一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置及其檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置及其檢測方法，其特征在于：該裝置包括三維微動步進電機平臺、壓電位移管和檢測電極，所述的三維微動步進電機平臺下方垂直設(shè)有壓電位移管，所述的檢測電極設(shè)置在所述的壓電位移管下方，所述的檢測電機與三維微動步進電機相互平行，所述的檢測電極下方設(shè)有樣品底座。該方法是將檢測電極放置到距離接近試樣最大形變處，使試樣與檢測電極形成微小電容。當(dāng)試樣動態(tài)形變時，微小電容會產(chǎn)生變化，將高頻載波施加在待測試樣上，可準(zhǔn)確檢測電容的變化，即可測量試樣產(chǎn)生的應(yīng)變。將測量的應(yīng)變信號通過鎖相技術(shù)進行解耦，可以獲得應(yīng)變信號的振幅與應(yīng)變落后于參考信號的相角差。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、檢測精確的優(yōu)點。
【專利說明】一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置及其檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置及其檢測方法，是用于檢測材料的缺陷和微觀結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]材料的缺陷(如點缺陷、位錯、界面、表面等)和微觀結(jié)構(gòu)是影響該材料性能的重要因素，通過測量材料在外界交變作用條件下的響應(yīng)可以探測該材料的缺陷和微觀結(jié)構(gòu)的特性和動力學(xué)演化過程。內(nèi)耗與力學(xué)譜是通過對材料施加周期交變應(yīng)力，測量材料動力學(xué)響應(yīng)(應(yīng)變)，是一種有效的研究材料缺陷和微觀結(jié)構(gòu)的實驗方法。針對微米尺度材料動態(tài)應(yīng)變快速精確探測較為困難的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置及其檢測方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡單可靠、檢測精確。
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0005]一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置，其特征在于:該裝置包括三維微動步進電機平臺、壓電位移管和檢測電極，所述的三維微動步進電機平臺下方垂直設(shè)有壓電位移管，所述的檢測電極設(shè)置在所述的壓電位移管下方，在所述的檢測電機與三維微動步進電機相互平行，所述的檢測電極下方設(shè)有樣品底座。
[0006]一種微米尺度材料應(yīng)變檢測方法，該方法是將高頻信號發(fā)生器生成的高頻載波信號加載在振動試樣上，當(dāng)試樣振動時會改變流過檢測電極的信號的幅度，將該高頻信號經(jīng)解調(diào)過濾掉高頻載波，并由隔直將扣除信號中的直流成分后，留下的低頻信號通過鎖相檢測出低頻信號中有用的信號；
以試樣的激發(fā)信號作為參考振蕩信號，將低頻振動信號和參考振動信號接入相敏檢測器，將獲得與兩者的相位差相關(guān)聯(lián)的直流信號和倍頻信號通過低通濾波將倍頻信號過濾掉，得到試樣振動信號的強度和相角的直流信號，再經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機；結(jié)合參考振蕩信相位移動90°C后測量的直流信號，可以解耦出振動信號的強度和振動信號與參考信號相角差，振幅測量精度可達0.1微米，相角精度可到0.01°C。
[0007]上述的高頻載波信號的頻率在0.5?40MHz，幅度為(T20V。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:結(jié)構(gòu)簡單可靠，能檢測出材料的點缺陷、位錯、界面、表面等和微觀結(jié)構(gòu)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】[0010]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(fā)明。
[0011]如圖1所示，
一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置，該裝置包括三維微動步進電機平臺、壓電位移管和檢測電極，三維微動步進電機平臺下方垂直設(shè)有壓電位移管，檢測電極設(shè)置在所述的壓電位移管下方，檢測電機與三維微動步進電機相互平行，檢測電極下方設(shè)有樣品底座。
[0012]一種微米尺度材料應(yīng)變檢測方法，該方法是將高頻信號發(fā)生器生成的高頻載波信號加載在振動試樣上，當(dāng)試樣振動時會改變流過檢測電極的信號的幅度，將該高頻信號經(jīng)解調(diào)過濾掉高頻載波，并由隔直將扣除信號中的直流成分后，留下的低頻信號通過鎖相檢測出低頻信號中有用的信號；
以試樣的激發(fā)信號作為參考振蕩信號，將低頻振動信號和參考振動信號接入相敏檢測器，將獲得與兩者的相位差相關(guān)聯(lián)的直流信號和倍頻信號通過低通濾波將倍頻信號過濾掉，得到試樣振動信號的強度和相角的直流信號，再經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機；結(jié)合參考振蕩信相位移動90°c后測量的直流信號，可以解耦出振動信號的強度和振動信號與參考信號相角差，振幅測量精度可達0.1微米，相角精度可到0.0re。
[0013]上述的高頻載波信號的頻率在0.5?40MHz，幅度為(T20V。
[0014]通過三維微動步進電機平臺、壓電位移管和壓電位移管，并將檢測電極放置到距離接近試樣最大形變處，使試樣與檢測電極形成微小電容。當(dāng)試樣動態(tài)形變時，微小電容會產(chǎn)生變化，將高頻載波施加在待測試樣上，可以準(zhǔn)確檢測電容的變化，即可測量試樣產(chǎn)生的應(yīng)變。將測量的應(yīng)變信號通過鎖相技術(shù)進行解耦，可以獲得應(yīng)變信號的振幅與應(yīng)變落后于參考信號的相角差。
[0015]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種微米尺度材料應(yīng)變檢測裝置，其特征在于:該裝置包括三維微動步進電機平臺、壓電位移管和檢測電極，所述的三維微動步進電機平臺下方垂直設(shè)有壓電位移管，所述的檢測電極設(shè)置在所述的壓電位移管下方，在所述的檢測電機與三維微動步進電機相互平行，所述的檢測電極下方設(shè)有樣品底座。
2.—種微米尺度材料應(yīng)變檢測方法，其特征在于:該方法是將高頻信號發(fā)生器生成的高頻載波信號加載在振動試樣上，當(dāng)試樣振動時會改變流過檢測電極的信號的幅度，將該高頻信號經(jīng)解調(diào)過濾掉高頻載波，并由隔直將扣除信號中的直流成分后，留下的低頻信號通過鎖相檢測出低頻信號中有用的信號； 以試樣的激發(fā)信號作為參考振蕩信號，將低頻振動信號和參考振動信號接入相敏檢測器，將獲得與兩者的相位差相關(guān)聯(lián)的直流信號和倍頻信號通過低通濾波將倍頻信號過濾掉，得到試樣振動信號的強度和相角的直流信號，再經(jīng)放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入計算機； 結(jié)合參考振蕩信相位移動90°C后測量的直流信號，可以解耦出振動信號的強度和振動信號與參考信號相角差，振幅測量精度可達0.1微米，相角精度可到0.01°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種微米尺度材料應(yīng)變檢測方法，其特征在于:所述的高頻載波信號的頻率在0.5?40MHz，幅度為(T20V。
【文檔編號】G01B7/16GK104034251SQ201310070052
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月6日
【發(fā)明者】莊重, 程幟軍, 郭麗君, 王先平, 吳兵, 方前鋒 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院