一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括：熱場裝置、力場裝置、磁電耦合發(fā)生裝置、磁電信號接收裝置；熱場裝置，包括油浴加熱部件、溫度檢測部件；力場裝置，包括力加載部件、力檢測部件；磁電耦合發(fā)生裝置，包括偏磁場發(fā)生及檢測部件、交流信號提供部件；將磁電材料放置在力加載部件的中央后，將整個(gè)熱場裝置、力場裝置放置在偏磁場發(fā)生及檢測部件的兩個(gè)極頭之間，磁電材料在不同溫度、應(yīng)力作用下由于磁電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號或磁信號由磁電信號接收裝置接收并存儲。本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)磁力熱電多場耦合下的磁電效應(yīng)，熱場施加更加均勻，力場施加范圍更寬，并且結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及磁電層合材料在磁-力-熱-電多場耦合下磁電效應(yīng)的測量裝置，包括正磁電效應(yīng)和逆磁電效應(yīng)。
【背景技術(shù)】
[0002 ] 磁電效應(yīng)是對于磁場產(chǎn)生的電響應(yīng)或是對于電場產(chǎn)生的磁響應(yīng)，而產(chǎn)生磁電效應(yīng)的材料必須能夠同時(shí)兼?zhèn)滂F磁性和鐵電性，即磁電材料。如今，磁電層合材料因其具有較大的磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)而成為常用的磁電材料，此類層合材料中的超磁致伸縮材料對溫度、磁場、應(yīng)力非常敏感，從而導(dǎo)致層合材料的磁電效應(yīng)也對溫度、磁場、應(yīng)力非常敏感。此外，磁電層合材料因常被用作傳感器、換能器、存儲器等而工作在不同的物理場下，包括溫度場、應(yīng)力場、磁場，這樣磁電層合材料隨溫度、應(yīng)力、磁場變化的實(shí)驗(yàn)研究就變得十分重要了。
[0003]目前，現(xiàn)有的研究磁電材料多場耦合的實(shí)驗(yàn)條件大多成本昂貴，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不能根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)加力的大小，也不能實(shí)現(xiàn)較大力場耦合，例如現(xiàn)有技術(shù)專利申請201410400335.2就無法實(shí)現(xiàn)更大的力場耦合，現(xiàn)有技術(shù)專利申請200610150643.X施力裝置太過復(fù)雜不易搭建。另外，現(xiàn)存熱場耦合設(shè)備裝置較大，不容易自行搭建或不能均勻加熱。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了從簡單易行、易搭建的角度實(shí)現(xiàn)磁-力-熱-電多場耦合條件下的磁電效應(yīng)，解決實(shí)驗(yàn)平臺復(fù)雜難搭建且不能靈活調(diào)控的難題，本實(shí)用新型提出了一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0006]一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，包括:
[0007]熱場裝置、力場裝置、磁電耦合發(fā)生裝置、磁電信號接收裝置；
[0008]所述熱場裝置，包括油浴加熱部件、溫度檢測部件；
[0009]所述力場裝置，包括力加載部件、力檢測部件；
[0010]所述磁電耦合發(fā)生裝置，包括偏磁場發(fā)生及檢測部件、交流信號提供部件；
[0011]所述磁電信號接收裝置，包括信號放大部件和信號存儲部件，信號放大部件將信號輸出到存儲部件進(jìn)行存儲；
[0012]將磁電材料放置在力加載部件的中央后，將整個(gè)熱場裝置、力場裝置放置在所述偏磁場發(fā)生及檢測部件的兩個(gè)極頭之間，磁電材料在不同溫度、應(yīng)力作用下由于磁電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號或磁信號由磁電信號接收裝置接收并存儲。
[0013]所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，用于測量正磁電效應(yīng)時(shí)，所述磁電耦合發(fā)生裝置進(jìn)一步包括亥姆赫茲線圈，交流信號提供部件連接亥姆赫茲線圈提供交流磁信號，磁電材料因磁電效應(yīng)產(chǎn)生電信號并輸出到與之連接的信號放大部件。
[0014]所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，用于測量逆磁電效應(yīng)時(shí)，所述信號接收裝置進(jìn)一步包括纏繞在磁電材料上的拾壓線圈，交流信號提供部件與磁電材料相連用以提供電信號，拾壓線圈將磁電材料因磁化改變而產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號并輸出到與之連接的信號放大部件。
[0015]所述油浴加熱部件包括油浴槽、陶瓷氧化鋁加熱管，將陶瓷氧化鋁加熱管放入油浴槽中;溫度檢測部件包括溫控儀、黃銅探頭。
[0016]所述力加載部件包括銅制壓簧、尼龍螺絲、固定尼龍螺母、尼龍擋板、尼龍支撐臺，在尼龍支撐臺上，將銅制壓簧套在尼龍螺絲上，使得固定尼龍螺母每旋緊一圈，彈簧進(jìn)行壓縮，推動尼龍擋板的相對位置發(fā)生變化，從而擠壓擋板間的磁電材料使之受到壓力，通過力檢測部件接收并讀出所受應(yīng)力大小。
[0017]所述尼龍支撐臺的高度保證磁電材料處在兩個(gè)磁場極頭的正中間;所述支撐臺上還設(shè)有滑槽，用于固定尼龍擋板并供尼龍擋板自由滑動。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:
[0019]—方面，該裝置可以實(shí)現(xiàn)溫度場、力場、磁場多場耦合下磁電效應(yīng)的測量。使用硅油油浴加熱可使磁電材料受熱更均勻并維持在一定溫度保持不變;施力裝置可以通過胡克定律結(jié)合螺紋間距和彈簧特性來計(jì)算出力的大小，另外力檢測裝置中的應(yīng)變儀也可監(jiān)控材料受到的應(yīng)變，從而能夠精確地測量應(yīng)力對磁電效應(yīng)的影響。另一方面，該裝置成本較低，結(jié)構(gòu)緊湊，易于制造，容易實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0020]下面通過附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步地說明:
[0021 ]圖1為本實(shí)用新型裝置的示意圖；
[0022]圖2為熱場裝置的不意圖；
[0023]圖3為力場裝置的示意圖；
[0024]圖4為力加載部件的支撐臺和擋板的細(xì)節(jié)示意圖；
[0025]圖5為測試磁電材料及力檢測部件的示意圖；
[0026]圖6為磁-力-熱-電裝置的俯視圖。
[0027]圖中，1、熱場裝置，2、力場裝置，3、磁電耦合發(fā)生裝置，4、磁電信號接收裝置，5、磁電材料，11、油浴加熱部件，12、溫度檢測部件，21、力加載部件，22、力檢測部件，31、偏磁場發(fā)生及檢測部件，32、交流信號提供部件，33、亥姆赫茲線圈，41、信號放大部件，42、信號存儲部件，43、拾壓線圈，111、油浴槽，112、油浴槽底座，113、陶瓷氧化鋁加熱管，121、黃銅探頭，122、溫控儀，211、銅制壓簧，212、尼龍螺絲，213、固定尼龍螺母，214、尼龍擋板，215、尼龍支撐臺，216、材料放置處，217、滑槽；
[0028]圖中虛線表示分別測量正、逆磁電效應(yīng)時(shí)增減的部件及連線。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將通過實(shí)施例結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的磁-力-熱-電耦合系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。
實(shí)施例
[0030]本實(shí)用新型提供了一種能夠測量磁電結(jié)構(gòu)在多物理場下磁-力-熱-電耦合效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，其主要包括:熱場裝置1、力場裝置2、磁電耦合發(fā)生裝置3、磁電信號接收裝置4。
[0031]所述熱場裝置I如圖1、2所示，包括油浴加熱部件11、溫度檢測部件12，油浴加熱裝置包括油浴槽111、陶瓷氧化鋁加熱管113，這里油浴槽底座112是為了固定油浴槽以使油浴槽穩(wěn)定放置在偏磁場發(fā)生部件的兩個(gè)極頭之間。將陶瓷氧化鋁加熱管113放入油浴槽111中，達(dá)到給硅油升溫的目的，從而使磁電材料5工作在不同的環(huán)境溫度下，其中陶瓷氧化鋁加熱管113的大小、數(shù)量可根據(jù)實(shí)際加熱所需的溫度和速度來自行增減;溫度控制裝置包括黃銅探頭121、溫控儀122，黃銅探頭121放置在硅油中實(shí)時(shí)測量溫度并由溫控儀122顯示，達(dá)到預(yù)定溫度后自動斷開陶瓷氧化鋁加熱管113，否則陶瓷氧化鋁加熱管113繼續(xù)加熱硅油。
[0032]所述力場裝置2如圖1、圖3-5所示，包括力加載部件21、力檢測部件22;力加載部件包括銅制壓簧211、尼龍螺絲212、固定尼龍螺母213、尼龍擋板214、尼龍支撐臺215。將銅制壓簧211套在尼龍螺絲212上，連同尼龍擋板214—起放在尼龍支撐臺215上(尼龍支撐臺和擋板細(xì)節(jié)如圖4所示)，按圖3結(jié)構(gòu)組合在一起，將磁電材料5連接力檢測部件22并放入圖3所示的216處，使得固定尼龍螺母213每旋緊一圈，彈簧211進(jìn)行壓縮，推動尼龍擋板214的相對位置發(fā)生變化，從而擠壓擋板214間的磁電材料5使之受到壓力。該壓力通過粘貼在磁電材料5上的應(yīng)變片被應(yīng)變儀接收并讀出所受應(yīng)力大小，即形成力檢測部件22如圖5所示。另外，圖4中尼龍支撐臺215的高度應(yīng)保證磁電材料5剛好處在兩個(gè)磁場極頭的正中間，支撐臺215上還設(shè)有滑槽217，其目的在于固定尼龍擋板214并保證擋板自由滑動；尼龍擋板上的圓孔用于插入尼龍螺絲212，擋板上的圓孔直徑和數(shù)量、尼龍螺絲直徑和數(shù)量以及彈簧剛度、內(nèi)徑和數(shù)量均可根據(jù)實(shí)際操作和具體加力大小任意選擇。
[0033]所述磁電耦合發(fā)生裝置3如圖1、圖6所示，包括偏磁場發(fā)生及檢測部件31、交流信號提供部件32，偏磁場發(fā)生及檢測部件31由電磁場提供直流偏磁場并將高斯計(jì)的高斯探頭放置在電磁場的兩個(gè)極頭中間實(shí)時(shí)檢測磁場強(qiáng)度。
[0034]所述磁電信號接收裝置4，包括信號放大部件41和信號存儲部件42，其中信號放大部件41將信號輸出到存儲部件42進(jìn)行存儲。
[0035]將磁電材料5放置在力加載部件21的中央即216處后，將整個(gè)熱場裝置1、力場裝置2放置在所述偏磁場發(fā)生部件的兩個(gè)極頭之間。這樣，磁電材料在不同溫度、應(yīng)力作用下由于磁電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號或磁信號由磁電信號接收裝置接收并存儲，從而形成磁電材料的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置。
[0036]所述磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，用于測量正磁電效應(yīng)時(shí)，所述磁電耦合發(fā)生裝置3進(jìn)一步包括亥姆赫茲線圈33，交流信號提供部件32連接亥姆赫茲線圈33提供交流磁信號，磁電材料5因磁電效應(yīng)產(chǎn)生電信號并輸出到與之連接的信號放大部件41;用于測量逆磁電效應(yīng)時(shí)，所述亥姆赫茲線圈33拆除，所述磁電信號接收裝置4進(jìn)一步包括纏繞在磁電材料5上的拾壓線圈43，拾壓線圈43將磁電材料5因磁化改變而產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號并輸出到與之連接的信號放大部件41，而交流信號提供部件32與磁電材料5相連用以提供交流電信號。
[0037]進(jìn)一步，具體測量磁電材料的磁-力-熱-電耦合效應(yīng)的具體實(shí)施步驟如下:
[0038]第一步，將應(yīng)變片粘貼在磁電材料5上并連接到應(yīng)變儀。之后若是測量正磁電耦合效應(yīng)則將亥姆赫茲線圈33裝在油浴槽111兩側(cè)，若是測量逆磁電耦合效應(yīng)則將拾壓線圈43直接纏繞在磁電材料5上。
[0039]第二步，將尼龍擋板214固定在支撐臺215的滑槽217之內(nèi)，隨后將銅制壓簧211套在尼龍螺絲212上，并按照圖3所示方式用固定尼龍螺母213將其固定在擋板214上。將所測材料5放入圖3所示216的位置，即滑槽末端的擋板和中間檔板之間，利用滑槽217和螺母213調(diào)節(jié)擋板214之間的距離，使銅制壓簧211在自由狀態(tài)時(shí)磁電材料5與擋板214剛好自由接觸。
[0040]第三步，將組合好的力場裝置2和所測磁電材料5—同放入油浴槽111中，使之剛好固定在槽底部的四根螺柱上。將裝有力加載裝置21的油浴槽111固定在油浴槽底座112上，并固定在偏磁場發(fā)生及檢測部件31的兩個(gè)極頭之間。調(diào)節(jié)極頭距離至最優(yōu)，通過高斯計(jì)監(jiān)測兩磁頭間的磁場大小。
[0041 ]第四步，將陶瓷氧化鋁加熱管113和黃銅探頭121放入油浴槽111內(nèi)，并與溫控儀122相連。
[0042]第五步，若測量正磁電效應(yīng)則將交流信號提供部件32與亥姆赫茲線圈33相連，磁電材料33輸出的電信號由信號放大部件41接收并輸出到信號存儲部件42進(jìn)行存儲;若測量逆磁電系數(shù)則將交流信號提供部件32輸出的電信號直接加載在材料5上，拆除亥姆赫茲線圈33，輸出的磁信號由拾壓線圈43接收并輸出到信號放大部件41再通過信號存儲部件42進(jìn)行存儲。
[0043]上述實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方案，其附圖所示的壓簧、螺絲、加熱管、擋板等的尺寸及數(shù)量均是為了便于描述本實(shí)用新型，并不作為對本實(shí)用新型的限制。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所做的任何改進(jìn)都需列入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，包括: 熱場裝置、力場裝置、磁電耦合發(fā)生裝置、磁電信號接收裝置； 所述熱場裝置，包括油浴加熱部件、溫度檢測部件； 所述力場裝置，包括力加載部件、力檢測部件； 所述磁電耦合發(fā)生裝置，包括偏磁場發(fā)生及檢測部件、交流信號提供部件； 所述磁電信號接收裝置，包括信號放大部件和信號存儲部件，信號放大部件將信號輸出到存儲部件進(jìn)行存儲； 將磁電材料放置在力加載部件的中央后，將整個(gè)熱場裝置、力場裝置放置在所述偏磁場發(fā)生及檢測部件的兩個(gè)極頭之間，磁電材料在不同溫度、應(yīng)力作用下由于磁電效應(yīng)產(chǎn)生的電信號或磁信號由磁電信號接收裝置接收并存儲。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，用于測量正磁電效應(yīng)時(shí)，所述磁電耦合發(fā)生裝置進(jìn)一步包括亥姆赫茲線圈，交流信號提供部件連接亥姆赫茲線圈提供交流磁信號，磁電材料因磁電效應(yīng)產(chǎn)生電信號并輸出到與之連接的信號放大部件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，用于測量逆磁電效應(yīng)時(shí)，所述信號接收裝置進(jìn)一步包括纏繞在磁電材料上的拾壓線圈，交流信號提供部件與磁電材料相連用以提供電信號，拾壓線圈將磁電材料因磁化改變而產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電信號并輸出到與之連接的信號放大部件。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述油浴加熱部件包括油浴槽、陶瓷氧化鋁加熱管，將陶瓷氧化鋁加熱管放入油浴槽中；溫度檢測部件包括溫控儀、黃銅探頭。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述力加載部件包括銅制壓簧、尼龍螺絲、固定尼龍螺母、尼龍擋板、尼龍支撐臺，在尼龍支撐臺上，將銅制壓簧套在尼龍螺絲上，使得固定尼龍螺母每旋緊一圈，彈簧進(jìn)行壓縮，推動尼龍擋板的相對位置發(fā)生變化，從而擠壓擋板間的磁電材料使之受到壓力，通過力檢測部件接收并讀出所受應(yīng)力大小。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁力熱電耦合加載實(shí)驗(yàn)裝置，其特征在于，所述尼龍支撐臺的高度保證磁電材料處在兩個(gè)磁場極頭的正中間；所述支撐臺上還設(shè)有滑槽，用于固定尼龍擋板并供尼龍擋板自由滑動。
【文檔編號】G01N27/72GK205449699SQ201620220735
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】劉慧 , 周浩淼
【申請人】中國計(jì)量學(xué)院