷流變體熱致 磁效應(yīng)采集與測(cè)試系統(tǒng)，包括傳感器組，熱相、圖像同步采集裝置和電源，其 中傳感器組上連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和PC數(shù)采系統(tǒng)，所述傳感器組包括在檢
測(cè)平面上呈8X8矩陣排列的64個(gè)SS495線性靈爾傳感器，采用3個(gè)8選1多 路開(kāi)關(guān)作為正、負(fù)電源和輸出端的控制開(kāi)關(guān)，每8個(gè)傳感器為一組按列路、行 路和45度方向連接成三維矩陣;所述輸出端控制開(kāi)關(guān)的輸出端接入硬件校正電 路的正相輸入端，且有PC數(shù)采系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換通道輸出端接入硬件校正電路的 反相輸入端，其輸出端接入數(shù)采系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換通道輸入端。
其中熱相同步采集裝置為紅外熱相儀，圖像同步采集裝置為數(shù)碼相機(jī)。所 述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接有微動(dòng)開(kāi)關(guān)。且上述電源采用高穩(wěn)定度電源。硬件校 正電路即采用一般差動(dòng)放大電路。
本實(shí)用新型提供的上述含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集和測(cè)量系統(tǒng)為建立含 缺陷PVC板材破壞過(guò)程中形變、熱、磁關(guān)系及其演化過(guò)程提供測(cè)量數(shù)據(jù)，為含 缺陷流變性物體的材料破壞機(jī)理研究提供了測(cè)試方法和手段。
以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步描述-

圖1含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)傳感器電原理圖; 在附圖中
1-材料拉伸機(jī)上夾頭 2-列供電多路開(kāi)關(guān)3-行供電多路開(kāi)關(guān) 4-輸出多路開(kāi)關(guān) 5-硬件校正電路 6-傳感器 7-步進(jìn)電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)8-伺服機(jī)構(gòu)支架 9-材料拉伸機(jī)下夾頭10-高穩(wěn)定度電源 11-排線 12-PC數(shù)采系統(tǒng)
13-紅外熱相儀 14-數(shù)碼相機(jī) 15-微動(dòng)開(kāi)關(guān)
16-試件
具體實(shí)施方式
實(shí)施例中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括傳感器6、步進(jìn)電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)7、微動(dòng) 開(kāi)關(guān)15、高穩(wěn)定度電源10、 PC數(shù)采系統(tǒng)12，紅外熱相儀13，數(shù)碼相機(jī)14等 部分組成。
試件16放在材料拉伸機(jī)上夾頭1和材料拉伸機(jī)下夾頭9之間固定，進(jìn)行測(cè) 量試驗(yàn)。材料拉伸機(jī)上有伺服機(jī)構(gòu)支架8用來(lái)支撐測(cè)量系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)伺服 機(jī)構(gòu)7。
測(cè)量系統(tǒng)中傳感器組件包括8X8線性霍爾傳感器6、列供電多路開(kāi)關(guān)2， 行供電多路開(kāi)關(guān)3，輸出多路開(kāi)關(guān)4，硬件校正電路5組成。列供電多路開(kāi)關(guān)2 分時(shí)對(duì)8列線性霍爾傳感器提供列掃描供電，行供電多路開(kāi)關(guān)3分時(shí)對(duì)8行線 性霍爾傳感器提供行掃描供電，輸出多路開(kāi)關(guān)4按45度方向?qū)?4個(gè)傳感器接 成8組，與行列掃描供電多路開(kāi)關(guān)配合實(shí)現(xiàn)傳感器矩陣三維連接，實(shí)現(xiàn)傳感器 組的64選1信號(hào)的分時(shí)輸出。
硬件校正電路5是一個(gè)差動(dòng)放大電路，PC數(shù)采系統(tǒng)保存的64路傳感器原 始零點(diǎn)誤差信號(hào)分時(shí)由D/A轉(zhuǎn)換通道輸出，送到硬件校正電路5的反相輸入端， 與直接由傳感器組輸出的信號(hào)相減，實(shí)現(xiàn)傳感器零點(diǎn)的校正。高穩(wěn)定度電源io 為傳感器組提供正、負(fù)電源。
紅外熱相儀13和數(shù)碼相機(jī)14用于同步采集試件在拉伸過(guò)程中的紅外熱相 和形變圖像，實(shí)現(xiàn)磁相、熱相、圖像與應(yīng)力應(yīng)變曲線的同步采集。根據(jù)試件在 拉伸過(guò)程中傳感器中心與形變區(qū)域的相對(duì)位置變化，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)15控制輸入步
進(jìn)電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)7的脈沖流的通斷，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)伺服機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)傳感器中心
位置向形變區(qū)域中心移動(dòng)，從而使傳感器中心始終對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)形
變區(qū)域的跟隨。實(shí)現(xiàn)這一功能的方法是微動(dòng)開(kāi)關(guān)15的支撐桿一端與試件16
原始裂紋處交接，另一端與伺服機(jī)構(gòu)支架8相連，其觸點(diǎn)與傳感器支撐桿接觸。 調(diào)整微動(dòng)開(kāi)關(guān)15在支撐桿上的位置，可以實(shí)現(xiàn)拉伸全過(guò)程傳感器始終對(duì)準(zhǔn)形變 區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)形變區(qū)域的跟隨。
DG408A作為正電源引入開(kāi)關(guān)，控制A。,Ai,A2對(duì)象素陣列實(shí)現(xiàn)列掃描供電， 每次接通8個(gè)象素的正電源。DG408B作為負(fù)電源引入開(kāi)關(guān)，控制A3,A4,As對(duì) 傳感器象素陣列實(shí)現(xiàn)行掃描供電，每次接通8個(gè)象素的負(fù)電源。將同時(shí)接通正 負(fù)電源的象素作為該時(shí)刻的工作象素，其余為非工作象素，為了使只有行和列 同時(shí)供電的象素才能輸出信號(hào)，且避免單獨(dú)接通正電源和單獨(dú)接通負(fù)電源的象 素對(duì)工作象素形成負(fù)載，降低工作象素的靈敏度，將64個(gè)象素的輸出端按45 度方向，每8個(gè)并聯(lián)為一組，分成8組接到DG408C組成輸出切換開(kāi)關(guān)的8個(gè) 輸入端，由控制DG408C的A6,A7,A8分時(shí)接通各組信號(hào)到輸出端D，由圖可知， DG408A， DG408B實(shí)現(xiàn)行列掃描供電時(shí)，按45度方向連接的8個(gè)象素中，只 有一個(gè)是同時(shí)接通正、負(fù)電源的工作象素，其余是正、負(fù)電源完全浮空的7個(gè) 非工作象素。這種聯(lián)結(jié)方式將64個(gè)象素按正、負(fù)電源和輸出接成了三維矩陣方 式，這種三維矩陣方式完全避免了非工作象素對(duì)工作象素的負(fù)載效應(yīng)，大大提 高了工作象素的靈敏度。DG408C的共同端D與二次放大器相連。只需一個(gè)放 大器就能夠?qū)?4個(gè)象素的輸出信號(hào)進(jìn)行分時(shí)放大，降低了硬件成本。傳感器由 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的一維伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)試件在拉伸過(guò)程中傳感器中心與形變 區(qū)域的相對(duì)位置變化，由微動(dòng)開(kāi)關(guān)控制輸入步進(jìn)電機(jī)的脈沖流的通斷，驅(qū)動(dòng)步 進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)，使傳感器中心位置向形變區(qū)域中心移動(dòng)，從而使傳感器
中心始終對(duì)準(zhǔn)被測(cè)量區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)形變區(qū)域的跟隨。
工作時(shí)，紅外熱相儀13組成的紅外熱相采集系統(tǒng)將紅外熱相儀設(shè)置為觸發(fā)
拍攝方式，利用PC機(jī)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字信號(hào)輸出接口輸出觸發(fā)信號(hào)，定時(shí)采 集PVC板材在拉伸破壞過(guò)程中的熱相信息。數(shù)碼相機(jī)14組成的圖像采集系統(tǒng)同 樣將數(shù)碼相機(jī)設(shè)置為觸發(fā)拍攝方式，利用PC數(shù)采系統(tǒng)經(jīng)過(guò)其數(shù)據(jù)采集卡數(shù)字信 號(hào)輸出接口輸出另一路觸發(fā)信號(hào)，同步采集PVC板材在拉伸破壞過(guò)程中的形變 圖像信息。同時(shí)結(jié)合材料拉伸機(jī)自身采集的應(yīng)力應(yīng)變曲線，該系統(tǒng)便可獲得PVC 板材拉伸破壞過(guò)程中的熱致磁場(chǎng)平面分布信息(磁相信息)，紅外熱圖(熱相信 息)，數(shù)字圖像信息和應(yīng)力應(yīng)變曲線，為含缺陷流變體破壞機(jī)理研究提供了多參
權(quán)利要求1.一種含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集和測(cè)量系統(tǒng)，包括傳感器組，熱相、圖像同步采集裝置和電源，其中傳感器組上連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和PC數(shù)采系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感器組包括在檢測(cè)平面上呈8×8矩陣排列的64個(gè)SS495線性靃爾傳感器，采用3個(gè)8選1多路開(kāi)關(guān)作為正、負(fù)電源和輸出端的控制開(kāi)關(guān)，每8個(gè)傳感器為一組按列路、行路和45度方向連接成三維矩陣；所述輸出端控制開(kāi)關(guān)的輸出端接入硬件校正電路的正相輸入端，且有PC數(shù)采系統(tǒng)的D/A轉(zhuǎn)換通道輸出端接入硬件校正電路的反相輸入端，其輸出端接入數(shù)采系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換通道輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)釆集和測(cè)量系 統(tǒng)，其特征在于，熱相同步采集裝置為紅外熱相儀，圖像同步采集裝 置為數(shù)碼相機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集和測(cè)量系 統(tǒng)，其特征在于，所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接有微動(dòng)開(kāi)關(guān)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集和 測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，所述硬件校正電路為差動(dòng)放大電路。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種含缺陷流變體熱致磁效應(yīng)采集與測(cè)試系統(tǒng)，包括傳感器組，熱相、圖像同步采集裝置和電源，其中傳感器組上連接有步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和PC數(shù)采系統(tǒng)，所述傳感器組包括在檢測(cè)平面上呈8×8矩陣排列的64個(gè)SS495線性霍爾傳感器，采用3個(gè)8選1多路開(kāi)關(guān)作為正、負(fù)電源和輸出信號(hào)的控制開(kāi)關(guān)，每8個(gè)傳感器為一組按列路、行路和45度方向連接成三維矩陣。本實(shí)用新型為含缺陷流變性物體的材料破壞機(jī)理研究提供了多元測(cè)試方法和手段。
文檔編號(hào)G01N3/00GK201199212SQ20082005288
公開(kāi)日2009年2月25日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者張永忠, 楊占宇, 粟建新, 羅迎社, 鄧旭華, 鄧瑞基, 陳勝銘, 馬敏偉 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)