[发明专利]一种微区内耗测量仪及其控制方法

说明书

技术领域

 本发明涉及测量仪器技术领域，更具体地，涉及一种微区内耗测量仪。

背景技术

目前，微区中的电、磁、光学性能，微区形貌等的表征，已有很成熟的方法，例如各型扫描探针显微镜（SPM）。但是微区力学谱表征方法这一领域还是一片空白。力学谱具有其他方法所不可替代的特点，它是通过应变对应力的位相滞后得到材料的能量耗散(内耗)，以此来研究材料的微观机制，对与力学量耦合的各种参量变化的响应强、灵敏度高，能得到精确的测量结果及过程的激活能。大块试样力学谱方法的缺点也显而易见，那就是宏观现象虽然丰富，但它是一个统计平均的结果，且其微观机制不清，真正获得广泛接受的微观机制不多。

微结构中微区性能的表征是发展新材料、提高材料性能的重要手段。因此，发展微区性能的新表征方法具既有重要的科学意义，又具有重要的应用价值。

发明内容

[0003] 本发明解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能够测量材料微区性能、获得材料各微区的弛豫或相变特征的微区内耗测量仪。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种微区内耗测量仪，用于测量试样的微区内耗值，包括加热测试系统和控制系统，所述加热测试系统包括加热平台、摆杆和两个电磁驱动线圈；所述加热平台为一具有内腔的盒状结构，加热平台的顶面设有正对试样的窗口；所述加热平台内设有固定机构，测试时，试样一端连接在所述固定机构上，另一端连接摆杆，摆杆另一端从加热平台伸出后连接在一轻质弹簧上，所述轻质弹簧另一端固定，所述摆杆可在水平面上自由振动；所述固定夹头、试样、摆杆和轻质弹簧连接在一水平直线上；所述两个电磁驱动线圈设于加热平台外，并分别设于所述摆杆两侧，两个电磁驱动线圈的中心连线在水平面上并与摆杆垂直；所述摆杆上设有永久磁铁，所述永久磁铁的南北极处于两个电磁驱动线圈的中心连线上； 

所述控制系统包括信号发生器、光学显微镜、高速照相机、模/数转换器、计算机系统和加热平台控温器，模/数转换器分别与信号发生器、高速照相机以及计算机系统连接，加热平台控温器连接于计算机系统和加热平台上；信号发生器和高速照相机通过模/数转换器由计算机系统控制，信号发生器与两个电磁驱动线圈连接；所述光学显微镜位于加热平台的石英玻璃窗口的正上方，高速照相机通过光学显微镜接收来自石英玻璃窗口下试样的显微图像并传送给计算机系统。

本发明的微区内耗测量仪能够测量材料的微区性能，通过特别设计的加热测试系统，可带动试样在控制系统的信号驱动下水平振动，从而得到试样各微区的弛豫或相变特征，由此可以探索这些材料中相和界面等对材料的性能的影响，为微结构和性能之间关系的研究提供新的研究工具。

一种上述的微区内耗测量仪的控制方法，包括如下步骤：

S1.将试样两端分别和摆杆、固定机构连接；

S2.由计算机系统控制加热平台温控器将加热平台加热至设定温度；

S3.信号发生器输出正弦波信号至两个电磁驱动线圈以激励永久磁铁振动，该正弦波信号作为试样的应力信号输入到模/数转换器，永久磁铁带动摆杆水平振动，此时试样也跟随摆杆振动；高速照相机通过光学显微镜拍摄照片直接传送给计算机系统而存储，作为试样的应变信号的数据来源；信号发生器和高速照相机通过模/数转换器由计算机系统控制同时取样；

S4.在获得的照片上选取标志点，通过计算机系统得到一系列照片上该标志点的轨迹坐标，作为试样在该微区的应变信号，进而得到试样该微区在该设定温度下的内耗值。

进一步的，所述模/数转换器为模/数多功能卡。

进一步的，模/数多功能卡的取样速度远大于高速照相机的拍摄速度。这样可以尽量利用高速照相机的拍摄速度，保证高速照相机的拍摄均由模/数多功能卡控制取样。因为高速照相机的拍摄速度越高，一个周期内取样的数目越多，测试的精确度越高。

进一步的，所述加热平台是一个扁平状的盒子。这样可以将试样基本处于一个密闭的空间里，试样的运动较少受到外界环境干扰，增加测试准确度。

进一步的，所述加热平台上的窗口为石英玻璃窗口。因为石英玻璃具有耐高温、硬度大、膨胀系数低、化学性质稳定、电绝缘性能良好和不易损坏等优点，可以耐受加热平台的高温，给本发明的微区内耗测量仪提供更宽的测量范围。

进一步的，本发明的微区内耗测量仪还包括测试架，所述加热平台和轻质弹簧固定在测试架上。