[實用新型]IPMC人工肌肉材料性能測試裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201020142115.1
• 申請日: 2010-03-26
• 公開（公告）號: CN201653789U
• 公開（公告）日: 2010-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于敏;張昊;丁海濤;何青松;郭東杰;戴振東
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06;G01N3/04;G01B11/16
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 唐小紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于一種分析及測量控制技術(shù)，具體地說涉及IPMC離子聚合物人工肌肉材料的力和位移測試裝置和測試方法。

技術(shù)背景

IPMC(Ionic?polymer-metal?composites，離子交換膜金屬復(fù)合物)是一種離子型EAP電致動聚合物，其致動性能非常類似于生物肌肉，故稱其為“人工肌肉”。IPMC材料質(zhì)地比較柔軟，有彈性，較小的驅(qū)動電壓即可產(chǎn)生較大的變形，可在潮濕環(huán)境下工作，而且生物相容性佳，可制成細長條狀等，它是一種適合于開發(fā)仿生機器人的材料，極具發(fā)展?jié)摿ΑＯ拗破溟_發(fā)應(yīng)用的主要是兩個不足，一是輸出力較小，二是對水環(huán)境或是潮濕環(huán)境的依賴。今年來的大量研究主要集中在這兩方面，以便進一步提高IPMC的性能和工業(yè)應(yīng)用的可能性。

力輸出和形變位移是衡量IPMC性能的兩個重要指標(biāo)，目前國內(nèi)外所用于IPMC位移的測試可以分為三種：

(1)將IPMC置于有刻度的標(biāo)尺前，拍攝IPMC的變形過程，通過帶刻度的標(biāo)尺讀出IPMC的形變位移。該方法可以獲知IPMC的形變位移，但是精度不高，處理數(shù)據(jù)工作量大。(Joao?Barramba，Joao?Silva，P.J.Costa?Branco，Evaluation?of?dielectric?gelcoating?for?encapsulation?of?ionic?polymer-metal?composite(IPMC)actuators，Sensors?and?ActuatorsA?140(2007)232-238)

(2)用攝像機拍攝IPMC變形過程，在計算機中通過軟件，計算IPMC形變前后的位移差值。該方法可以準(zhǔn)確獲知IPMC形變前后的位移，但是處理數(shù)據(jù)工作量大，人工識別特征點，操作亦繁瑣(唐華平，姜永正，唐運軍等，人工肌肉IPMC電致動響應(yīng)特性及其模型，中南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，40(1)：153-158)。

(3)用激光位移傳感器實時測量IPMC的位移，計算機自動采集處理數(shù)據(jù)。該方法可以實時測量IPMC試樣某一點的形變，操作和數(shù)據(jù)處理快捷方便。該方法適合位移量不太大的情況。(江宇，馮志華，賀競，離子金屬聚合物復(fù)合材料調(diào)節(jié)器的動態(tài)特性，武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29(2)：5-7)

國內(nèi)外IPMC的輸出力測試方法主要有以下兩種：

(1)直接法：力傳感器直接接觸IPMC，從而直接從力傳感器系統(tǒng)軟件得到IPMC的輸出力。該方法可以實時測量IPMC的頂端輸出力，數(shù)據(jù)處理方便，但是小量程的力傳感器一般價格比較昂貴且容易損壞，信號采集系統(tǒng)搭建也比較復(fù)雜(Soon-Gie?Lee，Hoon-Cheol?Park，Surya?D.Pandita，et?al.Performance?Improvement?of?IPMC(IonicPolymer?Metal?Composites)for?a?Flapping?Actuator.2006，4(6)：748-755)。

(2)間接法：將質(zhì)量塊懸掛于IPMC上，使得IPMC頂端形變?yōu)?的質(zhì)量塊的重量為IPMC的輸出力。或者通過在電子天平等稱量設(shè)備上讀取質(zhì)量塊重量的變化從而得到IPMC的輸出力。該方法簡單易行，但是數(shù)據(jù)處理比較麻煩。(P.Brunetto，L.Fortuna，P.Giannone，S.Graziani，et?al.A?resonant?vibrating?tactile?probe?for?biomedicalapplications?based?on?IPMC，IEEE?Sensor?Journal，2008，8(8).151-157)

當(dāng)前對于IPMC的力和位移測試系統(tǒng)都是零散拼湊在一起的，不是一個有機的整體，而且不能在同時滿足離水和在水兩種環(huán)境中進行的性能測試，操作起來十分不方便，因此亟待需要一套整合的裝置，既能測試IPMC力學(xué)性能和位移輸出，又能滿足大氣環(huán)境和水環(huán)境測試的要求。

發(fā)明內(nèi)容

針對以上的技術(shù)背景，本發(fā)明研制了一套有機整合的裝置測試裝置，實現(xiàn)IPMC在水環(huán)境下和離水環(huán)境中力和位移性能的測試。

一種IPMC人工肌肉材料性能測試裝置，其特征在于：包括系統(tǒng)基架、安裝于系統(tǒng)基架上的位置調(diào)整裝置、安裝于位置調(diào)整裝置上的試樣夾裝裝置，還包括用于測試IPMC頂端輸出力的力傳感器，和用于測試IPMC位移的位移傳感器，還包括信號發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集處理模塊。