[发明专利]一种测量材料内部磁致应变三维空间分布的方法

说明书

本发明提供了一种测量材料内部磁致应变三维空间分布的方法，所述的方法使用中子光源、测角台和探测器形成的衍射实验几何布局，测量磁场施加前后样品在全部空间方向范围内的所有晶面变化，实现了任意方向上磁致应变分布的非接触式准确测量。中子光源入射束、测角台、样品、出射束和探测器中心均处于同一水平高度，通过测角台的自转和旋转调节样品特定空间方向，并在该方向下测量样品内所有晶面，分别得到每个晶面排布取向的权重份额和磁致应变贡献，将两者加权相乘得到任意空间方向上的磁致应变值。本发明的方法适用于具有强磁弹性能软磁智能材料的磁致应变测量，也可类推用于包括压电式智能材料电致应变在内的其它物理场诱发应变等空间分布的测量。

技术领域

本发明属于材料物理性能分析检测技术领域，具体涉及一种测量材料内部磁致应变三维空间分布的方法。

背景技术

受磁驱动而产生应力应变的磁弹材料是一类重要的智能材料。作为高效换能器、大载荷致动器及高精度传感器等核心元器件的候选材料之一，在国防军工、航空航天、海洋工程、精密加工、自动控制等高新技术领域均有广泛应用。因此，这类新型智能材料引起世界范围内的关注，许多国家投入大量技术力量竞相进行材料和器件研发。材料性能测试是掌握材料功效行为和器件设计开发的重要基础。因而，磁致应变分布测量是各个研究环节的重要一环。目前磁致应变测量有光学（干涉法、光杠杆法）和电学（电阻法、电容法）两种方法。迈克尔干涉法根据被测试样伸长或缩短引起干涉条纹在视场中的移动数目来测量确定磁致应变。光杠杆法在干涉法相似测量布局基础上结合机械杠杆将微位移放大。电阻应变片法利用粘贴在被测试样表面的应变片和放大电路测得应变片敏感栅电阻大小推导求得微小位移变化。差动电容法则利用被测试样伸缩导致两侧电容分别变大与变小的差动式、振荡变化测量应变大小。上述方法中，干涉法、光杠杆法和电容法均仅适于测量试样一个维度方向（如试样长度方向）的磁致应变。电阻法可借助粘贴应变片数量和布局实现试样不同维度方向上（如试样长度和垂直长度方向）的应变测量。然而，由于需通过样品表面粘贴应变片的方式，电阻法并不适于测量样品内部任意方向上的应变大小。

从材料晶体学角度，不同的晶体结构对称性均会导致材料物理性能的各向异性。因此，很有必要掌握磁弹功能材料内部不同方向上磁致应变大小的分布信息，以促进新型材料的开发和潜在应用的挖掘。在目前已有磁致应变测量方法存在测量方向受限、易受样品表面状态和测量环境影响等缺点的技术背景下，实现材料内部磁致应变三维空间分布的可靠准确的测量方法十分必要，是充分理解材料性能的基础前提。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种测量材料内部磁致应变三维空间分布的方法。

本发明的测量材料内部磁致应变三维空间分布的方法，其特点是，所述的方法中采用的测量设备及其连接关系如下：测角台放置在承重台上，自旋盘安装在测角台的旋转圆内圈，沿旋转圆内圈旋转，自旋盘的上部从下至上依次固定样品杆、磁场N极、样品和磁场S极，样品杆、磁场N极、样品和磁场S极的中心线重合，在自旋盘自转和自旋盘沿旋转圆内圈旋转的过程中，样品所处的磁场方向始终保持与样品的长轴平行；在中子光源、测角台和探测器形成的衍射实验几何布局下测量样品的内部磁致应变三维空间分布。

所述的方法包括以下步骤：

a. 衍射实验几何布局

中子光源和探测器在测角台两侧对称布置，中子光源的中心、测角台的中心和探测器的中心位于同一水平高度；

b. 样品安装

将样品固定在磁场N极和磁场S极形成的磁场均匀区内，并将样品的方位角和调节至归零状态；

c. 零磁场下测量

在磁场关闭状态下，对样品在全部空间方向范围内所有的晶面进行测量；

d. 磁场下测量

在磁场开启状态下，对样品在全部空间方向范围内所有的晶面进行测量；