[发明专利]磁流变液流变特性的微观观测方法及装置

权利要求书

1.一种磁流变液在光学显微镜和超声近场作用下磁场无级可调的微观动态变化观测方法，其特征是首先在磁流变液容腔一侧安装一个基于超声换能器的超声近场发生装置，利用换能器的纵振激发振动板的弯振从而对容腔中磁流变液施加超声场，振动板夹持在其振动节点位置；整个工作台由黄铜材料制成，磁轭由电工纯铁材料制得，保证磁感线被限制在所设计的磁路中；采用直线超声电机带动剪切块从而对磁流变液实施剪切运动；在磁流变液容腔的底部镶嵌有由有机玻璃制得的透光板，由LED发光板发出的光线经过工作台光源缝透过透光板照亮磁流变液，显微镜物镜位于磁流变液容腔正上方，从而可以分别观测在不同强度超声近场作用下及不同磁场强度下的磁流变液微观流变过程，亦可观测超声场及磁场耦合作用下的磁流变液微观流变过程。

2.根据权利要求1所述的观测方法，其特征利用变幅杆将由夹心式换能器基于压电陶瓷d₃₃逆压电效应所产生的轴向纵振放大，激发振动板的弯曲振动，从而对磁流变液容腔中的磁流变液施加超声近场，换能器通过节点位置处的法兰盘夹持，振动板在其振动节点位置进行夹持以减小对其振动模态的干扰。

3.根据权利要求1所述的观测方法，其特征在于采用励磁线圈和电工纯铁材料制得的磁轭对磁流变液施加磁场，在磁轭开槽，槽中布置磁流变液容腔和剪切块，以便于磁路中磁感线尽可能多的穿越过磁流变液，整个磁场发生组件镶嵌于工作台中，而工作台是由黄铜材料加工而成，大大减少了磁漏，这种施加磁场方式可使磁流变液获得稳定的并且磁场强度无级可调的磁场。

4.根据权利要求1所述的观测方法，其特征在于剪切块是由导磁率不低的低碳钢材料制得，磁阻较小，在整个磁路中把磁通势降落在磁流变液两侧，在剪切块底部安装有轴承滚轮，可减少摩擦力，防止剪切块运动卡死；采用直线超声电机驱动剪切块，超声电机对整个装置无磁场干扰，可进一步保证磁场的均匀；超声电机的控制特性好可实现往复剪切，同时电机推力较大可剪切施加较大磁场强度下的磁流变液，实现了较大范围的动态观测。

5.根据权利要求1所述的观测方法，其特征在于左右移动显微镜物镜观测不同相位处，不同超声振幅下的磁流变液效应动态变化；在整个装置中加装速度、位移以及拉力传感器可实现对在不同强度超声场和不同强度磁场耦合或者单个作用下的磁流变液剪切特性的测量。

6.一种权利要求1所述方法使用的观测装置，它包括显微镜和工作台，工作台放置在显微镜的镜头下方，其特征是所述的工作台上安装有超声换能器、励磁线圈、磁轭、磁流变液容腔、直线超声电机和剪切块，超声换能器连接有振动板，振动板布置在磁流变液容腔的一侧，从而对磁流变液施加驻波超声近场；在磁流变液容腔的另一侧安装有倒“L”状的剪切块，剪切块的立板外侧与其安装槽剪切面光滑贴合，对磁流变液起到密封作用也减少了剪切时的摩擦阻力；在剪切块的横板下侧安装有四个小轴承滚轮，使得剪切块可在工作台上自由滑动防止卡死；为了安装槽加工方便以及电工纯铁磁轭的限制，剪切块的近磁流变液容腔一侧的滚轮滚道与工作台分离并设计反“L”状的导轨板，导轨板与剪切块立板内侧留有间隙，防止摩擦卡死，导轨板底部与工作台通过沉头螺钉与工作台连接；剪切块与直线超声电机的动子通过连接板连接在一起，从而使动子带动剪切块一起往复直线运动，使剪切块实现剪切作用；在磁流变容腔的底部镶嵌有由有机玻璃制得的透光板；透光板的下侧切割有工作台光源缝，在工作台与光源缝对应的位置粘贴有LED发光板；励磁线圈和磁轭镶嵌于工作台中并对磁流变液施加磁场，在磁轭回路中留有间距，磁轭依次将导轨板、剪切块立板、磁流变液容腔和振动板夹于间距之中，以便于磁路中磁感线穿越过磁流变液。

7.根据权利要求6所述的观测装置，其特征是在振动板与工作台之间应留有间隙以防止对振动板的模态产生干扰，但在振动节点位置处、振动板安装槽内设置有夹持凸起，也用于防止对振动板振动模态的干扰，同时对磁流变液起到密封作用。

8.根据权利要求6所述的观测装置，其特征是所述的磁流变液容腔的宽度为2mm。