[發明專利]一種微區內耗測量儀及其控制方法

有效

• 申請號: 201310053284.6
• 申請日: 2013-02-19
• 公開（公告）號: CN103163135A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 林國淙;劉暉;丁喜冬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 禹小明

技術領域

?本發明涉及測量儀器技術領域，更具體地，涉及一種微區內耗測量儀。

背景技術

目前，微區中的電、磁、光學性能，微區形貌等的表征，已有很成熟的方法，例如各型掃描探針顯微鏡（SPM）。但是微區力學譜表征方法這一領域還是一片空白。力學譜具有其他方法所不可替代的特點，它是通過應變對應力的位相滯后得到材料的能量耗散(內耗)，以此來研究材料的微觀機制，對與力學量耦合的各種參量變化的響應強、靈敏度高，能得到精確的測量結果及過程的激活能。大塊試樣力學譜方法的缺點也顯而易見，那就是宏觀現象雖然豐富，但它是一個統計平均的結果，且其微觀機制不清，真正獲得廣泛接受的微觀機制不多。

微結構中微區性能的表征是發展新材料、提高材料性能的重要手段。因此，發展微區性能的新表征方法具既有重要的科學意義，又具有重要的應用價值。

發明內容

[0003]?本發明解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種能夠測量材料微區性能、獲得材料各微區的弛豫或相變特征的微區內耗測量儀。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：

一種微區內耗測量儀，用于測量試樣的微區內耗值，包括加熱測試系統和控制系統，所述加熱測試系統包括加熱平臺、擺桿和兩個電磁驅動線圈；所述加熱平臺為一具有內腔的盒狀結構，加熱平臺的頂面設有正對試樣的窗口；所述加熱平臺內設有固定機構，測試時，試樣一端連接在所述固定機構上，另一端連接擺桿，擺桿另一端從加熱平臺伸出后連接在一輕質彈簧上，所述輕質彈簧另一端固定，所述擺桿可在水平面上自由振動；所述固定夾頭、試樣、擺桿和輕質彈簧連接在一水平直線上；所述兩個電磁驅動線圈設于加熱平臺外，并分別設于所述擺桿兩側，兩個電磁驅動線圈的中心連線在水平面上并與擺桿垂直；所述擺桿上設有永久磁鐵，所述永久磁鐵的南北極處于兩個電磁驅動線圈的中心連線上；?

所述控制系統包括信號發生器、光學顯微鏡、高速照相機、模/數轉換器、計算機系統和加熱平臺控溫器，模/數轉換器分別與信號發生器、高速照相機以及計算機系統連接，加熱平臺控溫器連接于計算機系統和加熱平臺上；信號發生器和高速照相機通過模/數轉換器由計算機系統控制，信號發生器與兩個電磁驅動線圈連接；所述光學顯微鏡位于加熱平臺的石英玻璃窗口的正上方，高速照相機通過光學顯微鏡接收來自石英玻璃窗口下試樣的顯微圖像并傳送給計算機系統。

本發明的微區內耗測量儀能夠測量材料的微區性能，通過特別設計的加熱測試系統，可帶動試樣在控制系統的信號驅動下水平振動，從而得到試樣各微區的弛豫或相變特征，由此可以探索這些材料中相和界面等對材料的性能的影響，為微結構和性能之間關系的研究提供新的研究工具。

一種上述的微區內耗測量儀的控制方法，包括如下步驟：

S1.將試樣兩端分別和擺桿、固定機構連接；

S2.由計算機系統控制加熱平臺溫控器將加熱平臺加熱至設定溫度；

S3.信號發生器輸出正弦波信號至兩個電磁驅動線圈以激勵永久磁鐵振動，該正弦波信號作為試樣的應力信號輸入到模/數轉換器，永久磁鐵帶動擺桿水平振動，此時試樣也跟隨擺桿振動；高速照相機通過光學顯微鏡拍攝照片直接傳送給計算機系統而存儲，作為試樣的應變信號的數據來源；信號發生器和高速照相機通過模/數轉換器由計算機系統控制同時取樣；

S4.在獲得的照片上選取標志點，通過計算機系統得到一系列照片上該標志點的軌跡坐標，作為試樣在該微區的應變信號，進而得到試樣該微區在該設定溫度下的內耗值。

進一步的，所述模/數轉換器為模/數多功能卡。

進一步的，模/數多功能卡的取樣速度遠大于高速照相機的拍攝速度。這樣可以盡量利用高速照相機的拍攝速度，保證高速照相機的拍攝均由模/數多功能卡控制取樣。因為高速照相機的拍攝速度越高，一個周期內取樣的數目越多，測試的精確度越高。

進一步的，所述加熱平臺是一個扁平狀的盒子。這樣可以將試樣基本處于一個密閉的空間里，試樣的運動較少受到外界環境干擾，增加測試準確度。

進一步的，所述加熱平臺上的窗口為石英玻璃窗口。因為石英玻璃具有耐高溫、硬度大、膨脹系數低、化學性質穩定、電絕緣性能良好和不易損壞等優點，可以耐受加熱平臺的高溫，給本發明的微區內耗測量儀提供更寬的測量范圍。

進一步的，本發明的微區內耗測量儀還包括測試架，所述加熱平臺和輕質彈簧固定在測試架上。