金屬纖維的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)磁阻抗綜合測試裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種應(yīng)力扭轉(zhuǎn)磁測試裝置，特別設(shè)及金屬纖維的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)控制下的磁 阻抗特性測試裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，微尺度金屬纖維的結(jié)構(gòu)特殊，呈長程無序狀態(tài)，其擁有良好的幾何對稱 性、特殊磁疇結(jié)構(gòu)和物理效應(yīng)（如巨磁阻抗效應(yīng)）等特點(diǎn)，尤其是拉應(yīng)力作用或扭轉(zhuǎn)作 用時(shí)磁阻抗效應(yīng)優(yōu)于薄帶和薄膜等類型材料，因此，微尺度金屬纖維適合作為微型應(yīng)力 或扭轉(zhuǎn)傳感器用新型敏感材料（參見M. -H.Phan,H. -X.Peng.Giantma即etoimpedance materials；Fundamentalsandapplications.ProgressInMaterialsScience. 2008， 53(2) ;323-420.)。微尺度金屬纖維敏感材料在不同拉應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)條件下，其磁阻抗變化 顯著（參見K.L.Garcma，J.M.Garcma-Beneytez,R.Valenzuela，A.Zhukov，J.Gonzalez， M.Vazquez.EffectsoftorsiononthemagnetoimpedanceresponseofCoFeBSi amorphouswires.JournalofMagnetismandMagneticMaterials，2001，226-230 ; 721-723.和J.M.Blanco,A.Zhukov，J.Gonzalez.EffectoftensileandtorsiononGMI inamorphouswire.JournalofMagnetismandMagneticMaterials，1999,196-197 ; 377-379.)。同時(shí)，不同的應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)條件均將直接影響磁阻抗信號(hào)的輸出特性，可針對上 述變化選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ鲬?yīng)力或扭轉(zhuǎn)幅度范圍，W期滿足于高精度的微型應(yīng)力或扭矩傳感器 設(shè)計(jì)需要。
[0003] 目前，磁阻抗的應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)特性的研究已成為研究熱點(diǎn)問題之一，但精確控制金 屬纖維應(yīng)力扭轉(zhuǎn)測試裝置研制尚不完善，阻礙了微型應(yīng)力或扭轉(zhuǎn)等相關(guān)傳感器的研發(fā)和應(yīng) 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有測試裝置不能直接有效地實(shí)現(xiàn)金屬纖維應(yīng)力扭轉(zhuǎn) 條件下阻抗測量的問題，提供一種金屬纖維的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)磁阻抗綜合測試裝置。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明金屬纖維的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)磁阻抗綜合測試裝置包括綜合測試 平臺(tái)及其附配的磁場發(fā)生裝置，所述綜合測試平臺(tái)連配用于采集所述平臺(tái)中待測金屬纖維 阻抗的四端磁阻抗測試分析系統(tǒng)和磁場校正與監(jiān)測系統(tǒng)；所述磁場發(fā)生裝置包括亥姆霍茲 線圈和其配連的直流電源；所述綜合測試平臺(tái)為用于向待測金屬纖維施加扭力的無應(yīng)力扭 轉(zhuǎn)平臺(tái)或用于向金屬纖維施加應(yīng)力和扭力的應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平臺(tái)；所述四端磁阻抗測試分 析系統(tǒng)包括阻抗分析儀；所述磁場校正與監(jiān)測系統(tǒng)包括單軸磁力計(jì)及其設(shè)置在所述扭轉(zhuǎn)平 臺(tái)一側(cè)的探頭，且探頭軸向平行于亥姆霍茲線圈的軸向，其軸線與所述金屬纖維高度平行 一致。本發(fā)明裝置具有簡單實(shí)用，測試平臺(tái)便于更換，應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)控制精確，不易造成纖維 斷裂和扭折，能夠獲得特定應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)條件下金屬纖維的磁阻抗變化特性的優(yōu)點(diǎn)。
[0006] 作為優(yōu)化，所述無應(yīng)力扭轉(zhuǎn)平臺(tái)是電木板骨架的左右相對兩上伸臂分別周向滑配 位于同一軸線上的左橫絲軸和右橫絲軸；穿過所述左上伸臂的所述左橫絲軸外端固配旋轉(zhuǎn) 螺母、內(nèi)端固配左侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體，位于左上伸臂內(nèi)外側(cè)的內(nèi)外緊固螺母對所述左橫絲軸進(jìn) 行緊固；穿過所述右上伸臂的所述右橫絲軸外端固配旋轉(zhuǎn)螺母、內(nèi)端固配右侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體， 位于右上伸臂內(nèi)外側(cè)的內(nèi)外緊固螺母對所述右橫絲軸進(jìn)行緊固；所述左右侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體的 內(nèi)端面分別通過纖維連接板連接位于所述軸線上的金屬纖維；所述左右侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體的內(nèi) 端上下面都分別配裝連接所述阻抗分析儀的接線端子。
[0007] 作為優(yōu)化，所述應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平臺(tái)是電木板骨架有左右相對兩上伸臂，穿過所 述左上伸臂的所述左橫絲軸外端固配旋轉(zhuǎn)螺母、位于左上伸臂內(nèi)側(cè)的內(nèi)緊固螺母對所述左 橫絲軸進(jìn)行緊固，所述左橫絲軸內(nèi)端固配左侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體；穿過所述右上伸臂的侶合金導(dǎo) 向支撐體的內(nèi)外端上面和左侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)端上下面分別配裝連接所述阻抗分析儀的接 線端子；所述侶合金導(dǎo)向支撐體外端面下部通過橫向軸架配置有定滑輪，所述侶合金導(dǎo)向 支撐體中部制有橫向通孔，所述橫向通孔橫向滑配有外端露出所述侶合金導(dǎo)向支撐體內(nèi)端 面的右纖維連接板，所述左侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體內(nèi)端面固配左纖維連接板，所述左纖維連接板內(nèi) 端與右纖維連接板內(nèi)端之間連接有金屬纖維，所述右纖維連接板外端連接的牽引線繞過所 述定滑輪后再向下吊接破碼；所述金屬纖維和定滑輪與右纖維連接板外端之間的牽引線都 與所述左橫絲軸的軸線在同一條直線上。
[000引作為優(yōu)化，所述纖維連接板為PCB纖維連接板；所述侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體為橫置圓柱體， 所述橫置圓柱體的內(nèi)端上面和下面制有內(nèi)凹平臺(tái)，所述接線端子位于內(nèi)凹平臺(tái)中部。
[0009] 作為優(yōu)化，所述電木板骨架是上下平行的上支撐板和下支撐板兩端各制有向上伸 出的側(cè)板，所述側(cè)板自所述上支撐板伸出的部分為所述上伸臂。
[0010] 作為優(yōu)化，所施加的扭轉(zhuǎn)范圍參數(shù)為；0-6667 2 31rad/m;所述磁力計(jì)為磁通口單 軸磁力計(jì)。
[0011] 作為優(yōu)化，所施加的應(yīng)力范圍參數(shù)為；0-4200MPa;所述侶合金導(dǎo)向支撐體為橫置 的正方柱，所述接線柱位于所述橫置的正方柱內(nèi)外端上面中部，左橫絲軸內(nèi)端與所述左侶 合金金轉(zhuǎn)動(dòng)體之間配置有內(nèi)緊固螺母。
[0012] 作為優(yōu)化，金屬纖維直徑在20ym-120ym范圍內(nèi)；所述綜合測試平臺(tái)為無磁綜合 測試平臺(tái)。
[0013] 作為優(yōu)化，是通過調(diào)節(jié)無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)4來實(shí)現(xiàn)特定扭轉(zhuǎn)條件下的測試；隨 后將磁場發(fā)生裝置放置垂直于地磁場方向，避免地磁場的干擾，并利用磁場校正與監(jiān)測系 統(tǒng)對其產(chǎn)生的磁場進(jìn)行調(diào)整和校正來達(dá)到精確測量目的，同時(shí)將磁力計(jì)探頭沿其軸向固定 于無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)一側(cè)，再調(diào)節(jié)直流電源獲得不同的外磁場值，通過接線端子輸出阻 抗測試系統(tǒng)的信號(hào)，從而獲得不同扭轉(zhuǎn)和磁場下磁阻抗輸出特性。
[0014] 作為優(yōu)化，是通過調(diào)節(jié)應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平臺(tái)5來實(shí)現(xiàn)特定應(yīng)力或應(yīng)力扭轉(zhuǎn)聯(lián)合條 件下的測試，增加破碼重量來改變不同拉應(yīng)力作用，同時(shí)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)螺母實(shí)現(xiàn)精確扭轉(zhuǎn)；隨后 將磁場發(fā)生裝置放置垂直于地磁場方向，避免外部磁場的干擾，并利用磁場校正與監(jiān)測系 統(tǒng)對其產(chǎn)生的磁場進(jìn)行調(diào)整和校正，同時(shí)將磁力計(jì)探頭沿其軸向固定于應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平 臺(tái)一側(cè)，再調(diào)節(jié)恒流電源輸出不同的外場值，通過接線端子輸出阻抗測試系統(tǒng)的信號(hào)，從而 獲得不同應(yīng)力或應(yīng)力扭轉(zhuǎn)下磁阻抗輸出特性。
[0015] 即本發(fā)明金屬纖維的應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)磁阻抗綜合測試裝置由四端磁阻抗測試分析系 統(tǒng)、磁場校正與監(jiān)測系統(tǒng)、磁場發(fā)生裝置和綜合測試平臺(tái)等組成；四端磁阻抗測試分析系統(tǒng) 包括阻抗分析儀；磁場發(fā)生裝置包括亥姆霍茲線圈和直流電源等；磁場矯正與監(jiān)測系統(tǒng)包 括單軸磁力計(jì)及其探頭。綜合測試平臺(tái)系統(tǒng)包括無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)和應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平 臺(tái)等。所述應(yīng)力扭轉(zhuǎn)綜合測試平臺(tái)系統(tǒng)的無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)由轉(zhuǎn)動(dòng)螺母、緊固螺母、侶合 金轉(zhuǎn)動(dòng)體、PCB纖維連接板、接線端子、電木板骨架和支撐板等組成；應(yīng)力扭轉(zhuǎn)綜合測試平 臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平臺(tái)則在上述扭轉(zhuǎn)平臺(tái)基礎(chǔ)上改進(jìn)，增加應(yīng)力發(fā)生系統(tǒng)，該系統(tǒng) 包括侶合金導(dǎo)向支撐體、滑輪裝置和銅質(zhì)破碼等。四端磁阻抗測試分析系統(tǒng)的阻抗分析儀 用于采集不同狀態(tài)下金屬纖維的交流阻抗信號(hào)；磁場發(fā)生裝置采用亥姆霍茲線圈實(shí)現(xiàn)；磁 場校正與監(jiān)測系統(tǒng)采用單軸磁力計(jì)實(shí)現(xiàn)，其探頭設(shè)置在與應(yīng)力扭轉(zhuǎn)測試平臺(tái)平行的方向， 其高度與金屬纖維位置保持一致，且與亥姆霍茲線圈的軸向平行。
[0016] 本發(fā)明中的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)綜合測試平臺(tái)系統(tǒng)（無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái)和應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合 平臺(tái)）是實(shí)現(xiàn)金屬纖維應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)下磁阻抗特性測試的核屯、部分，采用無磁微型測試平臺(tái) 易于精確控制，提高測試精度。磁通口磁力計(jì)組成的磁場校正與監(jiān)測系統(tǒng)能有效校準(zhǔn)外部 磁場，并減小地磁場的影響，提高磁阻抗測試精度。
[0017] 總之，本發(fā)明金屬纖維的應(yīng)力扭轉(zhuǎn)磁阻抗綜合測試裝置是一種應(yīng)力和扭矩精確控 制下的金屬纖維的磁阻抗特性測試裝置，是為了解決現(xiàn)有的測試裝置操作復(fù)雜、不能直接 有效地實(shí)現(xiàn)金屬纖維應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)條件下阻抗精確測量的問題。它包括應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)綜合測試 平臺(tái)系統(tǒng)、四端磁阻抗測試系統(tǒng)、磁場發(fā)生裝置和磁場校正與監(jiān)測系統(tǒng)等。其中，四端磁阻 抗測試系統(tǒng)包括阻抗分析儀；磁場發(fā)生裝置包括亥姆霍茲線圈和直流電源等；磁場矯正與 監(jiān)測系統(tǒng)包括單軸磁力計(jì)及其探頭。應(yīng)力扭轉(zhuǎn)綜合測試平臺(tái)系統(tǒng)包括無應(yīng)力作用扭轉(zhuǎn)平臺(tái) 和應(yīng)力-扭轉(zhuǎn)聯(lián)合平臺(tái)等。前者包括轉(zhuǎn)動(dòng)螺母、緊固螺母、侶合金轉(zhuǎn)動(dòng)體、PCB纖維連接板、 接線端子、電木板骨架和支撐板等，后者則在上述扭轉(zhuǎn)平臺(tái)基礎(chǔ)上改進(jìn)，增加拉應(yīng)力發(fā)生系 統(tǒng)，包括侶合金導(dǎo)向支撐體、滑輪裝置和銅質(zhì)破碼等。本發(fā)明裝置簡單實(shí)用，應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)控 制精確，兩種測試平臺(tái)便于更換，不易造成纖維突然斷裂和扭折。本發(fā)明適用于金屬纖維在 單獨(dú)施加扭轉(zhuǎn)或拉應(yīng)力條件，W及