[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

本發明提供一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，包括以下部件：約束件包括有伸縮段及位于伸縮段兩端的固定模塊；探針一端與約束件一端的固定模塊相連接，探針另一端貫穿約束件另一端的固定模塊；驅動伸縮件的兩端分別與約束件兩端的固定模塊相連接，驅動伸縮件為形狀記憶合金絲且外接電源，用于通過收縮帶動伸縮段收縮，從而確定使探針伸出達到設定探測行程時的外接電源的電流峰值。本發明進一步提供一種基于SMA的動態模量監測與反饋方法。本發明提供的一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，利用SMA微絲作為模量測控核心元件，可以根據脈沖式驅動過程中的電流峰值直接反應被測物體的彈性模量，測試精度達到85％以上。

技術領域

本發明屬于合金材料的技術領域，涉及一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，具體涉及一種基于形狀記憶合金(SMA)的微型即時動態模量的監測與反饋的測試系統。

背景技術

材料在小應變范圍，均處于彈性變形階段，此時應力和應變一般成正比例關系，其比例系數稱為彈性模量。彈性模量通常被用來表示材料的軟硬程度或變形難易程度，是非常關鍵的工程參量之一。一方面用來作為工程選材的重要標準，或者也可用來判斷材料的屬性。傳統彈性模量的測試方法主要有三種：靜態發、波傳播法和動態法。具體的測試過程都需要進行精密的樣品制備，并且遵循標準化的測量流程。

然而，在很多應用場景中，無法做到標準的模量測試流程，常需要對目標材料的模量進行即時的分辨和數據反饋，最短時間內分辨對象材料的軟硬程度，從而提高工作效率。另外，很多受測對象材料，比如生物組織，不管是幾何尺寸或受限于加工性能，往往難以提供標準化的測試樣品。此外，有些應用需要在特殊的場景下測定物體的模量，比如微小空間，或者物體微觀尺度下的局部模量數據，以此作為連續作業過程中的判斷依據。但是此類彈性模量的測試目前幾乎難以實現，更不用說進行即時測量和數據反饋。目前也沒有現成的設備可以滿足此類需求。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，利用SMA微絲作為模量測控核心元件，用于解決現有技術中缺乏對目標材料的彈性模量進行即時的分辨和數據反饋的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明第一方面提供一種基于SMA的動態模量監測與反饋系統，包括以下部件：

約束件，所述約束件包括有伸縮段及位于所述伸縮段兩端的固定模塊；

探針，所述探針一端與所述約束件一端的固定模塊相連接，所述探針另一端貫穿所述約束件另一端的固定模塊；

驅動伸縮件，所述驅動伸縮件的兩端分別與所述約束件兩端的固定模塊相連接，所述驅動伸縮件為形狀記憶合金絲且外接電源，用于通過收縮帶動伸縮段收縮，從而確定使探針伸出達到設定探測行程時的外接電源的電流峰值。

優選地，所述伸縮段為彈簧。具體來說，所述彈簧為彈簧絲或彈簧片。

優選地，所述固定模塊為常規使用的金屬或陶瓷的擋板。所述擋板呈塊狀或片狀。

優選地，所述約束件一端的固定模塊開孔，便于探針貫穿且進行伸縮。

優選地，所述探針的材質為合金或陶瓷。所述探針選用材料為高模量高強度材料。

更優選地，所述探針的材質為碳化硅。

優選地，所述探針的長度為0.5～5mm，所述探針的直徑為0.05～0.6mm。所述探針的長度及直徑可調。

優選地，所述探針的測試面積≥100μm²，即不小于10μm*10μm。

優選地，所述探針的模量≥200GPa。

優選地，所述探針的探測行程為5～100μm。所述探針的探測行程可以用于測定物體的模量，行程越長，被測物體模量越低。