[实用新型]强磁场环境下力‑电耦合加载与非接触式光测变形系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及超导材料性能测试领域，具体的涉及强磁场环境下力-电耦合加载与非接触式光测变形系统。

背景技术

超导现象作为20世纪的最伟大的发现之一，具有非常广阔的应用前景。基于迈斯纳效应、零电阻等优越特性而在高新工程与技术领域表现出诱人的应用潜力。超导材料(高温、低温)就是基于这些优越特性发展起来的，如今，超导材料已经被广泛的运用到超导磁体的制造领域，而超导磁体在在大型科学装置、医疗设备、能源、国防军事等诸多领域有着非常重要的应用前景。

伴随着超导材料技术的快速发展，现代超导磁体磁场最高强度已由早期的0.5特斯拉增加到数十个特斯拉，但要是继续提高磁场的强度以满足国民经济发展的需要，其磁体间的洛伦兹力必将大大地提高，对超导材料的力学性能要求也越来越高。因此，从探索超导材料力学性能的角度出发，揭示在极端复杂条件下(低温、强电磁场)超导材料的力学性能规律，提高超导磁体产生的背景磁场是当今工程界和学术界的迫切要求。

超导磁体(材料)在强电磁场环境下不能达到其设计要求的大部分诱因来源于与其力学性能相关的结构不稳定、大应力、大变形、机械损伤和破坏等。因此，对于强电磁场环境下，超导材料的力-电性能测量和光测变形的研究显得非常重要且具有挑战性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种强磁场环境下力-电耦合加载与非接触式光测变形系统，以实现在强磁场环境下、超导材料力-电性能的测试以及光测变形的研究，同时保证测量精度准，稳定性高及试验时间短的优点。

本实用新型的目的是这样实现的：强磁场环境下力-电耦合加载与非接触式光测变形系统，包括试验机模块、磁场模块、电源模块、非接触式光测变形模块、加载控制模块和数据与图像采集处理模块，

试验机模块包括一台万能试验机，万能试验机采用门式预应力结构，用于测试样品的力学性能，万能试验机包括一真空箱，真空箱安装于式预应力结构下部，真空箱为一双层真空的低温杜瓦，低温杜瓦内部为高真空室，外壳为真空隔热模式，杜瓦正面有上下两个观察窗，

磁场模块安装于杜瓦内部，磁场模块包括低温超导磁体、制冷机和温度探头，低温超导磁体为二极磁体结构，采用跑道型超导线圈绕制而成，磁体内部空腔用于安放样品，制冷机安装在杜瓦背部，所制冷机采用多级冷头方式，冷头立式安放于杜瓦内部，温度探头工作端连接在磁体上，温度探头自由端与数据与图像采集处理模块连接，用于对磁体实时监控和进行温度加载的调控，

电源模块包括两个大功率电源，两个大功率电源分别用于低温超导磁体的电源和对样品的电流加载电源，

非接触式光测变形模块包括CCD相机，

数据与图像采集处理模块包括低温霍尔片和高斯计，高斯计用于磁场度测量，低温霍尔片配合6个通道的高斯计实现对磁场的准确测量，数据与图像采集处理模块具有磁学、电学、热学和力学(变形、力)数据采集、存储、检索和分析功能，是集多场性能参数检测、加(卸)载控制和多场行为测试为一体的集成软、硬件系统。

所述观察窗包括上、下两个观察窗。

所述制冷机包括两个冷头，其中一级冷头冷却功率50W、冷却量55K，二级冷头冷却功率1.5W、冷却量4.2K。

所述低温超导磁体的电源采用专门的SMS超导电源，用于实现自动恒流与恒压控制切换，和实现对磁体充放电过程的加电速率和恒流电压的分段设置。

所述万能试验机采用全数字伺服系统驱动。

所述加载控制模块用于对样品的磁场、光-电耦合和光测变形进行加载与控制。

本实用新型的优点在于：

1、采用无液氦干式制冷超导磁体与样品空间一体化，有效减小研制设备的体积和重量，制冷温度最低达77K～4.2K，磁场最大强度：～12T，磁场均匀度：≤1％，环境磁场的大小通过超导线圈的载流强度来进行控制与调节，磁体电源采用专门的超导电源(其功能包括了自动恒流、恒压控制与切换，特殊情况下的快速放电与保护，以及对磁体线圈充、放电过程的速率、恒流、电压的可控等)，实现实验区域内的不同磁场强度的需要；

2、样品的电流加载采用更高电流输出的大功率电源，最大功率：1250W、电流范围：0～1000A、恒流电压：+10V～-4V、电流稳定：1mA/h、10mA/24h，具备开路、短路检测功能以及远程接口等。

3、采用非接触式CCD光学全场变形测量系统，该测量方法的实现可以大大提高超导丝材的测量精度，为超导复合结构的等效参数的研究提供更高精度的测量实验数据。