[实用新型]一种微尺度材料的拉扭组合测试装置

说明书

本实用新型公开了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元。微力传感器固定于滚珠丝杆平台左侧，微扭矩传感器与微力传感器连接；微扭矩传感器包括挠性枢轴、光靶、激光位移传感器；滚珠丝杠与第一步进电机配合使用，实现对试样的拉伸或压缩；第二步进电机固定于滚珠丝杆平台右侧用于实现对试样的扭转加载；该装置可同时自动化测量试样的力‑位移、扭矩‑转角，测量精度高、适用范围广、装置稳定性好。

技术领域

本实用新型属于微尺度材料力学性能的精密测量领域，更具体地，涉及一种微尺度材料的拉扭组合测试装置。

背景技术

随着微机电系统等新兴学科领域的发展，许多微尺度材料和微纳米器件不断涌现，但是其力学行为的表征存在一定困难。现有的拉、扭组合试验机存在测量分辨率低、精度低的缺点，其使用范围受到很大限制，不能适用于微尺度材料的力学行为表征。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，具有测量分辨率高、精度高、使用范围广等优点。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种微尺度材料的拉扭组合测试装置，包括：微力加载机构、微力传感器、扭矩加载机构、微扭矩传感器、试样夹持单元、数据采集及处理单元；

所述试样夹持单元包括相互平行的第一夹具及第二夹具，分别用于夹持试样的两端；

所述扭矩加载机构包括第二步进电机，其输出轴与第二夹具连接，用于对所述试样施加扭转角；

所述微扭矩传感器包括激光位移传感器I，II及其固定架I，II、光靶(9)及挠性枢轴；所述挠性枢轴的前端的端面与微力传感器的一端固定连接，后端的端面与所述第一夹具固定连接；所述光靶的中心点固定于挠性枢轴的后端的侧面上，且所述光靶的两端均设置有目标点；所述激光位移传感器I，II分别用于测量所述光靶两端的目标点的位移变化量；

所述微力加载机构包括第一步进电机、滚珠丝杆平台及滑台，所述第二步进电机设置于所述滑台上，所述滑台与滚珠丝杆连接；所述第一步进电机的输出轴与所述滚珠丝杆的一端连接，用于带动滚珠丝杆旋转以改变其长度，从而带动所述滑台及第二步进电机产生沿滚珠丝杆的轴向位移，以对试样施加轴向的拉力或压力；所述微力传感器用于测量所述微力加载机构施加至试样的轴向拉力或压力。

所述数据采集及处理单元用于采集所述微力传感器及所述激光位移传感器I，II的测量数据，并根据所述激光位移传感器I，II的测量数据计算试样的扭矩。

优选地，所述激光位移传感器I，II的测量数据与所述试样的扭矩满足以下关系式：

Q＝kθ；

其中，k为挠性枢轴的扭转刚度系数，θ为所述第一夹具的偏转角，Δx₁和Δx₂分别为所述激光位移传感器I，II在试样发生扭转时测量的所述光靶两端的目标点的位移变化量，d为光靶两端的目标点之间的间距。

优选地，所述微力传感器的另一端通过微力传感器支架固定于所述滚珠丝杆平台的前端，所述第一电机安装在所述滚珠丝杆平台的后端。

优选地，所述挠性枢轴的前端的端面通过第一中间连接件与微力传感器的固定连接，后端的端面通过第二中间连接件与所述第一夹具固定连接。

优选地，所述第二步进电机通过步进电机架固定于所述滑台上。

优选地，所述第一夹具、第二夹具均为圆筒型。

优选地，所述数据采集及处理单元包括A/D采集卡和计算机系统；所述微力传感器与激光位移传感器I，II的测量信号分别通过所述A/D采集卡的不同通道进行采集。