本发明专利技术公开了一种磁致伸缩材料性能测试装置和方法，其中测试装置包括主体部件、第一扣件、第二扣件、励磁线圈、励磁线圈龙骨、磁感测量线圈、霍尔探头、电阻应变片、材料测试样件、螺纹锁紧压盖、T型加压杆、压力气体连接管或弹性元件。本发明专利技术采用环氧树脂将励磁线圈、磁感测量线圈、霍尔探头与励磁线圈龙骨固化成一体，通过螺纹连接、螺纹锁紧压盖将测试装置各部件固定在一起，形成稳定的结构。本发明专利技术的测试装置具有体积小、重量轻、一体化、结构稳定的特点，能够安装在振动试验台、冲击试验台上以及放置在温度试验箱中，测试磁致伸缩材料在振动、冲击、温度条件下磁化性能、磁致伸缩性能及温度稳定性。及温度稳定性。及温度稳定性。
【技术实现步骤摘要】
一种磁致伸缩材料性能测试装置及方法
[0001]本申请为申请日：2020年8月6日、申请号：202010782001.1、专利技术创造名称
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一种磁致伸缩材料性能测试装置及方法
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的分案申请。
[0002]本专利技术属于磁测量领域，特别是一种测试磁致伸缩材料在振动、冲击及温度环境下磁性能参数的装置及方法。
技术介绍
[0003]磁致伸缩材料属于一种磁性功能材料，或者说更近似于一种软磁材料。磁致伸缩材料能够被外部磁场磁化，使材料内部的磁化状态发生改变产生磁感，同时材料形状/尺寸发生变化，当外部磁场消除后，材料恢复原状，即磁感减退，形状尺寸恢复或近似恢复到磁化前的状态，这种因外部磁场磁化使材料的磁化状态发生变化导致的材料形状尺寸变化称为
‘
磁致伸缩效应
’
，形状尺寸变化率称为
‘
磁致伸缩系数
’
。描述材料磁化后的磁化状态值称为
‘
磁化强度
’
或
‘
磁感强度
’
，磁感强度表征材料所处的磁化状态。磁感强度与外磁场强度的比值称为材料的磁导率，磁导率也是表示材料易磁化程度的参数，磁导率越大，材料越容易磁化，也就是材料达到相同磁化状态所需的外部磁场强度越小。通常情况下，软磁材料对应力或外部力作用非常敏感，材料存在内应力或受外部力作用时，材料的磁导率会大幅下降，材料的磁化状态也会发生改变。此外，磁性材料的磁性能都与温度有关，随着温度变化，材料的磁性能发生改变，对于磁致伸缩材料来说，随着温度变化，材料的磁致伸缩系数发生改变。磁致伸缩材料是应力敏感、温度敏感性材料，材料的磁致伸缩性能、磁化性能等参数因材料的受力状态、温度环境的不同而不同。
[0004]典型的磁致伸缩材料有稀土铽镝铁超磁致伸缩材料、铁镓大磁致伸缩材料以及具有较大磁致伸缩系数的高饱和磁感强度铁钴钒软磁合金(1J22合金)等，其它具有磁致伸缩效应的材料还有铁铝磁致伸缩合金、铁氧体磁致伸缩材料等。这些材料在外磁场作用下能够产生磁致伸缩应变和力输出现象，是用于驱动器件和声换能器件的重要机电转换材料。其中稀土铽镝铁超磁致伸缩材料、铁镓大磁致伸缩材料具有最大的饱和磁致伸缩系数，分别达到1800ppm、340ppm以上，而其它磁致伸缩材料的饱和磁致伸缩系数在100ppm以下。磁致伸缩材料无论是在静态或动态下使用，都会受到来自预应力、荷载应力及振动冲击产生的交变外力的作用，其中交变外力在实际过程中是随机变化不可控的。振动冲击力来源于磁致伸缩换能器工作时自身结构振动；其次是材料发生伸缩应变，预应力机构中的弹性元件的压缩量变化导致的应力变化；最后是来自换能器工作环境的振动冲击产生的冲击力。因此，考察磁致伸缩材料的性能时，不仅是需要测定材料在固定应力值下的参数，还需要测定材料在振动冲击应力下的性能参数稳定性，即需要在各种冲击、振动环境下测试材料性能参数及参数稳定性指标，为材料应用及设计提供参考数据。除铁氧体磁致伸缩外，其它磁致伸缩材料是属于合金材料，合金材料具有电阻率低的特点，在交流或动态磁场驱动下，因涡流热导致材料温度升高，使材料工作温度点发生变化。此外，磁致伸缩材料工作温度也可
能随应用器件所处工作环境温度发生变化。目前磁致伸缩材料的性能参数都是室温下测定的数据，而磁致伸缩材料属于温度敏感材料，材料的性能会随温度发生变化，特别是一些材料磁结构会随温度发生转变，发生材料易磁化方向、磁有序/无序、铁磁/顺磁转变等现象，导致材料性能发生根本改变。因此，考察磁致伸缩材料的性能时，仅仅测量材料在室温下的磁性能是不够的，还需要测定材料在偏离室温下的性能，需要在模拟温度环境中对材料在不同温度下性能进行测定，确定材料的温度系数或温度稳定性，为材料应用和设计提供参数。
[0005]中国专利技术专利申请号No.201410251901.8公开了一种“磁致伸缩材料参数特性测试装置及其方法”，该专利技术涉及磁致伸缩材料测试时加载在磁致伸缩材料上的预压应力和负载力的分离，并通过调整测试装置中设置的第一调整螺母和第二调整螺母分别对两组碟簧元件的压缩量来调节加载在磁致伸缩材料上的预压应力和负载应力。采用一套激光位移测量系统测试顶杆的位移来测量材料的磁致伸缩系数，顶杆与被测试的磁致伸缩材料联结，磁致伸缩材料在磁场作用下磁化产生沿轴向尺寸变化，推动顶杆位移，顶杆的位移量与材料的磁化形变量相等。该装置中设置有三个磁化线圈、磁致伸缩材料表面设有霍尔传感器和检测线圈，这些设置没有固定机构，在振动冲击环境下会随振动冲击发生震荡，不能实现稳定测量。此外，激光位移测量装置也没有考虑振动环境及振动产生的激光探头与顶杆相对位移对测量影响的问题。此外，在冲击振动环境下，弹性元件(此专利技术装置中采用的是碟簧)受冲击振动作用会发生应力变化，从而改变加载在磁致伸缩材料上的预应力和荷载力，使磁致伸缩材料受力发生变化，所以不能满足材料预设应力稳定的测试条件要求。该专利技术申请没有涉及磁致伸缩材料温度性能测试的问题。
[0006]中国专利技术专利ZL 201410257922.0(CN104062610B)公开了一种
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磁致伸缩材料的磁特性测试装置及检测方法
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，涉及一种在不同预应力下测试磁致伸缩材料磁特性的装置，或称测试测试磁致伸缩材料在不同预应力下的磁特性的装置。该专利技术的装置采用是一种框架结构，通过一个手摇剪式千斤顶对磁致伸缩材料施加轴向压力，并用框架中上、下两个称重传感器测量施加在磁致伸缩材料上的压力，旋转剪式千斤顶的调节丝杠，改变千斤顶的高度，通过框架的限位改变对磁致伸缩材料顶进压力。这种手摇剪式千斤顶的调节丝杠控制精确低，不具有精确调控剪式千斤顶升降高度的功能，因此其应力调节精度低，控制应力稳定能力差。同时，由于采用的是机械框架结构，测试过程中，当磁致伸缩材料磁化发生轴向伸长时，因框架结构限制，磁致伸缩材料受力将增大，当磁致伸缩材料退磁发生轴向缩短或负磁致伸缩系数材料磁化材料缩短时，材料的受力将减小，因此这种机械框架结构和加力方式难于获得稳定的预应力。同时该专利技术的测试装置采用的是分体结构单元通过框架限制组合在一起，不具有稳定的结构，不能放在振动冲击台上开展冲击振动下测试磁致伸缩材料性能稳定性的测试试验。
[0007]中国专利技术专利ZL 201310530487.X(CN103558569B)公开了一种
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磁致伸缩材料磁特性测试仪
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，该专利技术的测试仪包括主测量部件、标准力传感器、应力施加装置和永磁体，其中应力施加装置由顶盖、油缸、油池底座、油池底座上端及穿过油池底座上端与手轮一体的螺杆组成。转动手轮，升降螺杆，限定磁致伸缩棒的机械位置，给油缸中的油加压，使顶盖提升对磁致伸缩材料加压。这个应力施加装置的特征是一台粉末油压压片机。该专利技术的测试仪采用的是机械结构限位和油压压片机加压的方式对磁致伸缩材料进行加压测试材料的
磁特性。由于压片机中油介质是不可压缩的，以及转动手轮及升降螺杆的机械限位，施加压力后本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种磁致伸缩材料磁性能测试装置，包括励磁线圈(2)、励磁线圈龙骨(3)、磁感测量线圈(4)、霍尔探头(5)和电阻应变片(6)，在励磁线圈龙骨(3)中心放置材料测试样件(7)，电阻应变片(6)粘贴在材料测试样件(7)表面，其特征在于：该测试装置(16)还包括：带安装底座的主体部件(1)、T型加压杆(9)、第一扣件(11)、第二扣件(13)；主体部件(1)为具有上端开口的管状空腔，空腔内的螺纹锁紧压盖(8)将空腔分为上部和下部，上部与第一扣件(11)连接，下部用于容纳材料测试样件(7)、励磁线圈龙骨(3)、励磁线圈(2)、磁感测量线圈(4)及霍尔探头(5)，材料测试样件(7)下端面与主体部件(1)内底部形成端面面接触；第一扣件(11)、第二扣件(13)为具有孔腔的台阶型圆台型件；所述主体部件(1)与第一扣件、第二扣件为如下可拆卸的刚性连接：第一扣件(11)下端与主体部件(1)上部连接，第二扣件(13)下端与第一扣件(11)上端连接；第一扣件(11)与第二扣件(13)之间有静态密封，第一扣件(11)与第二扣件(13)之间形成圆柱形空腔(11
‑
1)；圆柱形空腔(11
‑
1)内有弹性元件(14)，用于给T型加压杆(9)施加压力；T型加压杆(9)一端为圆台、一端为圆杆，圆台侧面有环形凹槽，T型加压杆(9)安置在圆柱形空腔(11
‑
1)内，安置在环形凹槽中的第一密封圈(10)与圆柱形空腔(11
‑
1)侧壁形成滑动密封；圆杆穿过第一扣件(11)下端底面和锁紧盖(8)抵触在材料测试样件(7)的上端面；励磁线圈(2)、磁感测量线圈(4)、霍尔探头(5)与励磁线圈龙骨(3)由环氧树脂固化成一体；该测试装置安装在冲击试验台、振动试验台上或温度环境试验箱中，用于测量材料在冲击、振动、温度环境下的磁性能、磁致伸缩性能及温度性能。2.根据权利要求1所述的磁致伸缩材料磁性能测试装置，其特征在于：主体部件(1)的下部为圆盘式底座(1
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2)，圆盘式底座(1
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2)上有对称均布的、与主体部件中心距离相等的安装孔(1
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1)，通过螺母、螺杆将测试装置(16)固定在振动试验台或冲击试验台上。3.根据权利要求1所述的磁致伸缩材料磁性能测试装置，其特征在于：励磁线圈(2)绕制在励磁线圈龙骨(3)外侧，并用环氧树脂将励磁线圈(2)与励磁线圈龙骨(3)固化成一体；磁感测量线圈(4)及霍尔探头(5)镶嵌固定在励磁线圈龙骨(3)内侧，采用环氧树脂将磁感测量线圈(4)、霍尔探头(5)与励磁线圈龙骨(3)固化成一体。4.根据权利要求1所述的磁致伸缩材料磁性能测试装置，其特征在于：所述第一扣件(11)为有台阶的圆台件，中心为侧壁光滑的圆柱形空腔(11
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1)，直径大的一端为上端，上端有第一扣件内螺纹(11
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3)，上端顶面有安放第二密封圈(12)的环形凹槽；直径小的一端为下端，下端有第一扣件外螺纹(11
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2)，下端底面中心有一圆形通孔，通孔的直径小于圆柱型空腔直径；第二扣件(13)为有台阶的圆台件，第二扣件中心有同心孔，直径小的一端为下端，下端的外侧有第二扣件外螺纹(13
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1)，直径大的一端为上端。5.根据权利要求1所...
【专利技术属性】
技术研发人员：张洪平，牟星，程超，赵栋梁，祁焱，徐立红，郭世海，
申请(专利权)人：钢铁研究总院，
类型：发明
国别省市：
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