[发明专利]形状记忆合金弹簧时间特性测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测试形状记忆合金弹簧响应及作用时间性能的装置系统。

背景技术

早在20世纪50年代初期，美国伊利诺斯大学专家在试验中偶然发现金镉合金具有记忆形状的功能，继而又发现锢铊合金也有类似的记忆效应，但因其造价昂贵而未引起重视。直到1963年，美国海军武器研究所在研究镍钛合金性能时偶然发现该合金具有明显的形状记忆效应，同时还具有许多其他金属所不具备的独特优点，如优良的超弹性、耐腐蚀性等，从而引起了人们的重视并开始对其进行研究。

这类合金(如TiNi、Cu-Zn-Al合金等)就是形状记忆合金(Shape Memory Alloy，缩写为SMA)，具体特征是能够记忆高温相状态下的形状——不管在低温状态下如何变形，达到一定温度就恢复到在高温相状态下的形状。目前在很多工程领域皆有应用。

形状记忆合金在应用中有多种的形式，比如SMA丝、杆状SMA，SMA弹簧、以及制作成各种特殊结构形式的SMA元件，包括SMA花瓣，SMA薄膜等。在实际应用中，应用形式最为广泛的是SMA螺旋弹簧(以下简称形状记忆合金弹簧或SMA弹簧)。据不完全统计，实际的SMA产品中约80％采用螺旋弹簧形式。这是因为：首先，螺旋弹簧状的SMA对获得较大的动作行程很有意义；其次，SMA弹簧还具有形式简单，质量轻巧，加工方便、性能可靠以及易于利用等诸多优点。因此，这种形式的形状记忆合金已经其在多种领域中，诸如医疗卫生、军事、航空、工业生产、家用电器等，获得了相当广泛的应用。

具体工程设计中，通常需要利用SMA弹簧实现往复运动的功能，此时就需要采用双程元件形式的SMA弹簧。所谓双程是指，当SMA恢复高温相态形状之后，降温后还能够回到低温相态时的形状。双程元件中形式最为简单的是双程形状记忆合金，它能够不依靠外力自己回到低温相状态。另外，可以使单程SMA弹簧通过偏置元件的辅助作用实现双程作用功能。按照所用偏置元件的不同又可将这样的双程元件分为两类，偏动式双程元件和差动式双程元件。当采用偏动弹簧、重物及其他一些非SMA元件提供偏动力时，该双程元件为偏动式的；当将偏动弹簧置换为一个单程SMA元件时，则变为差动式双程元件。

SMA弹簧的动作响应时间(指SMA弹簧完成从低温相到高温相相变的过程时间)及工作作用时间(包括响应时间以及SMA弹簧完成收缩或扩张动作整个过程所用时间)依据不同的材料性质和驱动方式(包括不同驱动电压的电驱动，水液加热驱动，辐射驱动，蒸汽驱动等)以及应用环境(包括各种水液环境、不同流速的气体环境等)而有所差异。某些应用中，需要比较精确地了解其具体的作用时间，以判断是否符合此种设计要求。在目前对SMA弹簧响应及作用时间的实验研究中，典型如以下两种装置：(1)如文献[1]2.4.4.3节所述，将一只SMA弹簧和一只偏置弹簧分别套入装有滑块的轴的两端内并与滑块相连，并固定在一台支座上，利用滑块下的指针和支座侧面的标尺指示双程元件的位移量，并通过纪录时间，判断其响应速度；(2)如文献[2]3.4节所述，装置由两个刚性圆板、两个刚性直板和一个铰组成。两个刚性直板分别固定在两端的刚性圆板的圆心处，中间由铰连接。在两个刚性圆板上分别对称地安装圆环用来对称悬挂弹簧。其中的一个圆板被固定在基座上。此实验装置通过从旋转的铰引出接头并和角位移传感器连接实现响应速度的传感判断。上述两个实验装置： 前者虽然能较为精确地获得位移量，但对于具体作用时间的判断仍然较为模糊；后者通过角位移传感器来判断，虽然位移量和作用时间都能较为精确确定，但数据获取设备系统却稍嫌复杂，需要A/D转换卡等专门的集成电路元件。因此，有必要设计一种既能较为精确地确定SMA弹簧响应作用时间，又能进行简单便捷搭建的实验装置系统以满足SMA弹簧测试的需要。

文献[1]：王平团.基于SMA的多关节摆动式驱动器的研究：[硕士学位论文].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

文献[2]：王宏.用于仿生推进的SMA驱动器研究：[博士学位论文].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2007.

发明内容

本发明的目的在于提供一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统，可以简单快捷的搭建测试系统，且可精确的测定形状记忆合金弹簧的响应及作用时间。

为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是：

一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统，其包括机械装置部分、控制部分、供能部分、信号指示部分，供能部分对安装于机械装置部分的形状记忆合金弹簧供能，使机械装置部分运作触动控制部分，控制部分控制信号指示部分显示弹簧不同的状态变化以测试其时间特性。