[发明专利]一种超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置及测量方法

权利要求书

1.一种超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置，其特征在于，该装置包括第一串联线圈（1）、第二串联线圈（2）、检测线圈（5）、空心管（6）、控制台（8）、采集单片机（15）、待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器（16）、串联线圈直流电流信号发生器（17）、串联线圈脉冲驱动器（18）、信号拾取器（19）、放大器（20）、通讯接口（12）和主控单片机（14）

其中，所述第一串联线圈（1）、第二串联线圈（2）和检测线圈（5）依次缠绕在所述空心管（6）的外壁上，所述第一串联线圈（1）与所述第二串联线圈（2）串联，通过所述控制台（8）与所述串联线圈直流电流信号发生器（17）和串联线圈脉冲驱动器（18）并联，所述串联线圈直流电流信号发生器（17）和串联线圈脉冲驱动器（18）与所述采集单片机（15）连接；所述检测线圈（5）通过所述控制台（8）与信号拾取器（19）连接，所述信号拾取器（19）通过放大器（20）与采集单片机（15）连接，所述待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器（16）与采集单片机（15）连接，所述采集单片机（15）通过所述通讯接口（12）与所述主控单片机（14）连接。

2.根据权利要求1所述的超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置，其特征在于，该装置还包括加热部分，所述加热部分包括加热管（3）、保温隔热装置（4）、电加热装置（9）、温控仪表（10）、石英砂（11）和温度传感器（13）；所述加热管（3）设置在所述第一串联线圈（1）的与第二串联线圈（2）之间的所述空心管（6）外侧，所述保温隔热装置（4）将所述加热管（3）与所述第一串联线圈（1）的与第二串联线圈（2）罩住，所述加热管（3）、隔热装置（4）与所述空心管（6）之间的空隙填充所述石英砂（11），所述加热管（3）通过所述控制台（8）与所述电加热装置（9）连接；所述温度传感器（13）置于所述空心管（6）内，所述温度传感器（13）与所述电加热装置（9）和所述温控仪表（10）连接，所述温控仪表（10）通过所述通讯接口（12）与所述主控单片机（14）连接。

3.根据权利要求1所述的超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置的测量方上述超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置测量弹性模量的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤1：将被测试试样(7)穿过空心管（6）固定，两端与待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器(16)连接；

步骤:2：采集单片机（15）通过串联线圈脉冲驱动器（18）给第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）加载一个瞬间的电流脉冲，此时所述空心管（6）内的所述测试试样（7）会发生一个瞬间的轴向伸缩，产生两个纵波，这两个纵波沿所述测试试样（7）传播到检测线圈（5），检测线圈（5）感应到两个感应电动势发出电信号，信号拾取器（19）采集两个电信号发送给放大器（20），放大器（20）将信号放大后发送给采集单片机（15），所述采集单片机(15)接收到信号后通过通讯接口(12)发送给主控单片机(14)，所述主控单片机（14）将采集的到的数据计算并记录，计算得到两个信号峰之间的时间间隔，根据纵波在圆截面杆中的传播速度公式                                                就可得到该试样的杨氏模量；

采集单片机（15）通过串联线圈直流电流信号发生器（17）给所述第一串联线圈(1)的与第二串联线圈(2)加载一个恒定的直流电流，此时所述空心管(6)内沿所述测试试样(7)轴向形成一个恒定的轴向场；所述采集单片(15)机通过待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器(16)给所述测试试样(7)加载一个电流脉冲，就会产生一个沿所述测试试样(7)以光速传播的环形场，当该环形场遇到所述第一串联线圈(1)的与第二串联线圈(2)中心形成的轴向场时，由于威德曼效应，所述空心管内的所述测试试样发生瞬间的扭转变形，形成两个扭转波，沿所述测试试样(7)传播到检测线圈，由于逆磁致伸缩效应，所述检测线圈(5)感应到两个感应电动势，检测到两个信号峰，信号拾取器(19)采集两个电信号发送给所述放大器(20)，所述放大器(20)将信号放大后发送给所述采集单片机(15)，采集单片机(15)接收到信号后通过所述通讯接口(12)发送给所述主控单片机(14)，所述主控单片机(14)记录并计算，计算得到两个信号峰之间的时间间隔，即扭转波在所述第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）之间的所述测试试样（7）上传播的时间，再根据第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）之间的距离，计算得到扭转波在所述被测试试样（3）内的传播速度，根据扭转波在圆截面杆中的传播速度就得到所述被测试试样的剪切模量。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，步骤1：将被测试试样(7)穿过空心管（6）固定，两端与待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器(16)连接；

步骤:2：温控仪表（10）控制电加热装置（9）启动，所述电加热装置（9）通过控制台（8）控制加热管（3）加热，所述加热管（3）加热石英砂（11）使所述空心管（11）均匀受热，温度采集传感器（13）采集所述空心管（6）的温度并通过发送给所述主控单片机（14）；所述主控单片机（14）根据采集温度发送指令给采集单片机（15），采集单片机（15）通过串联线圈脉冲驱动器（18）给第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）加载一个瞬间的电流脉冲，此时所述空心管（6）内的所述测试试样会发生一个瞬间的轴向伸缩，产生两个纵波，这两个纵波沿所述测试试样（6）传播到检测线圈（5），检测线圈（5）感应到两个感应电动势发出电信号，信号拾取器（19）采集到检测线圈（5）两个电信号发送给放大器（20），放大器（20）将信号放大后发送给采集单片机（15），所述采集单片机（15）接收到信号后通过通讯接口（12）发送给主控单片机（14），所述主控单片机（14）计算得到两个信号峰之间的时间间隔，根据纵波在圆截面杆中的传播速度公式就得到不同温度下的该试样的杨氏模量；

采集单片机（15）通过串联线圈直流电流信号发生器（17）给所述第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）加载一个恒定的直流电流，此时所述空心管（6）内沿所述测试试样（7）轴向形成一个恒定的轴向场；所述采集单片机（15）通过待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器（16）给所述测试试样（7）加载一个电流脉冲，就会产生一个沿所述测试试样（7）以光速传播的环形场，当该环形场遇到所述第一串联线圈（1）的与第二串联线圈（2）中心形成的轴向场时，由于威德曼效应，所述空心管（6）内的所述测试试样（7）发生瞬间的扭转变形，形成两个扭转波，沿所述测试试样（7）传播到检测线圈（5），由于逆磁致伸缩效应，所述检测线圈（5）感应到两个感应电动势，检测到两个信号峰，信号拾取器（19）采集两个电信号发送给所述放大器（20），所述放大器（20）将信号放大后发送给所述采集单片机（15），采集单片机（15）接收到信号后通过所述通讯接口（2）发送给所述主控单片机，所述主控单片机计算得到两个信号峰之间的时间间隔，即扭转波在所述第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）之间的所述测试试样（7）上传播的时间，再根据第一串联线圈（1）与第二串联线圈（2）之间的距离，计算得到扭转波在所述被测试试样（7）内的传播速度，根据扭转波在圆截面杆中的传播速度就得到所述被测试试样（7）不同温度的剪切模量。