专利名称：一种多场耦合测量系统的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及固体材料在多场耦合下的测量技术，特别是涉及测量固体材料的磁特性、电特性、温度特性和机械特性的多场耦合测量系统。
背景技术：
压电材料、铁电材料、电致伸缩材料、铁磁材料、稀土超磁致伸缩功能材料、磁致伸缩复合材料、铁磁相变材料，以及铁电-铁磁复合材料等构成了最主要也是最重要的功能/智能/自适应材料，这些功能材料具有许多优越的性能，在现代科学技术中得到广泛的应用，从电力电子、航空航天、核能工程，到机器人智能系统、信息存储系统和智能传感系统等各个领域中都起到了重要的作用，这些材料在使用过程中往往伴随着力、电、热、磁等复杂的耦合物理力学行为。所以这些材料在多场耦合条件下的功能参数和耦合性能指标是评价产品质量、指导产品设计、进行产品改进和控制产品质量的基础。因此需要设计满足力-电-磁-热多场耦合的实验条件，并测量多种性能参数，如矫顽力、电极化强度、磁导率、磁化强度、电/磁退极化等。
另一方面，近年来迅猛发展的微电子机械系统(MEMS)，它提出了多场耦合与细微信息结构微动力学等科学问题。当应力、应变或热与电磁行为出现强交互作用时，MEMS器件会发生变形、振动和失稳，但缺乏研究耦合场下的功能材料与MEMS的动作与失效的理论方法与实验手段。因此急需开发制备力-电-磁-热耦合加载与自动测量系统，提高耦合加载的能力和增大耦合加载的范围、提高准确度和灵敏度、拓宽频率范围、适用不同形状的样品的测试能力，满足电场-磁场-热场-机械应力/应变场耦合等复杂科学问题的研究。
现有技术为了创造出多场耦合的实验条件，是将各种场的产生设备简单的堆叠在一起，需要手工选择和配置各种设备，安装和拆除都很麻烦，费时费力，并且不能自动处理各种设备产生的数据，不能自动选择各种场的任意耦合，准确性差，难以简便的实现多场耦合的实验条件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多场耦合测量系统，解决现有技术难以简便的实现多场耦合的实验条件，测量精度差，不能实现测量和数据分析的自动化的技术问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种多场耦合测量系统，其中，包括各种场或力的产生设备及测量设备、监控与采集设备、控制设备；所述场或力的产生设备用于产生实验用的各种场或力；所述测量设备用于对所述各种场或力进行测量；所述监控与采集设备用于，采集所述测量设备的测量信息并转换为数字信号并发送给所述控制设备，接收所述控制设备的控制信号并转化为电信号后发送给所述场或力的产生设备；所述控制设备用于，输出所述控制信号来控制所述场或力的产生设备进行各种场或力的加载，接收所述数字信号并根据所述数字信号对所述测量设备的测量信息进行计算分析。
上述的系统，其中，所述场或力的产生设备包括磁场产生设备、电场产生设备、温度场产生设备和应力加载设备；所述磁场产生设备包括固定的两个磁场极头，所述应力加载设备包括用于夹持试件的夹头，所述夹头设置在所述两个磁场极头之间并可根据所述控制设备的控制信号进行任意角度的旋转和移动。
上述的系统，其中，所述应力加载设备通过液压传动将伺服电机的力传递到所述试件上，以节省加载力所需要的空间从而减小所述两个磁场极头之间的距离，并根据所述控制设备的控制信号完成对所述试件的拉伸、压缩和三点弯试验，以及完成对所述试件的恒力或恒位移加载实验。
上述的系统，其中，所述电场产生设备包括函数发生器、电场电源和示波器；所述函数发生器用于根据所述控制设备的控制信号产生不同的函数波形并输送到所述电场电源，所述电场电源根据所述函数波形产生对应的电压并加载到所述试件，所述示波器用于显示所述电场电源所产生电压的波形。
上述的系统，其特征在于，所述温度场产生设备包括能够根据所述控制设备的控制信号产生超高频、超低频、中频和低频的热加载电源，以及与所述热加载电源相连接用于对所述试件进行感应加热的加热套。
上述的系统，其中，所述测量设备包括磁场测量设备、电场测量设备、温度测量设备和应力测量设备。
上述的系统，其中，所述磁场测量设备包括用于测量磁场强度的霍尔探头或者H型感应线圈，所述霍尔探头连接特斯拉计，所述H型感应线圈连接磁通计；用于测量试件的磁感应强度的J型感应线圈，所述J型感应线圈由两个测量线圈串联反接组成，抵消了测量线圈和试件之间空气漏磁通的影响，所述J型感应线圈连接磁通计。
上述的系统，其中，所述电场测量设备包括电荷仪；所述温度测量设备包括红外传感器，用于对试件进行非接触的温度测量；所述应力测量设备包括安装在液压回路的力传感器，安装在试件表面的应变片以及与所述应变片连接的动态应变仪。
上述的系统，其中，所述控制设备根据所述测量信息计算分析得出试件在不同场或力的条件下的性能曲线和性能参数，并根据需要输出相关格式的数据文件并打印。
上述的系统，其中，所述性能曲线包括磁滞回线、电滞回线、退磁曲线和/或应力应变曲线；所述性能参数包括弹性模量、电饱和极化强度、退极化强度、矫顽场、介电常数、压电常数；磁场强度、磁感应强度、饱和磁极化强度、退磁化强度、矫顽场、磁化常数和/或压磁常数。
上述的系统，其中，所述监控与采集设备包括模拟/数字转换卡和数字/模拟转换卡。
本发明的优点在于1)测量精确。本发明采用了大量的精确测量设备和控制设备，比如力传感器、电荷仪、霍尔探头、红外传感器、动态应变仪、光学测量系统等等，能够得到精确的测量信号，并通过计算机的高精度控制，能够根据用户的选择精确的加载各种场或力。
2)结构紧凑。本发明通过液压传动，完成对试件的拉伸、压缩和三点弯试验，并且还可以通过不同加载方式完成对试件的恒力和恒位移加载，因为液压传动使得应力加载设备的控制和操作部分都远离磁场空间，力的加载通过液压传递到试件上，大大节省了加载应力所需占用的空间，使得磁场两极头之间的距离可以设置的更小，从而可以产生更大的磁场。
3)自动控制。本发明通过计算机根据事前存储的程序进行测量控制，在工作过程中，可以两两耦合控制、三者耦合控制、或者四者耦合，用户只需在计算机中进行相关设定即可，使用操所都相当方便，无需用户手动配置各种硬件设备，并且计算机自动根据测量数据完成试件材料的性能曲线和性能参数的计算，各种计算结果可以显示或输出，让人一目了然，完全实现了测量和计算过程的自动化，大大提高了工作效率，是进行类似多场耦合试验所不可多得的自动化试验设备。
4)控制装置可以根据预先的设定加载不同波形的电场电压，可以选择不同波形的电场电压进行试验，也可以根据需要选择不同的温度场、磁场、和拉、伸、扭、转等各种应力，增加了试验设备的功能选择。
图1为本发明多场耦合测量系统的测量部分的结构图；图2为本发明多场耦合测量系统的控制部分的结构图；图3A至图3D为本发明力学实验机分别实现压、拉、恒位移、扭时的结构示意图。
具体实施例方式
本发明提供的多场耦合测量系统，是可以进行力-电-磁-热耦合加载与测量的系统，力-电-磁-热四种场既可以两-两耦合，也可以三者或者四者互相耦合，还也可以单独在一个场下测量试件的特性，并且可以自动完成各种场的动态加载和测量，并根据测量的基本数据计算出材料的性能曲线和各种参数。
图1为本发明多场耦合测量系统的测量部分的结构图，本发明的力-电-磁-热耦合加载与测量系统主要包括以下几个部分磁场产生设备主体设备为电磁铁，如图1所示，通过高精度磁场电源提供励磁电流，从而在两个磁场极头103之间产生所需要加载的磁场，在测量过程中自动补偿两极头磁吸力对试件的影响，保持极间距不发生变化。本发明中的电磁铁在极间距为100mm的情况下，最大磁场达4.3T。
磁场测量设备有霍尔探头107和感应线圈108，分别与特斯拉计和磁通计连接。磁感应强度测量设备为感应线圈122(J线圈)，J线圈与磁通计连接，特斯拉计和磁通计的输出端与A/D卡相接，模拟信号转换为数字信号后送到计算机采集。J线圈由两个测量线圈串联反接组成，抵消了测量线圈和试件之间空气漏磁通的影响。
应力加载设备如图1所示，力学实验机101设置在两个磁场极头103之间，力学实验机101上对称设置有两个绝缘件121，绝缘件121上设置有电极120，试件110夹持在两个电极120之间。力学实验机101能够在两个磁场极头103之间对试件110进行压、拉、恒位移、扭、弯等各种试验操作。
应力加载设备采用伺服电机和液压驱动系统实现两轴液压无级机械加载。应力加载设备的控制操作设备远离磁场空间，力的加载通过液压传递到试件上，大大节省了力加载空间，能够使得磁场两极头之间的距离变小，为获得较大的加载磁场创造了条件。本发明通过计算机的高精度控制，驱动伺服电机，完成对试件的拉伸、压缩和三点弯试验，并且还可以通过不同加载方式完成对试件的恒力和恒位移加载。
应力和位移的测量设备设置在力学实验机101上的位移测量机构112连接光学测量系统113，用于测量位移；粘贴在试件110表面的应变片111连接动态应变仪119(如图2中所示)，应变仪获得的测量信号经A/D卡转换为数字信号后送计算机。通过安装在液压回路的力传感器105测量应力，力传感器105的量程可选择为3000公斤力(精度0.1公斤力)或者量程300公斤力(精度0.01公斤力)。
电场的产生设备如图1所示，电场电源102连接函数发生器117和示波器118。函数发生器117用于根据计算机的控制信号产生不同的函数波形并输送到电场电源102，电场电源102根据所述函数波形产生对应的电压并加载到对称的两个电极120，示波器118用于显示电场电源102所产生电压的波形。电场对试件的加载比较容易实现，电场电源102的稳定性和精度决定了电场的稳定性和精度。电场电源102可以为高、中、低压电源，电场电源102输出波形可以为正弦、矩形、梯形和/或三角形。
电荷仪106连接两个电极120用于进行电场测量。
温度场的加载设备在试件110周围用感应加热套并连接热加载电源104，电源104可采用高频、中频或低频来进行感应加热，使试件110的温度可选择为室温到250℃之间的任意温度。在试件110周围放置红外传感器109，进行非接触的温度测量，随时将温度场信号采集反馈给计算机，由计算机进行温度控制，维持温度场的稳定。
图2为本发明多场耦合测量系统的控制部分的结构图。如图2所示，监控与采集设备包括A/D卡(模拟/数字转换卡)201和D/A卡(数字/模拟转换卡)202。A/D卡201采集测量设备的测量信息并转换为数字信号并发送给计算机300，其中A/D卡201连接力传感器105、电荷仪106、霍尔探头107、感应线圈108、红外传感器109、与应变片111相连接的动态应变仪119、光学测量系统113、图像系统116和示波器118。其中的图像系统116可以为一个监控用的摄像头，用于监视测量系统的运行情况。
D/A卡202接收计算机300的控制信号并转化为电信号后发送给各种场或力的产生设备。如图2所示，D/A卡202连接力学实验机101、与电场电源102相连接的函数发生器117、磁场电源114、热加载电源104、温控系统115。
控制设备可选用为工控计算机300，具有显示部分301，并且连接有打印部分302。计算机300中存储有预先设定的程序，能够根据用户的输入进行各种场或力的组合，并自动完成试件材料的性能曲线和性能参数的计算。在工作过程中，可以两两耦合控制、三者耦合控制、或者四者耦合控制，比如某个磁场值条件下应力与应变的关系，某个电场值条件下应力与应变的关系，某个固定磁场、电场值条件下应力与应变的关系，或者温度场在固定条件下，某个固定磁场、电场值条件下应力与应变的关系。测量完成后，计算机300根据测量信息计算分析得出试件在不同场或力的条件下的性能曲线和性能参数，性能曲线可以包括磁滞回线、电滞回线、退磁曲线和/或应力应变曲线等；性能参数可以包括弹性模量、电饱和极化强度、退极化强度、矫顽场、介电常数、压电常数；磁场强度、磁感应强度、饱和磁极化强度、退磁化强度、矫顽场、磁化常数和/或压磁常数等。
图3A、3B、3C、3D是本发明力学实验机的结构图，其中图3A为对试件进行“压”的示意图，力学实验机包括试件操作部310和液压力提供部320，试件操作部310用于完成对试件的“压”操作，液压力提供部320用于提供液压力，并通过软管330传递到试件操作部310。事实上，因为采用了软管330传递液压力，力学实验机仅有试件操作部310设置在图1中的两个磁场极头103之间，液压力提供部320可以设置在较远处，这样就不用限制液压力提供部320的尺寸了，从而液压力提供部320因为没有尺寸的限制可以提供范围很大的液压力。
力学实验机101在进行压、拉、扭、弯等各种试验操作时，要装配不同的夹具，图3A至图3D仅提供了力学实验机进行压、拉、恒位移、扭时的结构举例，其结构并非仅仅限定于此。
由上可知，本发明具有如下优点1)测量精确。本发明采用了大量的精确测量设备和控制设备，比如力传感器、电荷仪、霍尔探头、红外传感器、动态应变仪、光学测量系统等等，能够得到精确的测量信号，并通过计算机的高精度控制，能够根据用户的选择精确的加载各种场或力。
2)结构紧凑。本发明通过液压传动，完成对试件的拉伸、压缩和三点弯试验，并且还可以通过不同加载方式完成对试件的恒力和恒位移加载，因为液压传动使得应力加载设备的控制和操作部分都远离磁场空间，力的加载通过液压传递到试件上，大大节省了加载应力所需占用的空间，使得磁场两极头之间的距离可以设置的更小，从而可以产生更大的磁场。
3)自动控制。本发明通过计算机根据事前存储的程序进行测量控制，在工作过程中，可以两两耦合控制、三者耦合控制、或者四者耦合，用户只需在计算机中进行相关设定即可，使用操所都相当方便，无需用户手动配置各种硬件设备，并且计算机自动根据测量数据完成试件材料的性能曲线和性能参数的计算，各种计算结果可以显示或输出，让人一目了然，完全实现了测量和计算过程的自动化，大大提高了工作效率，是进行类似多场耦合试验所不可多得的自动化试验设备。
4)控制装置可以根据预先的设定加载不同波形的电场电压，可以选择不同波形的电场电压进行试验，也可以根据需要选择不同的温度场、磁场、和拉、伸、扭、转等各种应力，增加了试验设备的功能选择。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种多场耦合测量系统，其特征在于，包括各种场或力的产生设备及测量设备、监控与采集设备、控制设备；所述场或力的产生设备用于产生实验用的各种场或力；所述测量设备用于对所述各种场或力进行测量；所述监控与采集设备用于采集所述测量设备的测量信息并转换为数字信号并发送给所述控制设备，接收所述控制设备的控制信号并转化为电信号后发送给所述场或力的产生设备；所述控制设备用于输出所述控制信号来控制所述场或力的产生设备进行各种场或力的加载，接收所述数字信号并根据所述数字信号对所述测量设备的测量信息进行计算分析。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述场或力的产生设备包括磁场产生设备、电场产生设备、温度场产生设备和应力加载设备；所述磁场产生设备包括固定的两个磁场极头，所述应力加载设备包括用于夹持试件的夹头，所述夹头设置在所述两个磁场极头之间并可根据所述控制设备的控制信号进行任意角度的旋转和移动。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述应力加载设备通过液压传动将伺服电机的力传递到所述试件上，以节省加载力所需要的空间从而减小所述两个磁场极头之间的距离，并根据所述控制设备的控制信号完成对所述试件的拉伸、压缩和三点弯试验，以及完成对所述试件的恒力或恒位移加载实验。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电场产生设备包括函数发生器、电场电源和示波器；所述函数发生器用于根据所述控制设备的控制信号产生不同的函数波形并输送到所述电场电源，所述电场电源根据所述函数波形产生对应的电压并加载到所述试件，所述示波器用于显示所述电场电源所产生电压的波形。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述温度场产生设备包括能够根据所述控制设备的控制信号产生超高频、超低频、中频和低频的热加载电源，以及与所述热加载电源相连接用于对所述试件进行感应加热的加热套。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述测量设备包括磁场测量设备、电场测量设备、温度测量设备和应力测量设备。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述磁场测量设备包括用于测量磁场强度的霍尔探头或者H型感应线圈，所述霍尔探头连接特斯拉计，所述H型感应线圈连接磁通计；用于测量试件的磁感应强度的J型感应线圈，所述J型感应线圈由两个测量线圈串联反接组成，抵消了测量线圈和试件之间空气漏磁通的影响，所述J型感应线圈连接磁通计。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电场测量设备包括电荷仪；所述温度测量设备包括红外传感器，用于对试件进行非接触的温度测量；所述应力测量设备包括安装在液压回路的力传感器，安装在试件表面的应变片以及与所述应变片连接的动态应变仪。
9.根据权利要求1至8中任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述控制设备根据所述测量信息计算分析得出试件在不同场或力的条件下的性能曲线和性能参数，并根据需要输出相关格式的数据文件并打印。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述性能曲线包括磁滞回线、电滞回线、退磁曲线和/或应力应变曲线；所述性能参数包括弹性模量、电饱和极化强度、退极化强度、矫顽场、介电常数、压电常数；磁场强度、磁感应强度、饱和磁极化强度、退磁化强度、矫顽场、磁化常数和/或压磁常数。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述监控与采集设备包括模拟/数字转换卡和数字/模拟转换卡。
全文摘要
本发明公开了一种多场耦合测量系统，包括各种场或力的产生设备及测量设备、监控与采集设备、控制设备；所述场或力的产生设备用于产生实验用的各种场或力；测量设备用于对所述各种场或力进行测量；监控与采集设备用于采集测量设备的测量信息并转换为数字信号并发送给控制设备，接收控制设备的控制信号并转化为电信号后发送给所述场或力的产生设备；控制设备用于输出控制信号来控制所述场或力的产生设备进行各种场或力的加载，接收所述数字信号并根据所述数字信号对所述测量设备的测量信息进行计算分析。本发明采用了大量精确测量设备和控制设备，测量精确、结构紧凑并能够进行全自动控制，能够显著提高工作效率。
文档编号G01N3/00GK1932544SQ20061015064
公开日2007年3月21日 申请日期2006年10月20日 优先权日2006年10月20日
发明者方岱宁, 饶国光 申请人:北京赛迪机电新技术开发公司