音频内耗自动化测量系统技术方案

音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机；机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上与被测品夹持位置对应设有激励电极、接收电极；激励电极、接收电极与被测品构成电容ａ和ｂ，被测品接地良好；频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪；音频内耗仪的激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号输出到计算机；计算机控制音频内耗仪的激励信号输出。测量方法是安装样品，先调节激励信号的频率，然后扫描，检测相应的振动振幅；在被测品共振达到最大振幅时短路掉激励信号，同时开始同步采集衰减数据，算出当前内耗值；如所述步骤循环进行测量，最终得到所需的随温度变化的复杨式模量谱。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于物理景测量领域，主要涉及固体材料的音频范围复杨氏模量(复杨氏模量的虚部 传统上称为内耗，下文基本用内耗这种说法代替复杨氏模量)的测量，具体是一套完善的自动化 测量样品音频范围内耗谱的整合装置，以及该装置的测量方法。
技术介绍
物理学上，普遍使用力学谱来研究固体材料的相变和微观单元如点缺陷、位错、晶界、畴界 的弛豫行为。所谓力学谱，也就是指复模量对于温度和频率的变化关系。这里的复模量一般包括 复剪切模量和复杨氏模量。对于复剪切模量，通常使用低频扭摆实验方法来测量，频率范围一般 在0.01-10赫兹；对于复杨氏模量，通常使用音频单端或双端簧振动实验方法，采用不同节点数的 振动模式来测量，音频频率范围在0.1-20千赫。还有就是兆赫频率的超声衰减和声速实验方法。 本专利技术涉及的是音频范围复杨氏模量的测量。对于音频范围复杨氏模量的测量(一般又称其为音 频内耗的测量)，通常采用两节点(节点即为振动中振幅恒为O的点)的振动模式作为测量状态， 如附图4。对于两节点模式可由振动方程理论算得两节点分别到对应近端的距离约是0.224乘以试样的长度。设复杨氏模量K-《由理论可推导得上式中的(O,即是样品的共振频率，g,即为内耗值，乂为和样品尺寸密度相关计算得出的常量，对确定的样品其值在变温过程中可视为不变(该值具体计算可参阅内耗文献，这里不再冗 述)。由此可见，测量复杨氏模量随温度变化的力学谱，即是测量共振频率值和内耗值随温度变 化的情况。所谓材料的内耗，就是指一个处于振动状态的物体，即使置于真空之中，也会因其振 动能逐渐转换为热能而使振动状态逐渐衰减的现象。对于材料在某个温度下内耗值的测量， 一般 采用自由衰减法。振片处于真空中(排除空气阻力的影响)，当振片一端的策动力去除后，振片 的振动就开始自由衰减，见附图5。衰减满足J(0 = 4>exp(_/QW) , j(f)代表振幅随时间的变化，S为衰减过程中不随时间变化的常量。y\『并且有込—、^^"-S/冗，A『为相邻振动能量的衰减值，『鹏为初始最大振动能量。由上面的式子可以很明显看出，只要记录下自由衰减过程中振幅随时间的变化数据，就可 以计算出内耗的大小。总之，如果要实现音频内耗的自动化测量，关键在于要设计出合理的机械振动夹具和测量 电路，让该电路能在计算机程序的控制下完成自动化的测量过程。在本系统专利技术前，国内还没有 成熟可推广的音频内耗自动化测量系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就是提供一套操作简单、整合度高、稳定性高的固体音频内耗自动化测量系 统。运用该测量系统可自动测量记录固体样品随温度变化的内耗值(也可以同时记录共振频率， 其对应于杨式模量的实部)。为了实现自动化测量音频内耗的目的，本专利技术提出了一种音频内耗自动化测量系统，具体技 术方案如下一种音频内耗自动化测量系统，包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机； 机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上，与被测品夹持位置对应设有激励电极和接收电极;所述激励电极与被测品构成电容a,被测品通过在该电容a两极所成电场内受力产生振动；所述 接收电极与被测品之间构成电容b，该电容b两极间距因被测品振幅的变化而变化，该变化产生 振幅电信号；所述被测品接地良好；频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪的信号输入端；该信号经音频内耗仪处理，通过音 频内耗仪的激励头输出激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振 幅电信号经处理后经A/D转换后输出到计算机的输入端；计算机的控制信号输出端通过D/A转换连接所述音频内耗仪的激励信号控制端。所述机械夹具采用两根双股的金属细丝对节点进行夹持；两根双股的金属细丝平行设在节点 对应位置，用以夹持被测品。在两节点对应位置分别设有两对平行的支持柱1、 2和支持柱3、 4, 支持柱l、 2、 3、 4内设有打通的管道，所述金属细丝依次穿过支持柱1、 2、 3、 4内的管道；所 述金属细丝的头尾两端由弹簧钩住；所述的支持柱1、 2和/或支持柱3、 4设在滑轨上，使支持 柱l、 2与支持柱3、 4的间距可调；所述激励头上的电极和拾振头的电极设在可以自由调节的底 座上。所述金属细丝是一定温度下形态稳定的金属细丝。选用的金属细丝在保证合适强度和韧性 的前提下越细越好，以便减少对样品振动的影响，例如该金属细丝选用镍铬细丝或不锈钢细丝， 以及未来可能出现的其它材料。所述密闭容器内设有加热装置、感温装置；在容器上设有细管，该细管的长度和管径可以根 据实际需要改变。例如细管的管径取15毫米，细管的长度取60厘米；所述加热装置连接有控温装 置；所述机械夹具、加热装置和感温装置与外部电路的连接线缆设在所述细管内；所述密闭容器 还通过所述细管连接真空机组。所述音频内耗仪包括信号激励信号处理电路和振幅电信号处理电路所述激励信号处理电路包括音频功率放大器、直流稳压电源、受控短路激励电路；音频功率 放大器把接收到的频率综合仪的激励信号放大后，再经直流稳压电源叠加直流电压后输出到激励 头；受控短路激励电路的控制端接收计算机的控制信号，受控短路激励电路的输出端连接直流稳 压电源的输出端；所述振幅电信号处理电路包括基极电流耦合电路、选频放大电路、精密线型检波器件；所述 振幅电信号经拾振头输出到基极电流耦合电路，再经选频放大电路虑波，放大有效信号得到的信 号输出到精密线型检波器件，信号被检出最大振幅的直:流电压信号输出经A/D转换后输出到计算 机的输入端；所述激励信号处理电路中，在音频功率放大器和直流稳压电源之间还连接激励电压表； 所述接收信号处理电路的经选频放大电路放大的信号还有一路输出到示波器的输入端； 所述音频内耗仪还包括温度信号处理电路，该电路包括直流mV放大电路，直流mV放大电 路的输入端连接所述感温装置，直流mV放大电路把感温装置(例如温差热电偶)输入信号放大 后，输出测温电压信号，该测温电压信号经A/D转换后输出到计算机的输入端。所述直流稳压电源叠加的直流电压范围是200伏至300伏， 一般釆用200V即可。所述系统的测量方法，步骤是，安装调试好样品后，先手动调节激励信号的频率，并观察振 幅变化以确定样品的共振频率值(该频率只是粗略值,精度要求不高)。然后即可由程序控制在以 该共振频率为中心并且宽度为几个Hz或十几个Hz的频率范围内以合适频率跨度来改变频率进行 扫描，检测相应的振动振幅，经过处理得到振幅极大值时对应的精确共振频率(误差一般小于 :t0.1Hz);共振频率确定后，则在被测品共振达到最大振幅时短路掉激励信号，此时被测品的振 动开始自由衰减，同时开始同步采集衰减数据，算出当前内耗值；计算内耗值的大概原理是:计 算机采集的是几千个衰减过程中的幅度值，对这些幅度值取对数然后进行直线拟合，拟合出的直 线斜率值再根据自由衰减的公式处理即得内耗值。如上述步骤循环进行测量，最终得到所需的随温度变化的复杨式模量谱。由于现有技术中频率综合仪输出频率多为可计算机编程控制的，所以可以参照频率综合仪的 说明书编写频率综合仪输出频率控制程序，以及确定计算机和频率综合仪之间连接方法。本系统设计原理以及有益效果如下A) 系统的机械夹具部分。本系统测量内耗采用的是双端音频簧振动法，本系统做了特别改进。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种音频内耗自动化测量系统，其特征是包括机械夹具、音频内耗仪、频率综合仪和计算机；机械夹具设在密闭容器内，在机械夹具上，与被测品夹持位置对应设有激励电极和接收电极；所述激励电极与被测品构成电容ａ，被测品通过在该电容ａ两极所成电场内受力产生振动；所述接收电极与被测品之间构成电容ｂ，该电容ｂ两极间距因被测品振幅的变化而变化，该变化产生振幅电信号；所述被测品接地良好；频率综合仪的激励信号输出到音频内耗仪的信号输入端；该信号经音频内耗仪处理，通过音频内耗仪的激励头输出；激励头连接激励电极；音频内耗仪的拾振头连接接收电极，接收到的振幅电信号经处理后经Ａ／Ｄ转换后输出到计算机的输入端；计算机的控制信号输出端通过Ｄ／Ａ转换连接所述音频内耗仪的激励信号控制端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨震，张亮，朱劲松，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]