[发明专利]一种强磁场下磁致伸缩材料的微观原位测量系统

说明书

本发明公开一种强磁场下磁致伸缩材料的微观原位测量系统，通过设计特定的夹持装置将磁致伸缩材料放置在原位拉伸测量系统和钳形电磁铁中，利用倒置显微镜对磁致伸缩材料的微位移变化进行观察和测量。在强磁场和力场同时作用下，可用于观测磁致伸缩材料的微位移变化以及测量磁致伸缩材料的形变场和‑应力分布，建立强磁场对磁致伸缩材料弹性模量变化的调控机制，实现磁致伸缩材料的微观原位表征。

技术领域

本发明涉及一种应用于磁致伸缩材料性能测试的测量系统，可以在强磁场和力场同时作用下，观测磁致伸缩材料的微位移变化以及测量磁致伸缩材料的形变并获得应力分布，用于研究强磁场对磁致伸缩材料弹性模量变化的调控机制，实现磁致伸缩材料的微观原位表征。

背景技术

随着现代电子技术的发展，磁致伸缩材料在航空航天、国防工业以及与民用相关的磁测量领域显示出了巨大的发展潜力，其典型应用包括磁传感器、驱动器、换能器等等。但是器件的性能参数受限于磁致伸缩材料的磁化特性，因此磁致伸缩材料的性能表征是研究磁致伸缩机制拓展和优化材料设计的关键技术手段。

目前磁致伸缩材料的性能测试还只是在单一物理场中对材料性能进行表征。一般采用表贴应变片来测量磁致伸缩材料的输出应变量，此方法受限于应变片与磁致伸缩材料间的耦合，而且受磁场、温度等影响会导致较大的测量误差。另外磁致伸缩材料磁化性能的测试，大多利用亥姆赫兹线圈作为激励线圈，并且提供激励磁场的均匀度和强度不高，缺乏在强磁场和力场同时作用下对磁致伸缩材料的磁化性能表征。

基于此，本发明的申请人提供一种强磁场下磁致伸缩材料的微观原位测量系统，通过设计特定的夹持装置将磁致伸缩材料放置在原位拉伸测量系统和钳形电磁铁中，利用倒置显微镜对磁致伸缩材料的微位移变化进行观察和测量，实现磁场和力场作用下对磁致伸缩材料的微观原位表征。

发明内容

本发明针对现有磁致伸缩材料的性能测试系统的不足，提出强磁场下磁致伸缩材料的微观原位测量系统，可以实时表征磁致伸缩材料在强磁场和力场作用下的微观性能变化，设计有可针对不同形状磁致伸缩材料的专用夹具，满足性能测试的需求，为微观状态下磁致伸缩材料的性能测试提供了可靠的解决方案。

本发明一种强磁场下磁致伸缩材料的微观原位测量系统，包括磁致伸缩材料固定夹具，原位拉伸装置、位置调节支架、钳形电磁铁、倒置金相显微镜。

所述位置调节支架用于将原位拉伸装置架设于倒置金相显微镜的载物台正上方。位置调节支架高度可调节，顶面安装原位拉伸装置。原位拉伸装置具有相对位置可调节的两个定位支撑，用于磁致伸缩材料固定夹具。

所述磁致伸缩材料固定夹具，包括夹紧机构A与夹紧机构B，两者结构相同，均包括伸长臂、螺栓安装台、紧固螺栓、夹紧块与夹紧底座。

其中，伸长臂顶端用于与定位支撑配合固定；伸长臂底部设计由夹紧机构对磁致伸缩材料一端进行加持固定；通过夹紧机构A与夹紧机构B分别对磁致伸缩材料两端进行夹紧固定后，将两个夹紧机构伸长臂顶端分别于两个定位支撑配合定位，实现磁致伸缩材料的吊装。吊装后的磁致伸缩材料位于钳形电磁铁的磁轭中心位置，同时确保磁致伸缩材料的伸长方向与磁场方向保持一致，由钳形电磁铁产生匀强磁场；同时被测磁致伸缩材料位于倒置金相显微镜物镜的正上方。

本发明的优点在于：

(1)本发明微观原位测量系统中选择采用钳形电磁铁作为激励磁场的发生装置，相比于其他类型的电磁铁，钳形电磁铁在保证激励磁场的强度和均匀度的同时其尺寸明显降低，为磁致伸缩材料的性能测试提供了稳定的磁场环境。

(2)本发明微观原位测量系统中设计的磁致伸缩材料的固定夹具和固定支架选用高锰钢制作，高锰钢材料的磁导率低，不会对激励磁场产生干扰，而且其良好的力学性能和易加工性能也便于制作和使用。