一種針對ipmc人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺，主要由試樣夾持模塊、試樣拉力測試模塊、試樣位移測試模塊、進(jìn)給模塊等幾部分構(gòu)成，進(jìn)給模塊主要由水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)與垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)組成，試樣夾持模塊固定在垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支撐座上，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的垂直底座固定在水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)的滑塊上，滑塊與驅(qū)動絲杠配合可實現(xiàn)水平移動，試樣拉力測試模塊、試樣位移測試模塊固定在進(jìn)給模塊的平臺底座上。本發(fā)明實驗過程采用非接觸測量的方法，避免測量過程中人為因素的干擾；實驗平臺總體具有結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，制作成本低廉，體積小，日常維護(hù)方便，噪聲低，不受實驗條件限制且無污染等諸多特點。
【專利說明】—種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種材料性能測試的實驗平臺，具體地說是IPMC人工肌肉材料性能測試的實驗平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]IPMC (1nic Polymer-Mental Composites,離子聚合物金屬復(fù)合材料)作為一種新型EAP智能材料，受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。因其致動性能類似于“人工肌肉”，故被廣泛稱之為人工肌肉材料。此材料自身克服了傳統(tǒng)機(jī)械的部分缺點，且憑借其質(zhì)量輕、低電壓條件下能夠獲得較大致動位移、噪音低等優(yōu)點，具有較大的應(yīng)用前景。
[0003]實驗方法作為研究IPMC材料性能的重要手段，對推進(jìn)材料自身性能以及后期推廣應(yīng)用具有重要作用，很多重要的性能優(yōu)化都是首先在實驗條件下獲得的。傳統(tǒng)意義來說，實驗測試的方式比較簡單，并沒有形成一套完整、標(biāo)準(zhǔn)的IPMC人工肌肉材料性能測試實驗平臺。在現(xiàn)階段性能研究中，主要是IPMC人工肌肉材料性能測試平臺，其較為巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計相對于傳統(tǒng)的簡易平臺來說已經(jīng)是一個巨大的突破與創(chuàng)新。但隨著研究的不斷深入，測試內(nèi)容不斷擴(kuò)大，對實驗平臺測試功能提出了新的要求。IPMC人工肌肉材料研究的費(fèi)用比較高，實驗過程所需參數(shù)較為繁雜，且沒有一套較完善的實驗設(shè)備，這些不利因素對于實驗結(jié)果測試來說也是一個巨大的瓶頸。因此，如何利用簡單、可靠的實驗平臺，評估IPMC人工肌肉材料的性能并為實際應(yīng)用提供可靠依據(jù)，仍是現(xiàn)階段亟需解決的問題。現(xiàn)階段的測量平臺僅限于簡單實驗數(shù)據(jù)的獲取，測量的因素不夠全面，并且在平臺局部結(jié)構(gòu)方面需要不斷進(jìn)行優(yōu)化與創(chuàng)新。因此，研究、制造一種具有綜合、精確、穩(wěn)定和方便的IPMC人工肌肉材料綜合測試實驗平臺是一項十分重要的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供操作方便、功能齊全、測量精確的一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺。
[0005]本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺，其特征是:包括試樣夾持模塊、試樣拉力測試模塊；試樣夾持模塊包括量角器、兩個金屬電極，試樣夾在兩個金屬電極之間，兩個金屬電極的外部分別設(shè)置第一絕緣層和第二絕緣層，第一絕緣層右側(cè)依次設(shè)置移動擋板、推板，移動擋板和推板之間安裝水平光桿，水平光桿上套裝彈簧，推板右側(cè)設(shè)置絲杠底座，絲杠底座里安裝中空的微調(diào)絲杠，推板上設(shè)置通孔，微調(diào)絲杠的左端安裝在推板上的通孔里，當(dāng)微調(diào)絲杠帶動推板向左移動時，水平光桿進(jìn)入微調(diào)絲杠里，微調(diào)絲杠的右端安裝微調(diào)手輪，量角器設(shè)置在試樣的后方，量角器的角度中心位于試樣的下端部；試樣拉力測試模塊包括腔體，腔體的上方開有上通孔，腔體的下方開有下通孔，上通孔里安裝測力輸入軸，上通孔里安裝測力輸出軸，測力輸入軸和測力輸出軸各有一個端部位于腔體里，兩個端部之間安裝中間開有滑槽的平衡滑道導(dǎo)桿，平衡滑道導(dǎo)桿與兩個端部均鉸接，腔體上開有上通孔一側(cè)的內(nèi)壁設(shè)置支點位移顯示盤，該側(cè)對面的內(nèi)壁開有長條孔，平衡支點的一端安裝在滑槽里，另一端通過螺栓安裝在長條孔里，平衡支點的位置可通過滑槽和長條孔調(diào)節(jié)，腔體和拉力傳感器通過各自的支架安裝在拉力底座上，測力輸出軸位于腔體外的端部連接拉力傳感器，測力輸入軸位于腔體外的端部為圓錐狀，圓錐狀的端部與試件接觸。
[0007]本發(fā)明還可以包括:
[0008]1、試樣夾持模塊、試樣拉力測試模塊均安裝在進(jìn)給模塊上，進(jìn)給模塊包括垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)、水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括支撐座、支撐桿、絲杠、螺紋滑塊、垂直底座，螺紋滑塊內(nèi)部設(shè)置螺紋孔，螺紋滑塊通過螺紋孔安裝在絲杠上并與絲杠相配合，支撐桿的a端為齒輪狀端部，b端與螺紋滑塊鉸接，所述的支撐桿包括四個，螺紋滑塊包括兩個，第一支撐桿和第二支撐桿的a端安裝在支撐座上并相互嚙合，第三支撐桿和第四支撐桿的a端安裝在垂直底座上并相互嚙合，第一支撐桿和第三支撐桿的b端與第一螺紋滑塊鉸接，第二支撐桿和第四支撐桿的b端與第二螺紋滑塊鉸接，絲杠的一端固定有手輪，試樣夾持模塊的絲杠底座固定在支撐座上；水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括平臺底座，平臺底座里鋪設(shè)滑軌，滑塊安裝在滑軌上，滑塊內(nèi)部設(shè)置螺紋孔，驅(qū)動絲杠安裝在滑塊內(nèi)部并與螺紋孔相配合，驅(qū)動絲杠的一端固定有驅(qū)動手輪，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的垂直底座固定在滑塊上，拉力底座固定在平臺底座上。
[0009]2、還包括試樣位移測試模塊，試樣位移測試模塊包括位移支架、激光位移傳感器，激光位移傳感器通過支撐肋板安裝在位移支架上，支撐肋板可在位移支架上移動。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)勢在于:本發(fā)明能夠比較綜合、準(zhǔn)確地完成實驗過程中所需測試的內(nèi)容；平臺的各個組件之間是可拆卸的，并能根據(jù)實驗?zāi)康募耙筮M(jìn)行相應(yīng)實驗組件間的模塊化搭接；試樣夾持模塊設(shè)計可以根據(jù)需要對實驗的夾持力進(jìn)行精確設(shè)定，避免了由于盲目夾持對試樣性能造成的不利影響；由于試樣在通電致動時力的作用較小，拉力測試裝置可以實現(xiàn)對力的放大，極大的提高了實驗裝置的測量精度；實驗平臺水平和垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)通過絲杠傳動，能夠快速、準(zhǔn)確地實現(xiàn)IPMC人工肌肉材料試樣的進(jìn)給與定位；本實驗平臺多處采用肋板結(jié)構(gòu)，較好地保證了平臺在實驗過程中的剛度及穩(wěn)定性；實驗過程采用非接觸測量的方法，避免測量過程中人為因素的干擾；實驗平臺總體具有結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，制作成本低廉，體積小，日常維護(hù)方便，噪聲低，不受實驗驗條件限制且無污染等諸多特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明的試樣夾持模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0012]圖2為本發(fā)明的試樣拉力測試模塊結(jié)構(gòu)圖；
[0013]圖3為本發(fā)明的水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；
[0014]圖4為本發(fā)明的水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)截面圖；
[0015]圖5為本發(fā)明的垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖6為部分性能參數(shù)采集流程圖；
[0017]圖7為本發(fā)明總體裝配圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述:[0019]結(jié)合圖1?7，本發(fā)明主要由IPMC人工肌肉材料試樣夾持模塊1、試樣拉力測試模塊I1、試樣位移測試模塊II1、試樣電學(xué)性能測試模塊IV、進(jìn)給模塊V以及數(shù)據(jù)采集單元及儀器裝配模塊VI等六部分構(gòu)成。其中，試樣電學(xué)性能測試模塊IV主要包括試樣電流測試系統(tǒng)、試樣電阻測試系統(tǒng)和試樣楊氏模量測試系統(tǒng)；進(jìn)給模塊V主要由水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)與垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)組成。
[0020]IPMC人工肌肉材料試樣夾持模塊I主要由絕緣層14、金屬電極12、移動擋板3、推板5、彈簧4、力顯指針10、力顯刻度盤13、微調(diào)絲杠7、絲杠底座9、微調(diào)手輪8、螺釘6、水平光桿11、量角器I及夾持部分腔體15共同組成。量角器I通過螺釘與試樣夾持部分固結(jié)，其角度中心設(shè)置在IPMC人工肌肉材料試樣2底部中心，目的是在IPMC人工肌肉材料試樣2擺動過程中,測量擺角。IPMC人工肌肉材料試樣2經(jīng)由附著于夾持部分腔體內(nèi)部的絕緣層14內(nèi)側(cè)金屬電極12夾持，牢固可靠。移動擋板3 —端與彈簧4相連，為保證彈簧4在壓縮過程中的均勻壓縮量，在彈簧4內(nèi)部通有水平光軸11 ;彈簧4另一端與推板5相連，推板5及右端微調(diào)絲杠7中心設(shè)有通孔，其直徑略大于水平光軸11，目的是在彈簧4壓縮過程中，水平光軸11不會限制推板5、微調(diào)絲杠7等器件的水平進(jìn)給。推板5底端附有力顯指針10，其頂端置于力顯刻度盤13上方，方便在彈簧4形變又能夠準(zhǔn)確讀數(shù)。推板5通過微調(diào)手輪8、微調(diào)絲杠7、絲杠底座9等實現(xiàn)水平方向進(jìn)給，為保證實驗過程的穩(wěn)定性，絲杠底座通過四個螺釘6與夾持部分腔體15底端固定。為保證實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，此部分在設(shè)計過程中，各接觸面較為光滑，相對摩擦較小，忽略不計。
[0021 ] IPMC人工肌肉材料試樣夾持模塊I具體工作原理:
[0022]旋轉(zhuǎn)微調(diào)手輪8，通過微調(diào)絲杠7與絲杠底座9的相對運(yùn)動，實現(xiàn)微調(diào)絲杠7的水平進(jìn)給。微調(diào)絲杠7端部與推板5右側(cè)光滑接觸，在運(yùn)動過程中，帶動推板5共同向左側(cè)平移。通過推板5的水平向右運(yùn)動，致使夾持部分腔體15內(nèi)部彈簧4形變壓縮，在水平光軸11保證其均勻形變的前提下，通過移動擋板3將彈性力傳遞給彈簧左側(cè)的絕緣層14以及附著于絕緣層14左側(cè)的金屬電極12，繼而對IPMC人工肌肉材料試樣2起到夾持作用。通過控制微調(diào)絲杠7的進(jìn)給量，進(jìn)而控制彈簧4的形變量，通過讀取力顯指針10在力顯刻度盤13上的讀數(shù)，并依據(jù)胡克定律，計算出彈簧4產(chǎn)生的彈性力大小，從而獲得IPMC人工肌肉材料試樣兩端表面所受的夾持力。由于隨著實驗數(shù)據(jù)采集種類需求增多，實驗過程中的不確定因素越來越復(fù)雜，試樣表面夾持力的大小對實驗結(jié)果的影響也不得不納入考慮范圍內(nèi)。當(dāng)上述工作準(zhǔn)備就緒，根據(jù)信號發(fā)生器發(fā)出實驗需要的指令脈沖，在金屬電極12通電情況下，IPMC人工肌肉材料試樣2將開始以一定角度連續(xù)地左右擺動，通過觀察IPMC人工肌肉材料試樣2頂端的擺動幅度，讀取量角器I上顯示的示數(shù)，采集并記錄IPMC人工肌肉材料試樣2的擺角。
[0023]結(jié)合圖2和6，試樣拉力測試模塊主要由測力輸入軸17、平衡滑道導(dǎo)桿20、平衡支點21、支點位移顯示盤19、拉力測試模塊腔體18、測力輸出軸25、拉力傳感器26、螺釘27、螺栓22、彈簧墊圈23、螺母24、數(shù)據(jù)采集模塊、顯示PC以及支架16和28組成。支架16上端的拉力測試模塊腔體18兩端各有一個圓形通孔，其內(nèi)徑略大于測力輸入軸17與測力輸出軸25直徑，內(nèi)壁光滑，使測力輸入軸17和測力輸出軸25在運(yùn)動過程中所受阻力盡可能小。測力輸入軸17 —段為圓錐狀，目的是在與IPMC人工肌肉材料試樣2頂端頂端接觸過程中，保持點與面的接觸，使位置更加精確；測力輸入軸17另一側(cè)與平衡滑道導(dǎo)桿20為鉸鏈連接，保證相對運(yùn)動過程中的光順性，減小實驗誤差。上述測力輸入軸17、平衡滑道導(dǎo)桿20以及測力輸出軸25均為輕質(zhì)桿，質(zhì)量忽略不計。平衡支點21底端與拉力測試模塊腔體18右側(cè)端面通過螺栓22固定，拉力測試模塊腔體18右側(cè)端面加工有長條孔，方便平衡支點與端面在任意位置固結(jié)，以便設(shè)定任意放大比例系數(shù)；比例系數(shù)可以通過置于拉力測試模塊腔體18內(nèi)部的支點位移顯示盤19讀取，通過平衡支點兩端的長度比求得。測力輸出軸25與通過螺釘27固結(jié)在支架28頂端的拉力傳感器26輸入端相連，實現(xiàn)整體力的傳遞過程。
[0024]試樣拉力測試模塊II具體工作原理:
[0025]由于IPMC人工肌肉材料2在致動過程中作用力較小，對拉力傳感器26的精度有較高要求，為了節(jié)約實驗所需費(fèi)用，設(shè)計了拉力放大裝置實現(xiàn)拉力的放大，顯著提高測量過程的精度。在實驗過程中，調(diào)整IPMC人工肌肉材料試樣2頂端位置，使其與測力輸入軸圓錐狀頂端相接觸，且保持各桿處于自由狀態(tài)，測力輸入軸17與測力輸出軸25水平放置，平衡滑道導(dǎo)桿垂直放置，各方向合力為零。通過觀察支點位移顯示盤19上的示數(shù)，將平衡支點固定于實驗設(shè)定位置，保證支點兩端的桿長比例。當(dāng)IPMC人工肌肉材料試樣2兩端金屬電極通電時，試樣頂端將開始左右規(guī)律性擺動，進(jìn)而將推力傳至測力輸入軸17 ;根據(jù)杠桿原理，將推力進(jìn)行等比例放大，并以拉力的形式輸出，從而傳遞至拉力傳感器26，數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集卡接收，傳輸給PC，通過數(shù)據(jù)采集單元的LabVIEW軟件進(jìn)行分析與處理，完成拉力測試過程。
[0026]結(jié)合圖3、4、5，實驗平臺進(jìn)給模塊V由兩部分構(gòu)成，即水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)與垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)。水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由平臺底座37、軸承端蓋34和30、角接觸球軸承32、驅(qū)動絲杠35、滾珠滑軌36、滑塊31、驅(qū)動手輪33、換相開關(guān)38、滾珠39以及螺釘29構(gòu)成。平臺底座37為空腔結(jié)構(gòu)，底端鋪設(shè)滑軌36 ;滑塊31置于滑軌36上，與滑軌36通過滑槽與滾珠39相配合，實現(xiàn)滑塊31在水平進(jìn)給過程中的平滑運(yùn)動，提高運(yùn)動平穩(wěn)度?；瑝K31內(nèi)部有螺紋孔，中間通有驅(qū)動絲杠35，目的是通過驅(qū)動絲杠35的旋轉(zhuǎn)向滑塊31提供進(jìn)給動力。利用一對角接觸球軸承32限制驅(qū)動絲杠35的周向運(yùn)動，以及對絲杠35的軸向位置進(jìn)行定位。角接觸球軸承32分別被限制在軸承端蓋34內(nèi)部，通過螺釘29與平臺底座37相固結(jié)。利用導(dǎo)線設(shè)計類似于繼電器的換相開關(guān)38通過螺釘29焊接在平臺底座的左下方。垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)由底座44、支撐座43、支撐桿42、絲杠41、螺紋滑塊40、手輪45等構(gòu)成。支撐桿42 —端為齒輪狀端部，目的是在支撐架42位置、角度變化的情況下，依靠齒輪嚙合，保證垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)支撐板43的平穩(wěn)提升；另一端鉸接于螺紋滑塊40兩側(cè)，且采用雙片連接的方式，減輕了桿件的重量，節(jié)約了加工成本。螺紋滑塊40內(nèi)部加工有螺紋孔，中間通有絲杠。絲杠一段裝有手輪45，用以實現(xiàn)絲杠41的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。支撐座43上端鉸有螺紋孔，方便實現(xiàn)與試樣夾持模塊I的聯(lián)接。
[0027]水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)具體工作原理:
[0028]通過旋轉(zhuǎn)驅(qū)動手輪33，帶動驅(qū)動絲杠35與之同步轉(zhuǎn)動。通過螺紋的嚙合，驅(qū)動絲杠35將動力傳遞至置于滑軌36上端的滑塊31?；?6協(xié)同其頂端垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)在驅(qū)動絲杠35旋轉(zhuǎn)動力驅(qū)動下，沿著滑軌36做水平直線運(yùn)動。當(dāng)進(jìn)給到適當(dāng)位置時，驅(qū)動手輪33停止轉(zhuǎn)動，滑塊31保持此時位置，完成實驗前的準(zhǔn)備操作。
[0029]垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)具體工作原理:[0030]當(dāng)水平位置固定后，通過旋轉(zhuǎn)手輪45，帶動驅(qū)動絲杠41旋轉(zhuǎn)，通過螺紋滑塊40內(nèi)部螺紋的嚙合以及支撐桿42的限制，螺紋滑塊40將向內(nèi)側(cè)運(yùn)動。通過支撐座43頂端齒輪的嚙合，實現(xiàn)等角度旋轉(zhuǎn)，保證垂直進(jìn)給的平穩(wěn)性。
[0031]通過水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)與垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的相互配合，實現(xiàn)實驗平臺試樣夾持模塊I在X、I方向精確穩(wěn)定的進(jìn)給。
[0032]結(jié)合圖6和7,試樣的位移測試模塊III主要由激光位移傳感器46、信號發(fā)生器、示波器、試樣夾持裝置1、IPMC人工肌肉材料試樣2、支撐肋板、數(shù)據(jù)采集單元、顯示PC及螺釘29組成。利用螺釘29將激光位移傳感器46固定于支撐肋板上，支撐肋板可以移動，調(diào)節(jié)激光位移傳感器46在實驗中的位置。同時，底側(cè)也采用支撐肋板結(jié)構(gòu)，利用螺釘29固定在平臺的左側(cè)，保證了平臺在實驗過程中的剛度及穩(wěn)定性。
[0033]試樣位移測試模塊III具體工作原理:
[0034]IPMC人工肌肉材料試樣2在信號發(fā)生器發(fā)出的脈沖信號響應(yīng)下進(jìn)行擺動，采用非接觸測量的方式，利用固定在支撐肋板上的激光位移傳感器46測量IPMC人工肌肉材料試樣2尖端位移，數(shù)據(jù)經(jīng)由數(shù)據(jù)采集單元數(shù)據(jù)采集卡接收，傳輸給PC，通過數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集軟件LabVIEW進(jìn)行分析與處理，完成位移的測試過程。
[0035]結(jié)合圖6和7，試樣電流測試系統(tǒng)主要由電流傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、顯示PC、實驗電源、IPMC人工肌肉材料試樣2、信號發(fā)生器、示波器、試樣夾持模塊I及進(jìn)給模塊V共同組成。實驗過程中，為了減小傳感器對測量電路產(chǎn)生影響，通常選用霍爾傳感器；數(shù)據(jù)采集單元分為硬件和軟件兩部分:硬件主要是數(shù)據(jù)采集卡等，可以根據(jù)實驗控制的需求選購；軟件通常選用LabVIEW，進(jìn)行處理、分析。
[0036]試樣電流測試系統(tǒng)具體工作原理:
[0037]信號發(fā)生器在實驗中提供控制信號,傳輸給IPMC人工肌肉材料試樣2,根據(jù)不同的通電狀態(tài)下，試樣表面電阻不同，IPMC人工肌肉材料試樣2會產(chǎn)生不同的瞬態(tài)電流，通過電流傳感器對電流獲取并傳輸給數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集卡，利用數(shù)據(jù)采集軟件IabVIEW進(jìn)行處理和分析。
[0038]試樣電阻的測試系統(tǒng)，主要由四探針電阻率測試儀、實驗電源、IPMC人工肌肉材料試樣2、信號發(fā)生器、示波器、試樣夾持模塊I及進(jìn)給模塊V組成。實驗設(shè)備不需設(shè)計，根據(jù)需要直接進(jìn)行購買即可。
[0039]試樣電阻測試系統(tǒng)具體工作原理:
[0040]將四探針電阻率測試儀放于需要測試的IPMC人工肌肉材料試樣2的表面直接對表面電阻進(jìn)行測試，測試結(jié)果數(shù)據(jù)可直接顯示在測試儀屏顯上。
[0041]結(jié)合圖2、3、4、7，試樣楊氏模量測試系統(tǒng)主要由激光位移傳感器46、微力傳感器、實驗電源、IPMC人工肌肉材料試樣2、信號發(fā)生器、不波器、試樣夾持模塊1、進(jìn)給模塊V構(gòu)成。
[0042]試樣楊氏模量測試系統(tǒng)具有工作原理:
[0043]實驗過程中，采用位移測試模塊III和去除拉力放大裝置的拉力測試模塊搭接而成。利用微力傳感器在初始的狀態(tài)下給IPMC人工肌肉材料試樣2施加一個作用力，使用微力傳感器測試出作用力，同時，利用激光位移傳感器46測試出瞬時的位移，兩個測量結(jié)果經(jīng)由數(shù)據(jù)采集單元的數(shù)據(jù)采集卡傳輸給PC，利用數(shù)據(jù)采集單元中的數(shù)據(jù)采集LabVIEW軟件進(jìn)行分析與處理。過程分析時，將IPMC人工肌肉材料試樣2看做矩形懸臂梁的模型，可通過公式S=PL3/3EI計算所求結(jié)果，其中δ表示測力位移，P表示自由尖端作用力，L表示試樣長度，I表示轉(zhuǎn)動慣量，可等效為矩形截面懸臂梁I=bh3/12，其中b表示試樣寬度，h表示試樣厚度，E表示楊氏模量，即為所求值。數(shù)據(jù)的后處理過程中，可在MATLAB定義一個函數(shù)方程，通過輸入函數(shù)矩陣獲取輸出函數(shù)矩陣。
[0044]在實驗室開始前，根據(jù)實驗要求，快速進(jìn)給模塊V中的水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)和垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的手輪33、45來實現(xiàn)IPMC人工肌肉材料試樣在x、y方向的進(jìn)給和定位。將實驗電源、四探針電阻率測試儀、信號發(fā)生器、示波器、數(shù)據(jù)采集單元、顯示PC完成實驗前的調(diào)試。實驗過程中，將制備完成的IPMC人工肌肉材料試樣2通過夾持裝置實現(xiàn)夾緊固定。利用信號發(fā)生器與示波器提供實驗所需脈沖，將其傳遞給IPMC人工肌肉材料試樣2，實現(xiàn)IPMC人工肌肉材料試樣2的擺動。通過激光位移傳感器46獲取IPMC人工肌肉材料試樣的位移信號，利用數(shù)據(jù)采集單元將測試結(jié)果通過PC顯示出來，進(jìn)行分析與處理；在拉力測量過程中，IPMC人工肌肉材料試樣2碰觸輸入軸17的尖端，通過拉力放大裝置將放大后的拉力傳輸給拉力傳感器26，利用數(shù)據(jù)采集單元將測試結(jié)果通過PC顯示出來，進(jìn)行分析與處理；IPMC人工肌肉材料試樣2的角度可利用量角器I進(jìn)行瞬時測量，也可通過攝像設(shè)備進(jìn)行全過程的采集；根據(jù)實驗要求，IPMC人工肌肉材料試樣2的表面電阻可利用四探針電阻率測試儀進(jìn)行測試；在試樣夾持模塊I的金屬電極12處接入的電流傳感器在實驗過程中可以對IPMC人工肌肉材料試樣2表面電流進(jìn)行測試，經(jīng)由數(shù)據(jù)采集單元并通過PC顯示瞬時電流與時間的關(guān)系曲線。
【權(quán)利要求】
1.一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺，其特征是:包括試樣夾持模塊、試樣拉力測試模塊；試樣夾持模塊包括量角器、兩個金屬電極，試樣夾在兩個金屬電極之間，兩個金屬電極的外部分別設(shè)置第一絕緣層和第二絕緣層，第一絕緣層右側(cè)依次設(shè)置移動擋板、推板，移動擋板和推板之間安裝水平光桿，水平光桿上套裝彈簧，推板右側(cè)設(shè)置絲杠底座，絲杠底座里安裝中空的微調(diào)絲杠，推板上設(shè)置通孔，微調(diào)絲杠的左端安裝在推板上的通孔里，當(dāng)微調(diào)絲杠帶動推板向左移動時，水平光桿進(jìn)入微調(diào)絲杠里，微調(diào)絲杠的右端安裝微調(diào)手輪，量角器設(shè)置在試樣的后方，量角器的角度中心位于試樣的下端部；試樣拉力測試模塊包括腔體，腔體的上方開有上通孔，腔體的下方開有下通孔，上通孔里安裝測力輸入軸，上通孔里安裝測力輸出軸，測力輸入軸和測力輸出軸各有一個端部位于腔體里，兩個端部之間安裝中間開有滑槽的平衡滑道導(dǎo)桿，平衡滑道導(dǎo)桿與兩個端部均鉸接，腔體上開有上通孔一側(cè)的內(nèi)壁設(shè)置支點位移顯示盤，該側(cè)對面的內(nèi)壁開有長條孔，平衡支點的一端安裝在滑槽里，另一端通過螺栓安裝在長條孔里，平衡支點的位置可通過滑槽和長條孔調(diào)節(jié)，腔體和拉力傳感器通過各自的支架安裝在拉力底座上，測力輸出軸位于腔體外的端部連接拉力傳感器，測力輸入軸位于腔體外的端部為圓錐狀，圓錐狀的端部與試件接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺，其特征是:試樣夾持模塊、試樣拉力測試模塊均安裝在進(jìn)給模塊上，進(jìn)給模塊包括垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)、水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括支撐座、支撐桿、絲杠、螺紋滑塊、垂直底座，螺紋滑塊內(nèi)部設(shè)置螺紋孔，螺紋滑塊通過螺紋孔安裝在絲杠上并與絲杠相配合，支撐桿的a端為齒輪狀端部，b端與螺紋滑塊鉸接，所述的支撐桿包括四個，螺紋滑塊包括兩個，第一支撐桿和第二支撐桿的a端安裝在支撐座上并相互嚙合，第三支撐桿和第四支撐桿的a端安裝在垂直底座上并相互嚙合，第一支撐桿和第三支撐桿的b端與第一螺紋滑塊鉸接，第二支撐桿和第四支撐桿的b端與第二螺紋滑塊鉸接，絲杠的一端固定有手輪，試樣夾持模塊的絲杠底座固定在支撐座上；水平進(jìn)給機(jī)構(gòu)包括平臺底座，平臺底座里鋪設(shè)滑軌，滑塊安裝在滑軌上，滑塊內(nèi)部設(shè)置螺紋孔，驅(qū)動絲杠安裝在滑塊內(nèi)部并與螺紋孔相配合，驅(qū)動絲杠的一端固定有驅(qū)動手輪，垂直進(jìn)給機(jī)構(gòu)的垂直底座固定在滑塊上，拉力底座固定在平臺底座上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種針對IPMC人工肌肉材料綜合性能測試的實驗平臺，其特征是:還包括試樣位移測試模塊，試樣位移測試模塊包括位移支架、激光位移傳感器，激光位移傳感器通過支撐肋板安裝在位移支架上，支撐肋板可在位移支架上移動。
【文檔編號】G01N3/08GK103439191SQ201310394780
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】趙剛, 孫壯志, 李照遠(yuǎn), 喬東潘, 徐巖, 朱玉敏, 臧東陽, 隋智陽, 郭華君, 劉文博 申請人:哈爾濱工程大學(xué)