專利名稱：形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于測試形狀記憶合金彈簧響應及作用時間性能的裝置系統(tǒng)。
背景技術：
早在20世紀50年代初期，美國伊利諾斯大學專家在試驗中偶然發(fā)現(xiàn)金鎘合金具有記憶 形狀的功能，繼而又發(fā)現(xiàn)錮鉈合金也有類似的記憶效應，但因其造價昂貴而未引起重視。直 到1963年，美國海軍武器研究所在研究鎳鈦合金性能時偶然發(fā)現(xiàn)該合金具有明顯的形狀記憶 效應，同時還具有許多其他金屬所不具備的獨特優(yōu)點，如優(yōu)良的超彈性、耐腐蝕性等，從而 引起了人們的重視并開始對其進行研究。
這類合金(如TiNi、 Cu-Zn-Al合金等)就是形狀記憶合金(Shape Memory Alloy，縮寫 為SMA),具體特征是能夠記憶高溫相狀態(tài)下的形狀——不管在低溫狀態(tài)下如何變形，達到 一定溫度就恢復到在高溫相狀態(tài)下的形狀。目前在很多工程領域皆有應用。
形狀記憶合金在應用中有多種的形式，比如SMA絲、桿狀SMA， SMA彈簧、以及制作 成各種特殊結構形式的SMA元件，包括SMA花瓣，SMA薄膜等。在實際應用中，應用形 式最為廣泛的是SMA螺旋彈簧(以下簡稱形狀記憶合金彈簧或SMA彈簧)。據(jù)不完全統(tǒng)計， 實際的SMA產(chǎn)品中約80。/。采用螺旋彈簧形式。這是因為首先，螺旋彈簧狀的SMA對獲得 較大的動作行程很有意義；其次，SMA彈簀還具有形式簡單，質(zhì)量輕巧，加工方便、性能可 靠以及易于利用等諸多優(yōu)點。因此，這種形式的形狀記憶合金已經(jīng)其在多種領域中，諸如醫(yī) 療衛(wèi)生、軍事、航空、工業(yè)生產(chǎn)、家用電器等，獲得了相當廣泛的應用。
具體工程設計中，通常需要利用SMA彈簧實現(xiàn)往復運動的功能，此時就需要采用雙程 元件形式的SMA彈簧。所謂雙程是指，當SMA恢復高溫相態(tài)形狀之后，降溫后還能夠回到 低溫相態(tài)時的形狀。雙程元件中形式最為簡單的是雙程形狀記憶合金，它能夠不依靠外力自 己回到低溫相狀態(tài)。另外，可以使單程SMA彈簧通過偏置元件的輔助作用實現(xiàn)雙程作用功 能。按照所用偏置元件的不同又可將這樣的雙程元件分為兩類，偏動式雙程元件和差動式雙 程元件。當采用偏動彈簧、重物及其他一些非SMA元件提供偏動力時，該雙程元件為偏動 式的；當將偏動彈簧置換為一個單程SMA元件時，則變?yōu)椴顒邮诫p程元件。
SMA彈簧的動作響應時間(指SMA彈簧完成從低溫相到高溫相相變的過程時間)及工 作作用時間(包括響應時間以及SMA彈簧完成收縮或擴張動作整個過程所用時間)依據(jù)不 同的材料性質(zhì)和驅(qū)動方式(包括不同驅(qū)動電壓的電驅(qū)動，水液加熱驅(qū)動，輻射驅(qū)動，蒸汽驅(qū) 動等)以及應用環(huán)境(包括各種水液環(huán)境、不同流速的氣體環(huán)境等)而有所差異。某些應用 中，需要比較精確地了解其具體的作用時間，以判斷是否符合此種設計要求。在目前對SMA 彈簧響應及作用時間的實驗研究中，典型如以下兩種裝置(1)如文獻[l] 2.4.4.3節(jié)所述，將 一只SMA彈簧和一只偏置彈簧分別套入裝有滑塊的軸的兩端內(nèi)并與滑塊相連，并固定在一 臺支座上，利用滑塊下的指針和支座側面的標尺指示雙程元件的位移量，并通過紀錄時間， 判斷其響應速度；(2)如文獻[2] 3.4節(jié)所述，裝置由兩個剛性圓板、兩個剛性直板和一個鉸 組成。兩個剛性直板分別固定在兩端的剛性圓板的圓心處，中間由鉸連接。在兩個剛性圓板 上分別對稱地安裝圓環(huán)用來對稱懸掛彈簧。其中的一個圓板被固定在基座上。此實驗裝置通 過從旋轉的鉸引出接頭并和角位移傳感器連接實現(xiàn)響應速度的傳感判斷。上述兩個實驗裝置-前者雖然能較為精確地獲得位移量，但對于具體作用時間的判斷仍然較為模糊；后者通過角 位移傳感器來判斷，雖然位移量和作用時間都能較為精確確定，但數(shù)據(jù)獲取設備系統(tǒng)卻稍嫌 復雜，需要A/D轉換卡等專門的集成電路元件。因此，有必要設計一種既能較為精確地確定 SMA彈簧響應作用時間，又能進行簡單便捷搭建的實驗裝置系統(tǒng)以滿足SMA彈簧測試的需 要。
文獻[l]:王平團.基于SMA的多關節(jié)擺動式驅(qū)動器的研究[碩士學位論文].哈爾濱哈爾濱工程大 學，2007.
文獻[2]:王宏.用于仿生推進的SMA驅(qū)動器研究[博士學位論文].哈爾濱哈爾濱工程大學，2007.
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，可以簡單快捷的搭建 測試系統(tǒng)，且可精確的測定形狀記憶合金彈簧的響應及作用時間。 為達到以上目的，本發(fā)明所采用的解決方案是
一種形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其包括機械裝置部分、控制部分、供能部分、 信號指示部分，供能部分對安裝于機械裝置部分的形狀記憶合金彈簧供能，使機械裝置部分 運作觸動控制部分，控制部分控制信號指示部分顯示彈簧不同的狀態(tài)變化以測試其時間特性。
進一步，所述的機械裝置部分包括測試架、測試件、回復件、機械聯(lián)動桿，測試架上有 上固定支板，機械聯(lián)動桿穿過其上的通孔，頂部桿頭朝向上位控制開關，機械聯(lián)動桿上有機 械聯(lián)動桿橫支桿，機械聯(lián)動桿橫支桿正下方對著安裝在上固定支板上板面上的下位控制開關， 測試件和回復件與機械聯(lián)動桿聯(lián)動；所述的控制部分包括控制回路開啟開關、上位控制電源、 下位控制電源、上位控制開關、下位控制開關、保護電阻、第一鎖存繼電器、第二鎖存繼電 器，上位控制開關和上位控制電源串聯(lián)，且保護電阻、下位控制電源、下位控制開關和控制 回路開啟開關依次串聯(lián)，下位控制電源正極(負極)與保護電阻一端相連，保護電阻另一端 與上位控制開關的一端并接相連后與第一鎖存繼電器及第二鎖存繼電器的一側控制端連接， 上位控制開關另一端連于上位控制電源負極(正極)，上位控制電源正極(負極)與控制回路 開啟開關另一端并接相連后與第一鎖存繼電器及第二鎖存繼電器的另一側控制端連接，使第 一鎖存繼電器及第二鎖存繼電器形成并聯(lián)關系；所述的信號指示部分包括信號指示回路開啟 開關、指示信號控制源、第一指示信號、第二指示信號，第一鎖存繼電器的左右兩個控制支 路端分別和第一指示信號和第二指示信號各自的一端連接，其公共端和信號指示回路開啟開 關與信號控制源串聯(lián)后電極的一端連接，信號指示回路開啟開關與信號控制源串聯(lián)后電極的 另一端和第一指示信號和第二指示信號并聯(lián)的一端連接；所述的供能部分包括形狀記憶合金 控制源、供能接通開關、限流電阻，第二鎖存繼電器的公共控制端連接在形狀記憶合金控制 源的一端，形狀記憶合金控制源通過第二鎖存繼電器的右側控制支路與限流電阻、供能接通 開關以及測試件依次串聯(lián)組成供能回路，第二鎖存繼電器的左側控制支路懸空。
所述的測試件為單程拉力形狀記憶合金彈簧。
所述的回復件為偏動拉力彈簧。
所述的測試件上端固定于測試架上固定支板下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固 定支板上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿下端相固定；所述的回復件一端固定在測試架底座 上另一端與機械聯(lián)動桿下端相關聯(lián)，關聯(lián)方式為鉤掛形式。
所述的回復件為單程形狀記憶合金拉力彈簧。
所述的測試件上端固定于測試架上固定支板下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固 定支板上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿下端相固定；所述的回復件一端固定在測試架底座 上另一端與機械聯(lián)動桿下端相關聯(lián)，關聯(lián)方式為鉤掛形式；且所述的第二鎖存繼電器的左側 控制支路和回復件的形狀記憶合金彈簧以及限流電阻、供能接通開關串聯(lián)成回路。
所述的控制部分和信號指示部分還包括第一單穩(wěn)態(tài)繼電器、第二單穩(wěn)態(tài)繼電器、第三指 示信號和第四指示信號，其中第一單穩(wěn)態(tài)繼電器和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器)的公共控制端分別與信號控制源、第一指示信號、第二指示信號并接后串聯(lián)至限流電阻的遠離形狀記憶控制源端， 回復件和測試件遠離第二鎖存繼電器端分別串接第一單穩(wěn)態(tài)繼電器和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器的常 閉觸點開關構成回路，其常開觸點開關兩極則分別與第一指示信號和第二指示信號的電極位 兩端連接；第三指示信號和第四指示信號分別串接于第一鎖存繼電器與第一單穩(wěn)態(tài)繼電器之 間和第一鎖存繼電器與第二單穩(wěn)態(tài)繼電器之間。 所述的測試件為單程壓力形狀記憶合金彈簧。
所述的回復件為偏動壓力彈簧以及位于測試架下固定支板上的導向孔。 所述的測試件套入機械聯(lián)動桿下端桿體中，機械聯(lián)動桿下端穿過測試架下固定支板上的 導向孔，并使測試件下端和測試架下固定支板上的導向孔四周板面相抵靠；所述的回復件的 偏動壓力彈簧套入機械聯(lián)動桿上方桿體，且上端和測試架上固定支板上的通孔四周板面相抵 靠，下端和測試件上端分別抵靠在固定于機械聯(lián)動桿上的金屬支桿上方和下方。
所述的回復件為單程形狀記憶合金壓力彈簧以及位于測試架下固定支板上的導向孔。 所述的測試件套入機械聯(lián)動桿下端桿體中，機械聯(lián)動桿下端穿過測試架下固定支板上的 導向孔，并使測試件下端和測試架下固定支板上的導向孔四周板面相抵靠；所述的回復件的 偏動壓力彈簧套入機械聯(lián)動桿上方桿體，且上端和測試架上固定支板上的通孔四周板面相抵 靠，下端和測試件上端分別抵靠在固定于機械聯(lián)動桿上的金屬支桿上方和下方；且所述的第 二鎖存繼電器的左側控制支路和回復件的形狀記憶合金彈簧以及限流電阻、供能接通開關串 聯(lián)成回路。
所述的控制部分和信號指示部分還包括第一單穩(wěn)態(tài)繼電器、第二單穩(wěn)態(tài)繼電器、第三指 示信號和第四指示信號，其中第一單穩(wěn)態(tài)繼電器和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器的公共控制端分別與信 號控制源、第一指示信號、第二指示信號并接后串聯(lián)至限流電阻的遠離形狀記憶控制源端， 回復件和測試件遠離第二鎖存繼電器端分別串接第一單穩(wěn)態(tài)繼電器和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器的常 閉觸點開關構成回路，其常開觸點開關兩極則分別與第一指示信號和第二指示信號的電極位 兩端連接；第三指示信號和第四指示信號分別串接于第一鎖存繼電器與第一單穩(wěn)態(tài)繼電器之 間和第一鎖存繼電器與第二單穩(wěn)態(tài)繼電器之間。
所述的測試件為雙程形狀記憶合金彈簧。
所述的回復件為位于測試架下固定支板上的導向孔。
所述的測試件上端固定于測試架上固定支板下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固 定支板上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿下端相固定，機械聯(lián)動桿和測試件下端連接后，其 桿體繼續(xù)向下方延伸，并穿過測試架下固定支板上的導向孔。
所述的供能部分還串接有功率MOS管，其漏極接電源正極，源極接測試件，柵極外接 控制信號。
所述的控制信號為PWM脈沖信號。
其置入水液環(huán)境中進行測試，水液浸沒機械裝置部分的上固定支板的下板面。 所述的水液環(huán)境為中性或偏堿性液體環(huán)境。
其置入水液環(huán)境中通過加熱水液改變環(huán)境溫度間接控制測試件回復件進行測試，所述的 供能部分與電加熱元件相連，電加熱元件置于水液環(huán)境中對其加熱。 所述的水液環(huán)境為中性或偏堿性液體環(huán)境。
所述的第一指示信號、第二指示信號為發(fā)光元件，其置于封閉的盒體內(nèi)，盒上開有可插 入攝像頭的鏡頭的孔，攝像頭記錄指示信號的發(fā)光狀態(tài)傳送給計算機處理計算。
所述的第一指示信號、第二指示信號為三極管，其集電極外接電平+VCC，發(fā)射極則外接 至單片機的I/0輸入端，單片機讀取I/0輸入端的電平信號。
所述的第一指示信號、第二指示信號、第三指示信號、第四指示信號為發(fā)光元件，其置 于封閉的盒體內(nèi)，盒上開有可插入攝像頭的鏡頭的孔，攝像頭記錄指示信號的發(fā)光狀態(tài)傳送 給計算機處理計算。
所述的第一指示信號、第二指示信號、第三指示信號、第四指示信號為三極管，其集電極外接電平+VCC，發(fā)射極則外接至單片機的I/0輸入端，單片機讀取1/0輸入端的電平信號。 所述的第一鎖存繼電器和第二鎖存繼電器為單線圈鎖存繼電器。
由于采用了上述方案，本發(fā)明具有以下特點本發(fā)明構造簡單精巧，所用器件易于尋找 和購買且價格低廉，能夠測試多種不同情況下的形狀記憶合金彈簧作用時間，并且可以很方 便實現(xiàn)拼裝和拆卸。
圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)基本組成部分和基本原理示意簡圖。
圖2為本發(fā)明一種實施方式的系統(tǒng)整體結構形式示意圖，其中測試件為單程拉力形狀記 憶合金彈簧，回復件為偏動拉力彈簧，測試內(nèi)容為單程拉力形狀記憶合金彈簧在偏動力作用 下的動作時間。
圖3為圖2所示系統(tǒng)的機械裝置部分具體外觀結構形式示意圖。
圖4為當測試件為單程壓力形狀記憶合金彈簧且回復件為偏動壓力彈簧以及導向孔時， 測試偏動作用過程的系統(tǒng)整體構造形式示意圖。
圖5為圖4所示系統(tǒng)的機械裝置部分具體外觀結構形式示意圖。 圖6為圖2和圖4中所示系統(tǒng)工作時電路部分簡化原理示意圖。
圖7為當測試件為單程拉力形狀記憶合金彈簧且回復件同為單程拉力形狀記憶合金彈簧 時，測試差動作用過程的系統(tǒng)整體結構形式示意圖。
圖8為當測試件為單程壓力形狀記憶合金彈簧且回復件包括同為單程壓力彈簧的形狀記 憶合金以及導位孔時，測試差動作用過程的系統(tǒng)整體結構形式示意圖。
圖9為圖7和圖8中所示系統(tǒng)工作時簡單模式下電路部分簡化原理示意圖。
圖IO為圖7和圖8中所示系統(tǒng)工作時可靠模式下完整電路原理圖。
圖11為圖IO所示系統(tǒng)的電路原理圖的簡化示意模型圖。
圖12為當測試件為雙程形狀記憶合金彈簧且回復件為導向孔，測試系統(tǒng)整體結構形式示 意圖。
圖13為圖12所示系統(tǒng)的機械裝置部分具體外觀結構形式示意圖。
圖14為當控制形狀記憶合金的方式為PWM脈沖信號控制或其它某種形式的脈沖控制
時，測試系統(tǒng)整體結構形式示意圖。
圖15為圖14所示系統(tǒng)的測試系統(tǒng)工作時電路部分簡化原理示意圖。
圖16為當形狀記憶合金工作的外部環(huán)境為水液環(huán)境時，測試系統(tǒng)整體結構形式示意圖。
圖17為圖16所示系統(tǒng)的機械裝置部分在裝有水液的容器中放置方式以及具體外觀結構
形式示意圖，
圖18為當對測試件的加熱方式為水液加熱時，測試系統(tǒng)整體結構形式示意圖。 圖19為圖18所示系統(tǒng)工作時簡化的電路工作原理示意圖。
圖20為通過利用攝像頭拍攝指示信號燈亮滅來觀察和確定測試件作用時間的測試方法 形式示意圖。
圖21為通過輸出信號給單片機來計算并顯示測試件具體作用時間的測試系統(tǒng)整體結構 形式示意圖。
圖22為圖21所示系統(tǒng)工作時簡化的電路工作原理示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
本發(fā)明的測試系統(tǒng)分為機械裝置部分、控制部分、供能部分和信號指示部分，后三者可 統(tǒng)稱為電路系統(tǒng)部分。機械裝置部分中的機械聯(lián)動桿1-4可觸發(fā)其上所正對的控制部分中的 上位控制開關2-4、而機械聯(lián)動桿橫支桿l-5下方則正對控制部分中的下位控制開關2-5;機械裝置部分中的形狀記憶合金彈簧測試件1-2和供能部分的形狀記憶合金控制源4-l、供能接 通開關4-2、限流電阻4-3以及控制部分中第二鎖存繼電器2-8的公共端和其中一個控制支路 端形成串聯(lián)回路；在這條串聯(lián)電路中，供能部分中的形狀記憶合金控制源4-1的一端連接控 制部分中第二鎖存繼電器2-8的公共端，而形狀記憶合金彈簧測試件1-2的兩端則分別連接 第二鎖存繼電器2-8的一個控制支路端和供能部分中由供能接通開關4-2、限流電阻4-3串聯(lián) 形成的一個接頭端；信號指示部分中，第一指示信號3-3、第二指示信號3-4分別連接控制 部分中第一鎖存繼電器2-7的兩個控制支路，而信號指示回路開啟開關3-1與信號控制源3-2 串聯(lián)后電極的一端則和第一鎖存繼電器2-7的公共端電極位相連。
本系統(tǒng)具體包括測試架l-l、測試件(形狀記憶合金彈簧)1-2、回復件(偏動彈簧或?qū)?孔或兩者的組合)1-3、機械聯(lián)動桿l-4、控制回路開啟開關2-l、上位控制電源2-2、下位控 制電源2-3、上位控制開關2-4、下位控制開關2-5、保護電阻2-6、第一鎖存繼電器2-7、第 二鎖存繼電器2-8、信號指示回路開啟開關3-l、指示信號控制源3-2、第一指示信號3-3、第 二指示信號3-4、形狀記憶合金控制源4-l、供能接通開關4-2、限流電阻4-3。
機械裝置部分中，依據(jù)測試內(nèi)容不同，其測試件和回復件的形式，二者的固定及關聯(lián)方 式共有五種
(l)當測試內(nèi)容為單程拉力形狀記憶合金彈簧的偏動力作用時間時測試件1-2為單程拉 力形狀記憶合金彈簧，上端固定于測試架上固定支板1-6下板面上，且彈簧柱體中軸通過測 試架上固定支板1-6上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿1-4下端相固定；回復件1-3為偏動拉 力彈簧，其一端固定在測試架1-1底座上另一端與機械聯(lián)動桿1-4下端相關聯(lián)，關聯(lián)方式為 鉤掛形式；
P)當測試內(nèi)容為單程壓力形狀記憶合金彈簧的偏動力作用時間時測試件1-2為單程壓 力形狀記憶合金彈簧，并套入機械聯(lián)動桿1-4下端桿體中，機械聯(lián)動桿1-4下端穿過測試架 下固定支板1-7上的導向孔，并使測試件1-2形狀記憶合金彈簧下端和測試架下固定支板1-7 上的導向孔四周板面相抵靠；回復件1-3為偏動壓力彈簧以及位于測試架下固定支板1-7上 的導向孔，其中偏動壓力彈簧套入機械聯(lián)動桿l-4上方桿體，且上端和測試架上固定支板1-6 上的通孔四周板面相抵靠，下端和測試件1-2形狀記憶合金彈簧的上端分別抵靠在固定于機 械聯(lián)動桿1-4上的金屬支桿上方和下方；
(3) 當測試內(nèi)容為單程拉力形狀記憶合金彈簧的差動力作用時間時測試件1-2為單程拉 力形狀記憶合金彈簧，回復件1-3同為單程形狀記憶合金拉力彈簧，二者固定方式以及關聯(lián) 方式與測試情況(l)所述情況相似，只需將偏動拉力彈簧變?yōu)閱纬绦螤钣洃浐辖鹄椈伞?br>
(4) 當測試內(nèi)容為單程壓力形狀記憶合金彈簧的差動力作用時間時測試件1-2為單程壓 力形狀記憶合金彈簧，回復件1-3包括同為單程壓力彈簧的形狀記憶合金以及位于測試架下 固定支板l-7上的導向孔，固定及關聯(lián)方式與測試情況(2)所述情況相似，只需將偏動壓力彈 簧變?yōu)閱纬绦螤钣洃浐辖饓毫椈伞?br>
(5) 當測試內(nèi)容為雙程形狀記憶合金彈簧恢復形狀與冷卻變形的作用時間時測試件1-2 為雙程形狀記憶合金彈簧，回復件1-3為位于測試架下固定支板1-7上的導向孔，其中測試 件1-2固定方式與測試情況(l)所述測試件固定方式相同，且機械聯(lián)動桿1-4在和測試件1-2 形狀記憶合金彈簧下端連接后，其圓柱形桿體將繼續(xù)向下方延伸，并穿過測試架下固定支板 1-7上的導向孔——此即為本測試情況所述機械聯(lián)動桿1-4與回復件1-3的關聯(lián)方式。
測試架上固定支板1-6上開有通孔，機械聯(lián)動桿1-4的上端通過這個通孔向測試架上固 定支板1-6的上方延伸，機械聯(lián)動桿l-4在位于測試架上固定支板1-6的上板面上方有機械聯(lián) 動桿橫支桿1-5，此支桿下方是固定于測試架上固定支板1-6上板面上的下位控制開關2-5， 機械聯(lián)動桿14上方正對處安裝有上位控制開關2-4。
電路系統(tǒng)部分根據(jù)測試內(nèi)容的不同分兩種情況
1)測試內(nèi)容為單程形狀記憶合金彈簧的偏動力作用時間，或者雙程形狀記憶合金彈簧 的恢復形狀與冷卻變形作用時間。對于這種情況a) .控制部分中，保護電阻2-6、下位控制電源2-3、下位控制開關2-5和控制回路開啟開 關2-l依次串聯(lián)，下位控制電源2-3正極(負極)與保護電阻2-6—端相連，保護電阻2-6另 一端與上位控制開關2-4的一端并接相連后同時和第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8 的右側控制端連接，上位控制開關2-4另一端連于上位控制電源2-2負極(TH極)，上位控制 電源2-2正極(負極)與控制回路開啟開關2-l另一端并接相連后同時和第一鎖存繼電器2-7 和第二鎖存繼電器2-8的左側控制端連接。
b) .信號指示部分中，第一鎖存繼電器2-7的公共控制端連接信號指示回路開啟開關3-1 一端，信號指示回路開啟開關3-1另一端接指示信號控制源3-2正(負)極，第一指示信號 3-3和第二指示信號3-4并聯(lián)，前者的一端接第一鎖存繼電器2-7的左側控制支路，后者的一 端接第一鎖存繼電器2-7的右側控制支路，兩者剩余的連接端并接相連后同時與指示信號控 制源3-2負(正)極相連。
c) .供能部分中，第二鎖存繼電器2-8的公共控制端連接在形狀記憶合金控制源4-1的一 端，形狀記憶合金控制源4-l通過第二鎖存繼電器2-8的右側控制支路與限流電阻4-3、供能 接通開關4-2以及測試件1-2形狀記憶合金彈簧依次串聯(lián)組成供能回路，第二鎖存繼電器2-8 的左側控制支路懸空。
2)測試內(nèi)容為單程形狀記憶合金彈簧差動力作用時間，則所述電路系統(tǒng)部分將分為簡 單模式和可靠模式兩種形式。在以下具體實施方式
三中將作具體介紹。
對于保護電阻2-6的設置，主要是為了防止上位控制開關2-4和下位控制開關2-5在意外 情況下同時閉合，使得上位控制電源2-2和下位控制電源2-3被同時導通而形成短路故障。
本發(fā)明通過機械聯(lián)動桿1-4上下運動，分時觸動上位控制開關2-4和下位控制開關2-5， 達到控制的目的。由于本發(fā)明所述測試內(nèi)容為固定行程內(nèi)形狀記憶合金彈簧的作用時間，所 以上位控制開關2-4到下位控制開關2-5垂直距離需要事先根據(jù)所測對象行程的預估值或期 望值調(diào)好。
在測試系統(tǒng)的起始狀態(tài)，控制回路開啟開關2-l、信號指示回路開啟開關3-l、供能接通 開關4-2都是斷開的；并且由于機械聯(lián)動桿l-4受到回復件l-3向下作用力的帶動，其上的機 械聯(lián)動桿橫支桿1-5會壓迫下位控制開關2-5使之閉合，從而下位控制開關2-5在初始狀態(tài)表 現(xiàn)為常閉。
當測試開始時，先閉合控制回路開啟開關2-1使第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器
2- 8在下位控制電源2-3作用下處于相同的工作狀態(tài)，然后閉合信號指示回路開啟開關3-l并 檢測第二指示信號3-4是否處于工作狀態(tài)，最后閉合供能接通開關4-2開始工作。由于第一 鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8同為單線圈鎖存繼電器(這種繼電器的特征是當通電觸 發(fā)時，繼電器動作，此時失電也不會改變當前狀態(tài)，當希望其另一邊支路導通時，需要加上 與前次相反極性的電壓)，其中第一鎖存繼電器2-7控制系統(tǒng)的信號指示部分，第二鎖存繼電 器2-8控制系統(tǒng)的供能部分，且二者同時有一邊控制支路是導通的；此時，第二指示信號3-4 以及測試件1-2形狀記憶合金彈簧所在電路可被分別且同時接通。于是測試件1-2形狀記憶 合金彈簧帶動機械聯(lián)動桿1-4往上運動，首先使下位控制開關2-5斷開，繼而觸發(fā)上位控制 開關2-4。由于上位控制電源2-2在第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8上所接極性與 下位控制電源2-3控制作用時的情況相反，所以第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8在 上位控制電源2-2的作用下，將同時導通在下位控制電源2-3作用時斷路的那一邊控制支路。 此時，第一指示信號3-3將被接通，同時，測試件1-2形狀記憶合金彈簧所在通路斷開。其 后，測試件1-2形狀記憶合金彈簧冷卻進入低溫相狀態(tài)，并在回復件1-3作用下向下運動， 先使上位控制開關2-4斷開，繼而觸發(fā)下位控制開關2-5，回到起始工作狀態(tài)。
如此循環(huán)往復。當往復運動進行到第二次時，開始讀取第二指示信號3-4和第一指示信 號3-3交替通斷的時間差值。通過第二指示信號3-4和第一指示信號3-3的通斷時間間隔，可 以知道測試件1-2形狀記憶合金彈簧在動作以及回復時所經(jīng)歷的時間。其中，第二指示信號
3- 4開通到第一指示信號3-3開通時間為測試件1-2形狀記憶合金彈簧被加熱后的動作時間，第一指示信號3-3開通到第二指示信號3-4開通的時間間隔為測試件1-2形狀記憶合金彈簧的 回復時間。
信號指示方式有兩種(l)第一指示信號3-3和第二指示信號3-4為發(fā)光元件，通過攝像 頭拍攝，傳送至計算機，通過對影像幀格的讀取來判斷具體的時間值；(2)第一指示信號3-3 和第二指示信號3-4為三極管發(fā)射極信號輸出，通過單片機對輸出信號的讀取，判斷時間值, 并通過單片機輸出到LED陣列電路上顯示時間。
當然，如果測試內(nèi)容為測試內(nèi)容為單程形狀記憶合金彈簧的差動力作用時間，則工作原 理和信號指示方式有所不同。并且，如果電路形式為其中的可靠模式，則信號指示元件還將 包括第三指示信號3-7和第四指示信號3-8， 二者信號指示具體方式與第一指示信號3-3和第 二指示信號3-4在具體實施中的方式完全一樣。在以下具體實施方式
三中將作具體介紹。
以下所述具體實施方式
中，如無具體明確說明，則測試環(huán)境為室溫下的空氣環(huán)境。
具體實施方式
一參見圖2、圖3以及圖6，本實施方式的系統(tǒng)結構主要包括測試架1-1、 單程形狀記憶合金拉力彈簧(測試件)1-2、回復件l-3、機械聯(lián)動桿l-4、控制回路開啟開關 2-1、上位控制電源2-2、下位控制電源2-3、上位控制開關2-4、下位控制開關2-5、保護電 阻2-6、第一鎖存繼電器2-7、第二鎖存繼電器2-8、信號指示回路開啟開關3-l、指示信號控 制源3-2、第一指示信號3-3、第二指示信號3-4、形狀記憶合金控制源4-1、供能接通開關4-2、 限流電阻4-3。其中，本實施方式所用回復件l-3為偏動拉力彈簧，它通過上端掛鉤與機械聯(lián) 動桿1-4下端相關聯(lián)。測試件1-2形狀記憶合金彈簧上下端分別固定于測試架上固定支架1-6 下板面上和機械聯(lián)動桿1-4下部，機械聯(lián)動桿l-4底端和偏動拉力彈簧回復件1-3的一端鉤掛 連接，此回復件卜3另一端固定在測試架1-1底座上；機械聯(lián)動桿1-4頂部穿過測試架上固定 支架l-6上的通孔，上端正對上位控制開關2-4，靠近測試架上固定支架l-6部分支出有機械 聯(lián)動桿橫支桿1-5，用以壓合正對其下的下位控制開關2-5,上位控制開關2-4和下位控制開關 2-5分別與上位控制電源2-2和下位控制電源2-3串聯(lián)，其中下位控制開關2-5支路還串聯(lián)得 有保護電阻2-6和控制回路開啟開關2-l;兩個串聯(lián)支路電極極性相反地并接，所引出的兩個 電極位接頭則和第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8并聯(lián)；第一鎖存繼電器2-7控制信 號指示部分，這個部分由第一指示信號3-3、第二指示信號3-4并聯(lián)地接于第一鎖存繼電器
2- 7兩個控制支路分接頭，并聯(lián)后的公共端和串聯(lián)在第一鎖存繼電器2-7公共端的指示信號控 制源3-2及信號指示回路開啟開關3-1相連接組成回路；第二鎖存繼電器2-8則負責控制供能 部分，這部分由形狀記憶合金控制源4-l、供能接通開關4-2、限流電阻4-3串聯(lián)，并和屬于 機械裝置部分的測試件1-2連接在一起，最后通過第二鎖存繼電器2-8的公共端和其中一個 控制支路端構成回路，第二鎖存繼電器2-8另一個控制支路端則懸空。本實施方式所述測試 內(nèi)容為單程拉力形狀記憶合金彈簧在偏動拉力作用下的過程時間。
工作原理
閉合控制回路開啟開關2-1，信號指示回路開啟開關3-1并確認第二指示信號3-4是否處 于工作狀態(tài)，然后閉合供能接通開關4-2開始工作。供能部分回路接通形狀記憶合金控制源 4-1，電路中電流通過單程形狀記憶合金拉力彈簧l-2并開始產(chǎn)生熱量，當發(fā)熱溫度超過形狀 記憶合金馬氏體相變溫度時，單程形狀記憶合金拉力彈簧1-2開始恢復形狀產(chǎn)生收縮效應， 并產(chǎn)生巨大的作用拉力，帶動機械聯(lián)動桿l-4與回復件l-3 (即偏動拉力彈簧)向上運動，當 機械聯(lián)動桿1-4頂部觸碰到上位控制開關2-4時，上位接通控制電源接通第一鎖存繼電器2-7 和第二鎖存繼電器2-8,使第一鎖存繼電器2-7原本斷路的控制支路被接通，第一指示信號
3- 3開始工作，并且第二鎖存繼電器2-8的閉合控制支路端斷開，對單程形狀記憶合金拉力彈 簧l-2的供電結束，并且由于另一端本就懸空，第二鎖存繼電器2-8處于無工作狀態(tài)。
此時，單程形狀記憶合金拉力彈簧1-2開始冷卻。當冷卻達到一定溫度時，單程形狀記 憶合金拉力彈簧1-2開始發(fā)生相變并且進入低溫相狀態(tài)，應力減弱，此時回復件1-3偏動拉 力彈簧拉力大于單程形狀記憶合金拉力彈簧1-2拉力，機械聯(lián)動桿1-4被帶動往下運動，當 下降一定距離后，機械聯(lián)動桿橫支桿l-5觸發(fā)下位控制開關2-5，使下位控制電源2-3接通第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8，使得二者同時動作并回到初始時狀態(tài)，第二指示信 號3-4工作，單程形狀記憶合金拉力彈簧1-2再次開始由形狀記憶合金控制源4-1加熱控制。 如此往復工作。
具體實施方式
二參見圖4、圖5和圖6，本實施方式和具體實施方式
一不同之處包括G;i 測試件1-2為單程壓力形狀記憶合金彈簧形式(2)測試件1-2固定于測試架下固定支板1-7 上;(3)回復件1-3包括處于上位(懸于測試架上固定支板l-6下端)的偏動壓力彈簧和導向孔(位 于測試架下固定支板1-7上)；(4)機械聯(lián)動桿1-4串聯(lián)處于上位的回復件1-3偏動壓力彈簧和 處于下位的測試件1-2單程形狀記憶合金壓力彈簧，并且其下方部分桿部穿過測試架下固定 支板1-7上的導向孔。本實施方式所述的測試內(nèi)容為單程形狀記憶合金壓力彈簧在偏動推力 作用下過程時間。
工作原理
閉合控制回路開啟開關2-1，信號指示回路開啟開關3-1并確認第二指示信號3-4是否處 于工作狀態(tài)，然后閉合供能接通開關4-2開始工作。供能部分回路接通形狀記憶合金控制源 4-1,電路中電流通過單程形狀記憶合金壓力彈簧l-2并開始產(chǎn)生熱量，當發(fā)熱溫度超過形狀 記憶合金馬氏體相變溫度時，單程形狀記憶合金壓力彈簧1-2開始恢復形狀向上伸長，并產(chǎn) 生巨大的作用推力，帶動機械聯(lián)動桿l-4與回復件1-3 (即偏動壓力彈簧)向上運動，當機械 聯(lián)動桿1-4頂部觸碰到上位控制開關2-4時，上位接通控制電源接通第一鎖存繼電器2-7和第 二鎖存繼電器2-8，使第一鎖存繼電器2-7原本斷路的控制支路被接通，第一指示信號3-3開 始工作，并且第二鎖存繼電器2-8的閉合控制支路端斷開，對單程形狀記憶合金壓力彈簧1-2 的供電結束，并且由于另一端本就懸空，第二鎖存繼電器2-8處于無工作狀態(tài)。
此時，單程形狀記憶合金壓力彈簧1-2開始冷卻。當冷卻達到一定溫度時，單程形狀記 憶合金壓力彈簧1-2開始發(fā)生相變進入低溫相狀態(tài)，應力減弱，此時回復件1-3偏動壓力彈 簧推力大于形狀記憶合金壓力彈簧推力，機械聯(lián)動桿1-4被帶動往下運動，當下降一定距離 后，機械聯(lián)動桿橫支桿l-5觸發(fā)下位控制開關2-5，使下位控制電源2-3接通第一鎖存繼電器 2-7和第二鎖存繼電器2-8，使得二者吸合回到初始時狀態(tài)，第二指示信號3-4工作，單程形 狀記憶合金壓力彈簧1-2再次開始由形狀記憶合金控制源4-1加熱控制。如此往復工作。
具體實施方式
三如圖7、圖9、圖10和圖11所示，本實施方式所測試的內(nèi)容為由兩個 單程形狀記憶合金拉力彈簧所組合成的差動作用雙程件工作所需要的時間。本實施方式的結 構中，機械部分的構造和具體實施方式
一中所述基本相同，所不同的是，具體實施方式
一所 述回復件1-3為偏動拉力彈簧，本實施方式中，回復件1-3為單程形狀記憶合金拉力彈簧。
電路系統(tǒng)部分連接有兩種模式(1)簡單模式，如圖9所示；(2)可靠模式，如圖10和 圖U所示。簡單模式通常在電流不大的時候或者測試在水液環(huán)境中進行時使用，而可靠模式 則應當在形狀記憶合金控制電流較大時候使用。
簡單模式中，供能部分電路連接與具體實施方式
一所述略有差異具體實施方式
一所述 第二鎖存繼電器2-8的一條控制支路為懸空；本實施方式中，此條控制支路需要和作為回復
件1-3的單程形狀記憶合金拉力彈簧的連接成為一條控制回路，其余電路形式與具體實施方
式一所述內(nèi)容相同。
可靠模式是為了解決一些簡單模式電路中的隱患設計的在簡單模式中，當測試件1-2
形狀記憶合金彈簧通電發(fā)熱動作使得上位控制開關2-4閉合后，此時對作為回復件1-3的形 狀記憶合金彈簧加熱；由于空氣中形狀記憶合金散熱慢(一根絲徑0.6mm，內(nèi)徑4mm，圈數(shù) 為10的形狀記憶合金彈簧在室溫狀態(tài)下冷卻并進入低溫相在IO秒左右)，測試件1-2形狀記 憶合金彈簧還保持在高溫相的狀態(tài)，其應力依然很大；此時對回復件1-3形狀記憶合金通電 加熱，則整個雙程元件處于靜止狀態(tài)，并會持續(xù)到測試件1-2形狀記憶合金彈簧冷卻并進入 低溫相以后；這樣，由于形狀記憶合金在過大的電流長時間作用下，溫度會超出承受范圍(通 常TiNi系的形狀記憶合金不宜超過250攝氏度)，損壞器件材料性質(zhì)?？煽磕Ｊ街校尤肓?四個電子器件第三指示信號3-7和第四指示信號3-8、第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9和第二單穩(wěn)態(tài)
13繼電器3-10。第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10的公共控制端分別與信號控制 源3-2、第一指示信號3-3、第二指示信號3-4并接后串聯(lián)至限流電阻4-3的遠離形狀記憶控 制源4-1端，回復件1-3形狀記憶合金彈簧和測試件1-2形狀記憶合金彈簧遠離第二鎖存繼電 器2-8端分別串接第一穩(wěn)態(tài)繼電器3-9和第二穩(wěn)態(tài)繼電器3-10的常閉觸點開關構成回路，其 常開觸點開關兩極則分別與第一指示信號3-3和第二指示信號構成回路，其常開觸點開關兩 極則分別與第二指示信號3-4和第一指示信號3-3的電極位兩端連接；第三指示信號3-7和第 四指示信號3-8分別串接于第一鎖存繼電器2-7與第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9之間和第一鎖存繼電 器2-7與第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10之間。 可靠模式下系統(tǒng)工作原理如下
初始狀態(tài)，由于測試件1-2形狀記憶合金彈簧和回復件1-3形狀記憶合金彈簧皆處于低 溫相狀態(tài)，二者皆有微小的彈性力作用于機械聯(lián)動桿1-4上并處于力平衡狀態(tài)，同時由于下 位控制開關2-5是由具有一定彈性的金屬片制作并在外力很小時處于常開狀態(tài)的，所以機械 聯(lián)動桿橫支桿1-5不能如具體實施方式
一和具體實施方式
二所述一樣，在開始時通過偏動彈 簧力的作用壓合下位控制開關2-5處于閉合狀態(tài)。此時，首先閉合控制回路開啟開關2-l，并 通過人工操作方式，觸動一下下位控制開關2-5使之閉合(由于下位控制開關2-5的金屬彈 性力原因，外力消失后會馬上從閉合態(tài)自動彈起斷開)，使第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼 電器2-8動作并保證二者對應的測試件1-2形狀記憶合金彈簧及相應的信號指示回路那一側 的控制支路處于工作態(tài)；然后閉合信號指示回路開啟開關3-l，則第四指示信號3-8和第二指 示信號3-4皆處于工作狀態(tài)；最后閉合供能接通開關4-2，則測試件1-2形狀記憶合金彈簧被 導通加熱繼而達到逆相變狀態(tài)，開始恢復高溫相形狀進入工作狀態(tài)(在這里具體指彈簧產(chǎn)生 收縮的動作)。
當測試件1-2形狀記憶合金彈簧工作繼而使得上位控制開關2-4閉合而接通上位控制電 源2-2時接通第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8，并同時接通第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9; 此時第一單穩(wěn)態(tài)繼電器的常開觸點閉合，第一指示信號3-3被短路，工作停頓，第三信號指 示3-7工作；同時，回復件l-3形狀記憶合金由于第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9的常閉觸點斷開而無 法工作，整個雙程元件處于靜止狀態(tài)；當測試件1-2形狀記憶合金彈簧慢慢冷卻而逐漸進入 低溫相時，此雙程元件達到力平衡，而上位控制開關2-4和下位控制開關2-5 —樣是由具有 一定彈性的金屬片制作的，所以金屬片微弱彈性力作用下，上位控制開關2-4彈開形成斷路， 繼而第一單穩(wěn)態(tài)繼電器3-9的常開觸點由于失電而斷開，第一指示信號3-3工作，同時其常 閉觸點閉合，回復件l-3形狀記憶合金彈簧開始工作；當機械聯(lián)動桿l-4在回復件l-3形狀記 憶合金彈簧作用下觸動下位控制開關2-5時，接通第一鎖存繼電器2-7和第二鎖存繼電器2-8 使其閉合另一邊控制支路，并同時接通第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10;而后，第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10 的常開觸點閉合，第二指示信號3-4被短路，暫不工作，僅剩下第四指示信號3-8工作；同 時，測試件1-2形狀記憶合金彈簧由于第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10的常閉觸點斷開而無法工作， 整個雙程元件處于靜止狀態(tài)；此后，與上面所述相類似，回復件l-3形狀記憶合金彈簧冷卻， 下位控制開關2-5在金屬彈性力作用下斷開，第二單穩(wěn)態(tài)繼電器3-10的常開觸點斷開，第二 指示信號3-4工作，同時其常閉觸點閉合，測試件1-2形狀記憶合金彈簧開始工作。此后， 重復上述過程往返運動。整個過程時間包括測試件l-2冷卻時間(由第三指示信號3-7工作 到第一指示信號3-3工作的時間)、回復件1-3作用時間(由第一指示信號3-3工作到第四指示 信號3-8工作的時間)、回復件1-3冷卻時間(由第四指示信號3-8工作到第二指示信號3-4工 作的時間)，測試件1-2作用時間(由第二指示信號3-4工作到第三指示信號3-7工作的時間)。
具體實施方式
四如圖8、圖9、圖10和圖11所示，本實施方式的機械部分構造與具體 實施方式二種所述基本相同(l)測試件1-2形狀記憶合金彈簧為單程壓力彈簧形式；(2)測試 件1-2固定于測試架下固定支板1-7上；(3)回復件1-3包括處于上位(懸于測試架上固定支板 1-6下端)的偏動壓力彈簧和導向孔(位于測試架下固定支板1-7上)；(4)機械聯(lián)動桿1-4串聯(lián)處 于上位的偏動壓力彈簧和處于下位的測試件1-2單程形狀記憶合金壓力彈簧，并且其下方部分桿部穿過下固定支板上的導向孔。本實施方式的的電路部分與具體實施方式
三所述基本相 同，不同點在于本實施方式本實施方式所測試的內(nèi)容為兩個單程壓力彈簧形狀記憶合金所組 合成的雙程件在相互差動力的作用下，工作所需要的時間。
具體實施方式
五如圖12和圖13所示，本實施方式所測試的對象為雙程形狀記憶合金 彈簧，機械裝置部分，包括測試架l-l，測試件1-2雙程形狀記憶合金彈簧、回復件l-3、測 試架上固定支板1-6，測試架下固定支板1-7以及機械聯(lián)動桿1-4。其中，回復件1-3在這里 為設在下固定支板l-7上的導向孔。電路部分與具體實施方式
一相同。
工作原理
首先閉合控制回路開啟開關2-1,信號指示回路開啟開關3-l并確認第二指示信號3-4是 否處于工作狀態(tài)，然后閉合供能接通開關4-2開始工作。初始狀態(tài)時第二指示信號3-4工作， 雙程形狀記憶合金開始通電受熱，產(chǎn)生形狀恢復，觸發(fā)上位控制開關2-4，控制第一鎖存繼電 器2-7斷開第二指示信號3-4，接通第一指示信號3-3,并且第二鎖存繼電器2-8斷開測試件 l-2雙程形狀記憶合金彈簧控制回路，此時首次供能工作結束此后，測試件l-2雙程形狀記 憶合金彈簧通過某種方式冷卻后，自然開始發(fā)生形狀改變，帶動機械聯(lián)動桿1-4往下運動， 觸發(fā)下位控制開關2-5，使得第二指示信號3-4工作，并再次接通供能控制回路，測試件l-2 雙程形狀記憶合金彈簧再次被通電加熱，重復上面所述過程，往復運動。
具體實施方式
六參見圖14和圖15，本實施方式包含利用PWM脈沖或其它形式脈沖信 號對形狀記憶合金進行控制。通過在供能回路中串接功率MOS管4-4，實現(xiàn)控制目的，功率 MOS管4-4的漏極接電源正極，源極接測試件l-2形狀記憶合金彈簧，柵極外接控制信號， 當控制信號形式為PWM脈沖信號或其它形式脈沖信號時，即為本實施方式所述的測試內(nèi)容。 通過本實施方式所述的測試，可以對形狀記憶合金彈簧在一般直流或交流電作用下的控制時 間和在本實施方式所述的控制方式效果進行比較，以驗證其優(yōu)越性。
具體實施方式
七參見圖16和圖17，本實施方式包含在水液環(huán)境中通電加熱測試件1-2 形狀記憶合金彈簧的以測試其在水中作用時間性能的內(nèi)容。機械裝置部分放置如圖16所示， 水液可只浸沒住上固定支板1-6下板面即可，然后將各連接導線引出，以便進行測試工作。 不過水液需中性或偏堿性溶液，以避免產(chǎn)生化學腐蝕作用。
具體實施方式
八參見圖18和圖19，本實施方式為通過加熱水液環(huán)境控制形狀記憶合 金彈簧動作，并測試其在此控制形式下的作用時間。整個系統(tǒng)結構形式如圖17所示，圖18 則示意了這種測試形式的簡化電路原理圖。其中，與具體實施方式
一至具體實施方式
八中所 述測試形式根本區(qū)別在于，供能部分不再連接測試件1-2形狀記憶合金彈簧，而是連接一根 電加熱元件4-5。此電加熱元件4-5被放置于水液環(huán)境中，通過加熱水液溫度，間接地控制測 試件1-2形狀記憶合金彈簧開始動作。
工作原理
閉合控制回路開啟開關2-1，信號指示回路開啟開關3-1并確認第二指示信號3-4是否處 于工作狀態(tài)，然后閉合供能接通開關4-2開始工作；此時，第二指示信號3-4工作，形狀記 憶合金控制源4-l接通電加熱元件4-5，開始加熱水液溫度，當水液溫度被加熱到形狀記憶合 金相變溫度時，測試件l-2形狀記憶合金彈簧開始動作，觸發(fā)上位控制開關2-4,電加熱元件 4-5所在通路被斷開，停止加熱水液，同時第一指示信號3-3工作；當水液逐漸散熱而溫度下 降達到形狀記憶合金逆向變溫度時，測試件1-2形狀記憶合金開始通過回復件1-3回復到初 始狀態(tài)，觸發(fā)下位控制開關2-5，再次接通電加熱元件4-5，開始循環(huán)工作。通過第一指示信 號3-3和第二指示信號3-4的工作時間間隔確定加熱和冷卻時間。
本實施方式的一個延展應用是水液保溫，通過形狀記憶合金的工作或間歇，可以不斷加 熱水液使水液溫度維持在一定范圍之內(nèi)。
具體實施方式
九如圖20所示，本實施方式為一種簡便的信號指示方式，其中，第一指 示信號3-3和第二指示信號3-4同為發(fā)光元件，如發(fā)光二極管，二者被放入一個閉合的方盒 內(nèi)5-l，方盒5-l上開有一孔，可剛好插入攝像頭5-2的鏡頭部分。當系統(tǒng)工作時，第一指示信號3-3和第二指示信號3-4交替被點亮，通過攝像頭將記錄的影像傳到計算機5-3中記錄下 來，通過所拍影像的幀格進行觀察和分析，就能確定形狀記憶合金工作的時間。
具體實施方式
十如圖21和圖22所示，本實施方式為另一種信號指示方式。本實施方 式中的指示方式相比具體實施方式
九所述的指示方式更為精確，通過在第一指示信號3-3和 第二指示信號3-4前分別串連上第一三極管3-5和第二三極管3-6，其基極與第一鎖存繼電器 2-7相連，發(fā)射極與指示信號控制源3-2相連，并將兩個三極管發(fā)射極外接至單片機5-6的I/O 端5-4、 5-5， I/O端5-4、 5-5設置為輸入方式，分別接受第一三極管3-5和第二三極管3-6上 發(fā)射極電平信號。兩三極管集電極同時外接電平+VCC。系統(tǒng)工作時，第一指示信號3-3所在 回路接通后，第一三極管3-5被接通，1/0端5-4所對應的電位變?yōu)楦唠娖剑?/0端5-5由于 第二三極管3-6未導通，其所對應電位接地為零；反之，第二指示信號3-4所在回路接通后， I/O端5-4所對應的電位變?yōu)榱愣鳬/O端5-5所對應的電位變?yōu)楦唠娖健Ｍㄟ^單片機5-6對I/O 5-5電平信號的讀取，就能確定出較為準確的作用時間，并可通過LED數(shù)顯陣列5-7 顯示出來。
具體實施方式
十一本實施方式給出根據(jù)具體實施方式
一，及具體實施方式
三以及具體 實施方式七所述測試內(nèi)容具體測試所得實驗結果
1. 單程拉力形狀記憶合金彈簧在偏動拉力作用下的過程時間(測試所用 SMA實驗材料絲徑0.6mm,內(nèi)徑4mm，圈數(shù)10圈，逆相變溫度在50-55攝氏度； 設定的形狀記憶合金彈簧作用行程為5mm;形狀記憶合金控制源4-l為12V直流電)
電阻(歐)電流(安培)時間(毫秒)空氣中水中
0.57加熱640加熱920
冷卻10秒左右冷卻1710
15加熱810加熱1320
冷卻10秒左右冷卻176Q
2. 由兩個單程形狀記憶合金拉力彈簧所組合成的差動作用雙程件的工作時 間(實驗所用材料和測試所用控制源與前者相同,并且組成差動作用元件的兩個SMA 彈簧材料性質(zhì)完全相同；測試環(huán)境為空氣環(huán)境，測試的電路系統(tǒng)部分形式為可靠模
式，測試設定的們s用行程為8mm):電阻(歐)電流(安培)時間(毫秒)測試件作用時間回復件作用時間
23. 37加熱1480加熱1420
冷卻10570冷卻10510
32. 68加熱1860加熱1830
冷卻10380冷卻10330
通過本發(fā)明的測試系統(tǒng)對形狀記憶合金的時間特性研究，可以對了解形狀記憶合金的性 能性質(zhì)起到很好的參考，也可幫助工程技術人員在科學研究和實際生產(chǎn)設計中開發(fā)形狀記憶 合金彈簧具體相關產(chǎn)品作出有用的判斷和決定。
上述的對實施例的描述是為便于該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發(fā)明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領域技 術人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，對于本發(fā)明做出的改進和修改都應該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
1權利要求
1、一種形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于其包括機械裝置部分、控制部分、供能部分、信號指示部分，供能部分對安裝于機械裝置部分的形狀記憶合金彈簧供能，使機械裝置部分運作觸動控制部分，控制部分控制信號指示部分顯示彈簧不同的狀態(tài)變化以測試其時間特性。
2、 如權利要求l所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的機械裝置部分包括測試架(l-l)、測試件(1-2)、回復件(卜3)、機械聯(lián)動桿(1-4), 測試架上有上固定支板(1-6)，機械聯(lián)動桿(1-4)穿過其上的通孔，頂部桿頭朝向上位控制開 關(2-4)，機械聯(lián)動桿上(1-4)有機械聯(lián)動桿橫支桿(1-5)，機械聯(lián)動桿橫支桿(1-5)正下方 對著安裝在上固定支板(1-6)上板面上的下位控制開關(2-5)，測試件(1-2)和回復件(1-3) 與機械聯(lián)動桿(1-4)聯(lián)動；所述的控制部分包括控制回路開啟開關(2-l)、上位控制電源(2-2)、下位控制電源(2-3)、 上位控制開關(2-4)、下位控制開關(2-5)、保護電阻(2-6)、第一鎖存繼電器(2-7)、第二鎖 存繼電器(2-8)，上位控制開關(2-4)和上位控制電源(2-2)串聯(lián)，且保護電阻(2-6)、下位控制 電源(2-3)、下位控制開關(2-5)和控制回路開啟開關(2-l)依次串聯(lián)，下位控制電源(2-3)正極/ 負極與保護電阻(2-6)—端相連，保護電阻(2-6)另一端與上位控制開關(2-4)的一端并接相連 后與第一鎖存繼電器(2-7)及第二鎖存繼電器(2-8)的一側控制端連接，上位控制開關(2-4) 另一端連于上位控制電源(2-2)負極/正極，上位控制電源(2-4)正極/負極與控制回路開啟開 關(2-l)另一端并接相連后與第一鎖存繼電器(2-7)及第二鎖存繼電器(2-8)的另一側控制 端連接，使第一鎖存繼電器(2-7)及第二鎖存繼電器(2-8)形成并聯(lián)關系；所述的信號指示部分包括信號指示回路開啟開關(3-l)、指示信號控制源(3-2)、第一指 示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)，第一鎖存繼電器(2-7)的左右兩個控制支路端分別和第一 指示信號(3-3)和第二指示信號(3-4)各自的一端連接，其公共端和信號指示回路開啟開關(3-l) 與信號控制源(3-2)串聯(lián)后電極的一端連接，信號指示回路開啟丌關(3-l)與信號控制源(3-2)串 聯(lián)后電極的另一端和第一指示信號(3-3)和第二指示信號(3-4)并聯(lián)的一端連接；所述的供能部分包括形狀記憶合金控制源(4-1)、供能接通開關(4-2)、限流電阻(4-3)， 第二鎖存繼電器(2-8)的公共控制端連接在形狀記憶合金控制源(4-l)的一端，形狀記憶合金控 制源(4-l)通過第二鎖存繼電器(2-8)的右側控制支路與限流電阻(4-3)、供能接通開關(4-2)以及 測試件(l-2)依次串聯(lián)組成供能回路，第二鎖存繼電器(2-8)的左側控制支路懸空。
3、 如權利要求2所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測試 件(l-2)為單程拉力形狀記憶合金彈簧。
4、 如權利要求3所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的回復 件(1-3)為偏動拉力彈簧。
5、 如權利要求4所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測試 件(l-2)上端固定于測試架上固定支板(1-6)下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固定支 板(1-6)上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿(1-4)下端相固定；所述的回復件(l-3)—端固定在測試架(l-l)底座上另一端與機械聯(lián)動桿(l-4)下端相關聯(lián)，關聯(lián)方式為鉤掛形式。
6、 如權利要求3所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的回復 件(l-3)為單程形狀記憶合金拉力彈簧。
7、 如權利要求6所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測試 件(l-2)上端固定于測試架上固定支板(1-6)下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固定支 板(1-6)上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿(1-4)下端相固定；所述的回復件(l-3)—端固定在測試架(l-l)底座上另一端與機械聯(lián)動桿(l-4)下端相關聯(lián)，關聯(lián)方式為鉤掛形式；且所述的第二鎖存繼電器(2-8)的左側控制支路和回復件(1-3)的形狀記憶合金彈簧以及限流電阻 (4-3)、供能接通開關(4-2)、形狀記憶合金控制源(4-l)串聯(lián)成回路。
8、 如權利要求7所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的控制 部分和信號指示部分還包括第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)、第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)、第三指示信號 (3-7)和第四指示信號(3-8)，其中第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)的公共控制 端分別與信號控制源(3-2)、第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)并接后串聯(lián)至限流 電阻(4-3)的遠離形狀記憶控制源(4-1)端，回復件(1-3)和測試件(1-2)遠離第二鎖存 繼電器(2-8)端分別串接第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)的常閉觸點開關 構成回路，其常開觸點開關兩極則分別與第一指示信號(3-3)和第二指示信號(3-4)的電極位兩 端連接；第三指示信號(3-7)和第四指示信號(3-8)分別串接于第一鎖存繼電器(2-7)與第一單 穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)之間和第一鎖存繼電器(2-7)與第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)之間。
9、 如權利要求2所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測試 件(l-2)為單程壓力形狀記憶合金彈簧。
10、 如權利要求9所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的回 復件(1-3)為偏動壓力彈簧以及位于測試架下固定支板(1-7)上的導向孔。
11、 如權利要求10所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測 試件(l-2)套入機械聯(lián)動桿(I-4)下端桿體中，機械聯(lián)動桿(l-4)下端穿過測試架下固定支板(l-7) 上的導向孔，并使測試件(l-2)下端和測試架下固定支板(1-7)上的導向孔四周板面相抵靠； 所述的回復件(l-3)的偏動壓力彈簧套入機械聯(lián)動桿(l-4)上方桿體，且上端和測試架上固定支 板(1-6)上的通孔四周板面相抵靠，下端和測試件(1-2)上端分別抵靠在固定于機械聯(lián)動 桿(1-4)上的金屬支桿上方和下方。
12、 如權利要求9所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的回 復件(l-3)為單程形狀記憶合金壓力彈簧以及位于測試架下固定支板(1-7)上的導向孔。
13、 如權利要求12所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測 試件(l-2虔入機械聯(lián)動桿(-4)下端桿體中，機械聯(lián)動桿(l-4)下端穿過測試架下固定支板(l-7) 上的導向孔，并使測試件(l-2)下端和測試架下固定支板(1-7)上的導向孔四周板面相抵靠； 所述的回復件(l-3)的偏動壓力彈簧套入機械聯(lián)動桿(l-4)上方桿體，且上端和測試架上固定支 板(1-6)上的通孔四周板面相抵靠，下端和測試件(1-2)上端分別抵靠在固定于機械聯(lián)動 桿(1-4)上的金屬支桿上方和下方；且所述的第二鎖存繼電器(2-8)的左側控制支路和回復件(l-3)的形狀記憶合金彈簧以及限流電阻(4-3)、供能接通開關(4-2)、形狀記憶合金控制源(4-l) 串聯(lián)成回路。
14、 如權利要求13所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的控 制部分和信號指示部分還包括第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)、第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)、第三指示信 號(3-7)和第四指示信號(3-8)，其中第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)的公共控 制端分別與信號控制源(3-2)、第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)并接后串聯(lián)至限 流電阻(4-3)的遠離形狀記憶控制源(4-1)端，回復件(1-3)和測試件(1-2)遠離第二鎖 存繼電器(2-8)端分別串接第一單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)和第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)的常閉觸點開 關構成回路，其常開觸點開關兩極則分別與第一指示信號(3-3)和第二指示信號(3-4)的電極位 兩端連接；第三指示信號(3-7)和第四指示信號(3-8)分別串接于第一鎖存繼電器(2-7)與第一 單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-9)之間和第一鎖存繼電器(2-7)與第二單穩(wěn)態(tài)繼電器(3-10)之間。
15、 如權利要求2所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測 試件(1-2)為雙程形狀記憶合金彈簧。
16、 如權利要求15所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的回 復件(l-3)為位于測試架下固定支板(1-7)上的導向孔。
17、 如權利要求16所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的測 試件(l-2)上端固定于測試架上固定支板(1-6)下板面上，且彈簧柱體中軸通過測試架上固定 支板(1-6)上的通孔圓心，下端和機械聯(lián)動桿(1-4)下端相固定，機械聯(lián)動桿(1-4)和測 試件(1-2)下端連接后，其桿體繼續(xù)向下方延伸，并穿過測試架下固定支板(1-7)上的導 向孔。
18、 如權利要求5、 7、 8、 11、 13、 14、 17任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測 試系統(tǒng)，其特征在于所述的供能部分還串接有功率MOS管(4-4)，其漏極接電源正極，源 極接測試件(1-2)，柵極外接控制信號。
19、 如權利要求18所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的控 制信號為PWM脈沖信號。
20、 如權利要求5、 7、 8、 11、 13、 14、 17任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測 試系統(tǒng)，其特征在于其置入水液環(huán)境中進行測試，水液浸沒機械裝置部分的上固定支板(l-6) 的下板面。
21、 如權利要求20所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的水 液環(huán)境為中性或偏堿性液體環(huán)境。
22、 如權利要求5、 7、 8、 11、 13、 14、 17任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測 試系統(tǒng)，其特征在于其置入水液環(huán)境中通過加熱水液改變環(huán)境溫度間接控制測試件(1-2) 回復件(1-3)進行測試，所述的供能部分與電加熱元件(4-5)相連，電加熱元件(4-5)置 于水液環(huán)境中對其加熱。
23、 如權利要求22所述的形狀記憶合金彈簧吋間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的水 液環(huán)境為中性或偏堿性液體環(huán)境。
24、 如權利要求5、 7、 11、 13、 17任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)， 其特征在于所述的第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)為發(fā)光元件，其置于封閉的 盒體內(nèi)，盒上開有可插入攝像頭(5-2)的鏡頭的孔，攝像頭(5-2)記錄指示信號的發(fā)光狀 態(tài)傳送給計算機處理計算。
25、 如權利要求5、 7、 11、 13、 17任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)， 其特征在于所述的第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)為三極管，其集電極外接電 平+VCC，發(fā)射極則外接至單片機(5-6)的I/0輸入端，單片機讀取I/0輸入端的電平信號。
26、 如權利要求8、 14任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于 所述的第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)、第三指示信號(3-7)、第四指示信號(3-8) 為發(fā)光元件，其置于封閉的盒體內(nèi)，盒上開有可插入攝像頭(5-2)的鏡頭的孔，攝像頭(5-2) 記錄指示信號的發(fā)光狀態(tài)傳送給計算機處理計算。
27、 如權利要求8、 14任一項所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于 所述的第一指示信號(3-3)、第二指示信號(3-4)、第三指示信號(3-7)、第四指示信號(3-8) 為三極管，其集電極外接電平+VCC，發(fā)射極則外接至單片機(5-6)的I/O輸入端，單片機讀取i/o輸入端的電平信號。
28、 如權利要求2所述的形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)，其特征在于所述的第 一鎖存繼電器(2-7)和第二鎖存繼電器(2-8)為單線圈鎖存繼電器。
全文摘要
一種形狀記憶合金彈簧時間特性測試系統(tǒng)包括機械裝置、控制、供能和信號指示四個部分，機械裝置包含測試件和回復件，二者相對連接于機械聯(lián)動桿上，機械聯(lián)動桿頂部上下位分別是控制部分的上下位控制開關，兩開關分別和上下位控制電源串聯(lián)，并分別和第一鎖存繼電器和第二鎖存繼電器構成控制回路，通過這兩個繼電器控制信號指示和供能部分同步工作，實現(xiàn)時間特性的測試。本發(fā)明構造精簡，所用器件易尋找和購買，且價格低廉，拼裝拆卸方便，能測試多種情況下形狀記憶合金彈簧的工作速度。
文檔編號G01N3/00GK101514946SQ200910048410
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權日2009年3月27日
發(fā)明者斌 何, 振 劉, 黎明和 申請人:同濟大學