用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置。该装置底板上设有带减速器的伺服电机、双向螺杆和滑动导轨，伺服电机输出端与双向螺杆对应端设有一对齿轮副，双向螺杆上两侧分别通过螺母连接着固定支架，固定支架另一端分别通过滑块与滑动导轨配合；两固定支架上分别对应设有夹头，一侧固定支架上设有力传感器；一对夹头之间的底板上设有通光孔，还设有高频率摄像机和计算机。本实用新型专利技术体积小、位移精度高、恒定速度可调节，可以在不同的实验温度下，配套多种光源，高速实时检测材料在拉伸（压缩）过程中力学性能与不同尺度的微观结构对应关系。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及在多种光源下材料拉伸与受压性能的测量
，具体涉及到在高精度位移、不同速率范围以及相应温度条件下测量材料的结构与力学性能的装置。
技术介绍
材料的结构与力学性能的关系是材料科学与工程的研究和应用领域的中心课题。通常，研究人员在常规的拉伸实验机如万能拉力机上检测材料的力学性能。另一方面，通过一些光谱，散射和成像的微观结构表征手段获得结构信息。在分别获得结构和力学性能后，再努力寻找它们之间的关系。由于结构和力学性能检测不是同时原位进行，因此很难获得一个非常明确的对应关系。材料拉伸或压缩等检测是一个动态过程，不同拉伸长度下结构不断发生变化。解决这一问题的办法是将拉伸或压缩等力学测试装置直接安装在微观结构检测的仪器上，在拉伸和压缩等力学性能的测试过程中对原位检测材料不同尺度的微观结构和力学性能进行同时原位检测，直接给出它们的对应关系。与原位不同尺度微观结构检测的仪器连用的力学测试装置必须满足一些基本条件。第一，在拉伸或压缩过程保证微观结构的检测点不变。通常的拉伸或压缩等力学性能测试仪都是单个方向拉伸即固定测试样品的一端，拉伸另一端。这一测试过程中，样品上没有一个固定点供结构测试。两个方向同时等速拉伸过程中样品中心位置不变，是理想的结构检测点。第二，拉伸或压缩装置整体不能太大。商品化微观结构检测仪器的样品台空间都较小，如果力学性能测试装置过大就无法安装在这些仪器上。第三，被拉伸或压缩的样品最好能在可控环境中进行检测，温度控制是其中一个基本的条件。第四，适用于不同的微观结构检测仪器。由于材料的力学性能是由其不同尺度的微观结构决定的，这些结构检测需-->要采用不同的仪器。总结以上四点，我们可以得出材料研究人员需要的是一台体积小、可双向同步拉伸或压缩，温度可控，同步记录样品的几何结构变化，能用于不同微观结构检测仪器上的装置。目前国内没有类似商品化仪器，部分实验有过相应探索，但都有很多缺陷。国际上Gatan，Deben和Linkam等公司有商品化产品。但Gatan，Deben的加热采用夹具加热，Linkam的加热是采用单个加热片，这些加热方式使样品温度不均匀，不适合在较大范围的拉伸。特别对高分子其它软物质而言，均匀加热是必须的。通常拉力机配的是加热炉的方式，通过空气加热，使样品受热均匀。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，本技术提供一种可以在多种光源和相应温度条件下测量材料的拉伸与受压情况，并进行同步结构检测的装置，即用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置。实现上述目的的具体结构如下：用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置包括底板，所述底板上一侧设有带减速器的伺服电机，带减速器的伺服电机输出轴通过联轴器连接着主动齿轮的齿轮轴，与主动齿轮轴平行底板上设有双向螺杆，双向螺杆的一端设有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮配合，双向螺杆上两侧分别通过螺母连接着固定支架，固定支架另一端分别连接着滑块，与滑块对应配合的滑动导轨设于底板上，两固定支架相对的一侧面分别设有夹头，一侧固定支架的另一侧面设有力传感器；一对夹头之间的底板上设有通光孔，通光孔处对应设有光源，与光源对应设有高频率摄像机，高频率摄像机通过导线与计算机连接。所述一对夹头外侧设有可拆卸加热套。所述一侧夹头上设有热电偶。所述减速器为1：100高精度行星齿轮变速器。该装置整体长、宽、高尺寸为24.4×18.2×7cm3。所述光源为钼靶，或X射线，或红外光源。-->本装置采用高精度伺服电机做为位移扫描平台的控制器，前极装有1:100的高精度行星齿轮变速器，这样可以很好的控制扫描平台得到操作要求的位移量，而在材料受力与对应温度采集方面，本装置可以利用Labview软件的编写将高精度伺服电机控制系统、力传感器和温度传感器的控制与采集进行集成化，使本装置在位移及速度控制、温度控制、数据采集(包括拉力或压力采集、温度采集)上达到采样速率快以及数据采样同步实时并可以在线分析的目的(其中力采集可以使用10k/s的高速采集系统)。高精度的特点体现在伺服电机本身的参数为匀速转动范围为1—3000转/分钟、单步转动精度为65536步/转，而采用传动的两个精细齿轮传动比为1:1，精细传动螺杆转速为1.5mm/转，在加上伺服电机前极装有1:100的高精度行星齿轮变速器，当选择伺服电机在1转/分钟的匀速转动时，扫描平台做出500纳米/秒的匀速拉伸或挤压运动。选择伺服电机的单步运转时可以通过调整伺服电机的单步位移大小和单步间隔时间使本装置达到更慢的速度，在电机往复位移运动的过程中，通过设定高精度伺服电机的自身的转动精度，可以使扫描平台达到更为精确的位移与定位。高频率摄像机在线实时记录样品几何形状变化，通过计算机在控制拉伸装置的同时实验人员可以观察被检测样品的形貌，屈服、细颈、断裂等力学行为，拉伸过程中高频率摄像机CCD按设置的频率和暴光时间记录样品的变化情况，以高分辨率的图片格式储存，通过分析软件，得到样品的真应力应变曲线。实现同步高速采样，并可在线分析。本装置可以通过USB接口把高速采集系统与计算机连接，把每一个传感器信号进行运算放大，经过单片机处理后通过指定的端口直接传送给计算机，再由计算机进行数据分析，这样就可以实现多通道数据的同步采集，而不同通道的采样时间由Labview编写的程序进行控制并且可以实时在线的调整采样点，使得采集到的数据更有利于分析与计算。由于可以采用同步高速采样和在线分析系统，本装置可以实时调整拉伸或挤压速度使得压力或拉力在相应的小范围内变化，从而达到恒力拉伸-->或挤压的效果。本技术的有益技术效果是，可实现两个方向同时等速拉伸过程中样品中心位置不变，取得理想的结构检测点；一对夹头外侧设有可拆卸加热套，可实现对被拉伸或压缩样品的温度的调节控制；本装置体积小、位移精度高、恒定速度可调节、可以采用多通道实时数据采集，在不同的光源条件下可以调整实验温度，改变力探测器来实现不同拉伸(压缩)速度和不同的拉伸(压缩)比的情况下在线测量材料的结构变化，从而得到在特定微小位移和不同温度下拉伸(或受压)对材料结构的影响，并纪录材料的力学性能。由于拉伸速率的可控性与稳定性，可以得到在不同温度下以某一恒定的拉伸(压缩)速率进行拉伸时材料的几何形状变化和结构的变化，并纪录其力学特征；也可以调整为对应温度曲线控制下通过拉力反馈而形成的以恒定拉力或压力运动的恒力运动装置，从而测量相应材料的结构和对应力学性能。附图说明图1是本技术结构示意图。图2是本技术装置示意图。图3是本技术测量弹簧拉伸过程受力变化示意图。图4是本技术拉伸速率分别为A：2.93um/s；B：5.87um/s时，非晶硫样品所受拉力随采集点(时间)变化趋势示意图。图5是本技术中文名称(WAXD)在线观测，拉伸速率为2.93um/s时非晶硫的衍射图变化情况。图6是本技术中文名称(SPP)样品在拉伸速率为1.16um/s时的工程应力应变曲线示意图。图7是通过光强分析，得到中文名称(SPP)样品的宽度变化示意图。图8是中文名称(SPP)样品在拉伸过程中的真应力应变曲线示意图。具体实施方式-->下面结合实施例对本技术作进一步地说明。实施例1用于多光源原本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置，其特征在于：　包括底板，所述底板上一侧设有带减速器的伺服电机，　带减速器的伺服电机输出轴通过联轴器连接着主动齿轮的齿轮轴，与主动齿轮轴平行底板上设有双向螺杆，双向螺杆的一端设有从动齿轮 ，从动齿轮与主动齿轮配合，双向螺杆上两侧分别通过螺母连接着固定支架，固定支架另一端分别连接着滑块，与滑块对应配合的滑动导轨设于底板上；　两固定支架相对应的一侧面分别设有夹头，一侧固定支架上设有力传感器；　一对夹头之间的底板上设有 通光孔，通光孔处对应设有光源，与光源对应设有高频率摄像机；　带减速器的伺服电机、高频率摄像机分别通过导线与计算机连接；带减速器的伺服电机通过导线连接着控制箱，控制箱通过导线连接着计算机。

【技术特征摘要】
1、用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置，其特征在于：包括底板，所述底板上一侧设有带减速器的伺服电机，带减速器的伺服电机输出轴通过联轴器连接着主动齿轮的齿轮轴，与主动齿轮轴平行底板上设有双向螺杆，双向螺杆的一端设有从动齿轮，从动齿轮与主动齿轮配合，双向螺杆上两侧分别通过螺母连接着固定支架，固定支架另一端分别连接着滑块，与滑块对应配合的滑动导轨设于底板上；两固定支架相对应的一侧面分别设有夹头，一侧固定支架上设有力传感器；一对夹头之间的底板上设有通光孔，通光孔处对应设有光源，与光源对应设有高频率摄像机；带减速器的伺服电机、高频率摄像机分别通过导线与计算机连接；带减速器的伺服电机通过导线连接着控制箱，控制箱通过导线连接着计算机。2、根据权利要求1所述的用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置，其特征在于：所述一对夹头外侧设有可拆卸加热套。3、根据权利要求2所述的用于多光源原位结构检测的材料拉伸和压缩装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪啸，邵春光，赵佰金，洪义麟，姚传荣，李良彬，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]