[發明專利]一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統有效
| 申請號： | 202110296530.5 | 申請日： | 2021-03-19 |
| 公開（公告）號： | CN113063655B | 公開（公告）日： | 2022-03-22 |
| 發明（設計）人： | 金明江;金學軍 | 申請（專利權）人： | 上海交通大學 |
| 主分類號： | G01N3/02 | 分類號： | G01N3/02 |
| 代理公司： | 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219 | 代理人： | 許亦琳;余明偉 |
| 地址： | 200240 *** | 國省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 基于 sma 動態 監測 反饋 系統 | ||
1.一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，包括以下部件：
約束件(1)，所述約束件(1)包括有伸縮段(11)及位于所述伸縮段(11)兩端的固定模塊(12)；
探針(2)，所述探針(2)一端與所述約束件(1)一端的固定模塊(12)相連接，所述探針(2)另一端貫穿所述約束件(1)另一端的固定模塊(12)；
驅動伸縮件(3)，所述驅動伸縮件(3)的兩端分別與所述約束件(1)兩端的固定模塊(12)相連接，所述驅動伸縮件(3)為形狀記憶合金絲且外接電源(4)，用于通過收縮帶動伸縮段(11)收縮，從而確定使探針(2)伸出達到設定探測行程時的外接電源(4)的電流峰值；
所述電流峰值及設定的探測行程，按公式(1)計算待測物體的模量，
所述公式(1)為：
式中，E為待測物體的模量，GPa；k為驅動伸縮件的電流與輸出力值的關系常數，N/μm；I為電流峰值，mA；k0為伸縮段的彈性常數，N/μm；Δl為探測行程，μm；k'為待測物體在探針壓力下的變形常數，μm2。
2.根據權利要求1所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，其特征在于，所述約束件(1)一端的固定模塊(12)開孔，便于探針(2)貫穿且進行伸縮。
3.根據權利要求1所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，其特征在于，所述伸縮段(11)為彈簧。
4.根據權利要求1所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，其特征在于，所述探針(2)包括以下條件中任一項或多項：
A1)所述探針(2)的長度為0.5～5mm，所述探針(2)的直徑為0.05～0.6mm；
A2)所述探針(2)的測試面積≥100μm2；
A3)所述探針(2)的模量≥200GPa；
A4)所述探針(2)的探測行程為5～100μm。
5.根據權利要求1所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，其特征在于，所述驅動伸縮件(3)的直徑為10-100μm，所述驅動伸縮件(3)的長度為5-100mm。
6.根據權利要求1所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，其特征在于，所述形狀記憶合金絲中的形狀記憶合金為鎳鈦基形狀記憶合金。
7.根據權利要求1-6任一所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統在精密測量電子器件、醫療機器人上的用途。
8.一種基于SMA的動態模量監測與反饋方法，采用權利要求1-6任一所述的系統，包括以下步驟：
1)將探針對待測物體進行測試，通過外接電源對驅動伸縮件進行通電加熱，使驅動伸縮件收縮帶動伸縮段收縮，從而使探針伸出達到設定探測行程時確定外接電源的電流峰值；
2)根據步驟1)電流峰值及設定的探測行程，按公式(1)計算待測物體的模量，所述公式(1)為：
式中，E為待測物體的模量，GPa；k為驅動伸縮件的電流與輸出力值的關系常數，N/μm；I為電流峰值，mA；k0為伸縮段的彈性常數，N/μm；Δl為探測行程，μm；k'為待測物體在探針壓力下的變形常數，μm2；
3)通過外接電源對驅動伸縮件進行停電降溫，從而使驅動伸縮件松弛帶動伸縮段回伸，使探針恢復原狀。
9.根據權利要求8所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋方法，其特征在于，步驟1)中，所述外接電源為脈沖電，所述外接電源的脈沖頻率為0.30～50Hz。
10.根據權利要求8所述的一種基于SMA的動態模量監測與反饋方法，其特征在于，步驟1)中，所述外接電源的電流提高速率為100～500mA/s。
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