本发明涉及动态冲击的技术领域，更具体地，涉及一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统。
背景技术：
传统的气动式霍普金森杆系统，主要由平台支架、气室及发射气动机构、入射杆/透射杆/吸收杆、围压气动装置、超动态应变高速数据采集仪及配套的专用霍普金森压杆测试分析软件等构成，其用于测试材料在动态打击状态下的应力应变特性并得到在此应变率下的应力应变曲线。近些年来，随着材料科学的迅猛发展，尤其是在新型材料成型技术与加工工艺层出不穷后，这些新材料广泛应用于汽车、建筑、航空等领域，而这些新材料在应用中经常会遇到冲击载荷的作用，因此新材料在冲击载荷作用下的动态力学响应是用来衡量材料性能的一项重要指标。同时，随着3d打印技术的发展，各种金属或非金属微型结构的生产变得更加容易，并且被越来越多地用于吸能和结构减重等。因此，提供一套轻巧简单实用的材料动态力学性能测量设备是很有需求的。
目前，材料动态力学性能研究的装置主要还是分离式霍普金森杆技术，这项技术的提出距今已有百余年，加载方案最主要的依然是压缩气体炮驱动子弹。利用该技术制作的霍普金森杆压缩或拉伸装置，同时具有加载和测量的功能。对材料做动态压缩和动态拉伸实验时，往往需要分别在霍普金森杆压缩实验装置和霍普金森杆拉伸实验装置上进行，但是两套设备的使用费用昂贵、结构复杂、占地面积大、操作繁琐等特性就极大地限制了其发展。
在公开号：cn101666724a和公开号：cn101504326a的中国专利中都采用了一种双向发射气体炮装置实现拉伸与压缩实验的转化。双向发射气体炮根据实验的需要将于弹向左或向右加速，用作霍普金森压杆时，发射装置推动子弹直接撞击压缩入射杆；用作霍普金森拉杆时，发射装置可推动套筒子弹反方向撞击拉伸入射杆末端的法兰。使用这种方法可以在一个加载装置上实现拉伸或压缩的功能，避免了要实现拉伸或者压缩的加载需要建立两套系统的麻烦，降低了实验装置的成本。但是，使用这种方法，在进行拉伸实验和压缩实验的转化时，需要对整个装置和杆件系统进行重新安装和对中，导致效率低下，而且从而导致双向发射气体炮装置的体积依然比较庞大，使用成本依然比较昂贵。
在公布号：cn103983512a的中国专利中，通过在实验杆相邻的两个端面添加实验转接头的方式，在一套装置上实现了拉伸和压缩加载。进行霍普金森压杆实验时，将实验转接头与实验杆相邻的两个端面螺纹连接，试件位于两个实验转接头之间，压缩实验发射装置驱动子弹撞击实验杆；进行霍普金森拉杆实验时，将实验转接头取下，两头带螺纹的试件与实验杆两端面螺纹连接，拉伸实验发射装置驱动实验杆上的圆筒状子弹撞击实验杆末端的法兰。使用这种方法，在进行拉伸实验和压缩实验的转化时，不需要大规模地换实验杆，仅需要更换实验转接头即可，进而避免了杆件系统的重新安装和对中，提高了效率。但是，使用这种方法，需要两套子弹驱动装置，导致成本增加，同时增加实验转接头也会对实验加载波形产生干扰和影响。但是采用气动驱动的拉压一体装置时，装置系统的体积大、操作复杂、重复性差、成本较高。
而近年来，采用电磁驱动加载的方法得到了初步的发展，并取得了一定的成功。在公布号：cn103994922a的中国专利中，利用电磁铆枪的原理研制出可以产生压缩应力波和拉伸应力波的应力波发生器。该设备通过电容储电，并给线圈放电，由于放电过程极快，在线圈附近的锥形放大器中产生电磁脉冲斥力，进而在入射杆中产生应力波。当锥形放大器位于线圈和入射杆之间时，入射杆中产生的是压缩波，当线圈位于锥形放大器和入射杆之间时，入射杆中产生的是拉伸波。使用这种方法，可以在一定程度上对应力波进行控制，同时和传统气动的方式相比，实验的重复性更强一些。但是这种装置的体积巨大，装置成本和实验成本也十分高昂。
在公布号：cn102135480a的中国专利申请中，提出了一种微型试件冲击加载与动态力学性能测量系统及方法，该方法引入电磁驱动子弹撞击加载的方法，同时由于电磁驱动装置的体积要远小于压缩气体炮驱动装置，从而使整个装置的尺寸缩小到了桌面级，但是该装置只能实现单一压缩或者拉伸实验的功能。在公布号：cn102879261a的中国专利申请中，又提出了一种拉压一体化微型装置，利用该装置，材料的动态压缩和拉伸性能在同一套装置上完成。
但是，总结起来讲，上述采用电磁驱动的装置存在以下的缺陷：根据磁阻式电磁炮的原理，当子弹中心通过线圈中心之后，电磁线圈将对子弹产生一个减速力，因而需设计一个控制断电的电路，但是该方法需要保证子弹与线圈的长度相等，由于线圈长度不能变，这就限制了子弹的长度必须为一个定值，进而导致后续产生的应力波宽度不可变；断电之后电容中还剩余大量的余电，有安全隐患，同时效率较低，导致子弹无法获得更高的速度；子弹的最高速度决定了产生的应变率的最大值，理论上通过控制电容组电压值能够实现对后续应变率值的控制，但是该装置的电能提供单元控制复杂，这就影响了实验的可重复性；该微型装置的杆件系统尺寸很小，对杆件的对中要求很高，但是该装置没有提供一个可靠的对中装置。另外，这些装置虽然相比传统霍普金森杆装置的体积已经很小，定位为桌面级别的装置，但是相对于宽度，其长度方向上的尺度较大，宽度和高度方向上的空间没有得到充分利用，不利于其在桌面上的使用。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提供了一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，解决了现有技术中采用电磁驱动的微型霍普金森杆系统无法控制其应变率与应力波宽度的问题，优化的电流放电波形避免了涡流减速力的影响，在装置体积减小的同时获得更好的加速效果，还不能兼容对不同长度的子弹的技术问题。同时，提供了一种实用的微型杆件对中调节结构。
为了解决上述技术问题，本发明提出一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，包括：支撑平台、拉压共用吸收装置、电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置；其中，
所述支撑平台，包括：底座、滑行轨道及支撑杆，所述滑行轨道位于所述底座上，且与所述底座构成t字形结构，所述支撑杆底部为滑行块，所述滑行块上设置有与所述滑行轨道相配合的滑行导轨，在所述滑行块上与所述滑行轨道相对的侧面上安装有支杆；所述电磁驱动线圈阵列发射器、拉压双层杆件装置及拉压共用吸收装置通过所述支撑杆依次放置在所述滑行轨道上；
所述电磁驱动线圈阵列发射器，包括：发射管道、圆柱形子弹、充放电回路及外壳；所述圆柱形子弹位于所述发射管道的发射口，所述充放电回路包括：可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块，所述电容组，分别与所述可调数字直流电源及多绕电磁短线圈模块相连接，充电时接受所述可调数字直流电源的控制，放电时接受所述电磁短线圈的控制；所述多绕电磁短线圈模块环绕在所述发射管道外壁上；所述发射管道上的所述充放电回路大于或等于一个；所述外壳，套合在所述发射管道外侧；且所述电磁驱动线圈阵列发射器与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；
所述拉压双层杆件装置，包括：压缩实验杆件、拉伸实验杆件及双层支撑件；所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件由所述双层支撑件支撑后与所述支撑杆上远离所述支撑平台的一端相连接；其中，
所述压缩实验杆件，包括：压缩入射杆、压缩透射杆及压缩杆件对中可调套管，在所述压缩杆件对中可调套管内部设置有大于或等于四个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述压缩杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述压缩入射杆及压缩透射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述压缩入射杆及压缩透射杆提供支撑；在所述压缩入射杆及压缩透射杆上贴有应变片；
所述拉伸实验杆件，包括：拉伸透射杆、拉伸入射杆、承压环及拉伸杆件对中可调套管；在所述拉伸杆件对中可调套管内部设置有大于或等于一个的支撑环套，每个所述支撑环套由所述拉伸杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；所述拉伸透射杆及拉伸入射杆穿过所述支撑环套的内环；且所述支撑环套为所述拉伸透射杆及拉伸入射杆提供支撑；在所述拉伸透射杆及拉伸入射杆上贴有应变片；
所述拉压共用吸收装置，位于所述拉压双层杆件装置中所述压缩实验杆件及拉伸实验杆件的远离电磁驱动线圈阵列发射器的位置，用于吸收加载完成后的应力脉冲。
进一步地，其中，所述多绕电磁短线圈模块，包括：光电控制开关、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口；所述光电控制开关与所述可调数字直流电源、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口相连接；
所述多绕电磁短线圈模块中具有一个所述多绕线圈；所述充放电回路，与大于或等于一个的独立的单绕线圈构成电磁驱动线圈阵列。
进一步地，其中，所述支撑杆的所述滑行块上设置有通孔，所述通孔贯穿至所述滑行导轨，在所述通孔内设置有紧固螺丝，通过所述紧固螺丝顶住所述滑行轨道限定所述支撑杆在所述滑行轨道上的位置。
进一步地，其中，所述支撑杆的所述支杆为升降杆，在所述升降杆外侧设置有高度调节钮，通过所述高度调节钮调节所述升降杆的升降，在所述支杆上远离所述底座的一端上设置有杆件固定块，通过大于或等于两个的支撑杆的所述固定块，将所述电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置固定在所述支撑杆上。
进一步地，其中，所述杆件固定块，包括：调节滑块、支撑底及支撑顶；所述调节滑块呈滑轨状，所述调节滑块与所述支杆上远离所述底座的一端相连接；所述支撑底及支撑顶为两片抱箍结构，在该抱箍结构的内部抱紧所述电磁驱动线圈阵列发射器或拉压双层杆件装置；所述支撑底的底部设置有内陷的导轨，所述支撑底的导轨为所述调节滑块的滑动轨槽。
进一步地，其中，所述杆件固定块，为双层杆件固定块；所述支撑底，包括：双层支撑底及双层支撑块，所述双层支撑块位于所述双层支撑底及所述支撑顶之间，且所述双层支撑块与所述双层支撑底及所述支撑顶形成双层抱箍状结构。
进一步地，其中，所述调节螺丝，在所述压缩杆件对中可调套管和/或拉伸杆件对中可调套管上呈120°对称分布。
进一步地，其中，在所述电磁驱动线圈阵列发射器中具有大于或等于一个的所述充放电回路，所述充放电回路中具有一个所述多绕电磁短线圈模块，每一级的充放电回路均由可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块组成；且每一级的所述充放电回路之间采用并联的形式相连接。
进一步地，其中，所述圆柱形子弹的弹托由聚四氟乙烯材料制备而成；且所述外壳由聚四氟乙烯材料制备而成。
进一步地，其中，所述电容组，包括：电容组件、电压表头、充电控制开关以及电容接口；所述充电控制开关与所述电容组件及所述可调数字直流电源以串联的形式相连接，所述电压表头及电容接口与所述电容组件相连接。
与现有技术相比，本发明提供的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，至少实现如下有益效果之一：
(1)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，根据磁阻式电磁发射原理，当子弹中心经过线圈中心后，电磁线圈会对子弹产生一个反向作用力，使用多级短线圈长子弹的配置可减弱涡流减速力的影响，可以实现子弹的长度根据需要在一定范围内随意调节，同时缩短电磁发射系统的长度，进而缩短整个装置的长度。
(2)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用优化的多绕结构即并联缠绕的短线圈使整个回路的电阻和线圈的电感大大减小，从而使瞬时放电电流峰值明显增加，放电时间极大缩短，在子弹中心通过线圈中心之前完成整个放电过程，省去了快速断开线圈电流回路的设计，既避免了涡流减速力的减速作用，又提高了能量转化率，大大增加了子弹发射速度和效率。
(3)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用双层结构设计，缩短了传统的同时具有压缩和拉伸功能的霍普金森杆装置在长度方向上的尺寸，充分利用了宽度方向和高度方向的空间，使整个装置紧凑小巧，更适合在桌面上操作，同时省去了一套子弹发射系统。
(4)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，可调数字直流电源能够精确调节充电电压，提高了装置的可控性与可重复性，同时将电容组和线圈进行了模块化设计，提高了装置的易操作性。
(5)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用杆件对中可调套管对杆件系统进行支撑和位置固定，解决了杆件对中时难度大、操作复杂的问题，同时也对杆件系统起到了保护作用。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例中所述的一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的结构示意图；
图2为本发明实施例中所述磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的支撑杆的结构示意图；
图3为本发明实施例中所述的又一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的结构示意图；
图4为本发明实施例中调节支撑杆将电磁驱动线圈阵列发射器对准拉压双层杆件装置的结构示意图；
图5为本发明实施例中调节支撑杆将电磁驱动线圈阵列发射器对准压缩实验杆件的结构示意图；
图6为本发明实施例中磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统中试件和承压环与杆件的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1和图2所示，图1为本实施例所述的一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的结构示意图，如图2为本实施例中所述磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的支撑杆的结构示意图；在该磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统中包括：支撑平台101、拉压共用吸收装置102、电磁驱动线圈阵列发射器103及拉压双层杆件装置104。
支撑平台101包括：底座111、滑行轨道112及支撑杆113，滑行轨道112位于底座111上，且与底座111构成t字形结构，支撑杆113底部为滑行块114，滑行块114上设置有与滑行轨道112相配合的滑行导轨115，在滑行块114上与滑行轨道112相对的侧面上安装有支杆116；电磁驱动线圈阵列发射器103、拉压双层杆件装置104及拉压共用吸收装置102通过支撑杆依次放置在滑行轨道112上。
在一些可选的实施例中，如图2所示，为本实施例中所述磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统的支撑杆的结构示意图，支撑杆113的滑行块114上设置有通孔201，通孔贯穿至滑行导轨，在通孔201内设置有紧固螺丝，通过紧固螺丝顶住滑行轨道限定支撑杆在滑行轨道上的位置。
在另一些可选的实施例中，支撑杆113的支杆116为升降杆，在升降杆外侧设置有高度调节钮，通过高度调节钮调节升降杆的升降，在支杆上远离底座的一端上设置有杆件固定块202，通过大于或等于两个的支撑杆的固定块202，将电磁驱动线圈阵列发射器及拉压双层杆件装置固定在支撑杆上。
可选地，所述杆件固定块202，包括：调节滑块221、支撑底223及支撑顶224；调节滑块221呈滑轨状，调节滑块221与支杆上远离底座的一端相连接；支撑底223及支撑顶224为两片抱箍结构，在该抱箍结构的内部抱紧电磁驱动线圈阵列发射器或拉压双层杆件装置；支撑底223的底部设置有内陷的导轨225，支撑底223的导轨225为调节滑块221的滑动轨槽。
在另一些可选的实施例中，杆件固定块202，为双层杆件固定块；支撑底223，包括：双层支撑底226及双层支撑块227，双层支撑块227位于双层支撑底226及支撑顶224之间，且双层支撑块227与双层支撑底226及支撑224顶形成双层抱箍状结构。
如图3所示，电磁驱动线圈阵列发射器103，包括：发射管道131、圆柱形子弹132、充放电回路133及外壳134；圆柱形子弹132位于发射管道131的发射口，充放电回路133包括：可调数字直流电源135、电容组136及多绕电磁短线圈模块137，电容组135，分别与可调数字直流电源135及多绕电磁短线圈模块137相连接，接收可调数字直流电源的控制，并将控制信息传递至多绕电磁短线圈模块；多绕电磁短线圈模块环绕在发射管道外壁上；发射管道上的充放电回路大于或等于一个；外壳，套合在发射管道外侧；且电磁驱动线圈阵列发射器与支撑杆上远离支撑平台的一端相连接。
在一些可选的实施例中，多绕电磁短线圈模块137包括：光电控制开关、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口；光电控制开关与可调数字直流电源、大电流晶闸管、多绕线圈及对外接口相连接。
在电磁驱动线圈阵列发射器中具有大于或等于一个的充放电回路，充放电回路中具有一个多绕电磁短线圈模块，多绕电磁短线圈模块中具有一个多绕线圈；充放电回路与大于或等于一个的独立的单绕线圈构成电磁驱动线圈阵列。以充放电回路的个数为列数，每个回路中单绕线圈的个数为行数，就构成了一个由独立的单绕线圈组成的阵列。该阵列中放电时，同一列的线圈是同时放电的，同一行的线圈是从左往右依次放电的。
拉压双层杆件装置104，包括：压缩实验杆件141、拉伸实验杆件142及双层支撑件143；压缩实验杆件及拉伸实验杆件由双层支撑件支撑后与支撑杆上远离支撑平台的一端相连接；其中，压缩实验杆件141，包括：压缩入射杆144、压缩透射杆145及压缩杆件对中可调套管146，在压缩杆件对中可调套管内部设置有大于或等于一个的支撑环套，每个支撑环套由压缩杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；压缩入射杆及压缩透射杆穿过支撑环套的内环；且支撑环套为压缩入射杆及压缩透射杆提供支撑；在压缩入射杆及压缩透射杆之间贴有应变片。可选地，调节螺丝，在压缩杆件对中可调套管和/或拉伸杆件对中可调套管上呈120°对称分布。
拉伸实验杆件142，包括：拉伸透射杆147、拉伸入射杆148、承压环149及拉伸杆件对中可调套管150；在拉伸杆件对中可调套管内部设置有大于或等于一个的支撑环套，每个支撑环套由拉伸杆件对中可调套管外壁上的调节螺丝夹紧；拉伸透射杆及拉伸入射杆穿过支撑环套的内环；且支撑环套为拉伸透射杆及拉伸入射杆提供支撑；在拉伸透射杆及拉伸入射杆之间贴有应变片601，如图1及图6所示。
拉压共用吸收装置102，位于拉压双层杆件装置中压缩实验杆件141及拉伸实验杆件142的出射口位置，用于吸收加载完成后的应力脉冲。
本实施例的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统可以是多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统、拉压双层微型杆件系统、拉压共用可控电能提供装置、支撑平台以及拉压共用吸收装置；其中，多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统，包括光控多级多绕线圈阵列、发射管道、圆柱形子弹、六自由度调节装置；其中，光控多级多绕线圈阵列，由多个独立的多绕电磁短线圈模块串联组成；其中，多绕电磁短线圈模块，包括：一个光电控制开关、一个大电流晶闸管、一个多绕线圈、一个用于与拉压共用可控电能提供装置相连的接口；其中，多绕线圈由多个独立的单绕线圈并联绕制而成。
六自由度调节装置，包括多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统的横向调节结构、纵向调节结构、高度调节结构、周向锁紧调节结构；其中，的横向调节结构与的纵向调节结构，用于在水平面内对的多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统进行位置的二维平动和转动的三自由度调节，的高度调节结构，用于在垂直面内对的多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统进行高度位置和俯仰角度的调节；的周向锁紧调节结构，用于对的多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统进行周向角度调节与位置固定锁紧。
拉压双层微型杆件系统，包括压缩实验微型杆件系统、拉伸实验微型杆件系统、连接调节固定系统；其中，压缩实验微型杆件系统，包括：压缩入射杆、压缩透射杆、压缩杆件对中可调套管；其中，压缩入射杆、压缩透射杆依次安装在支撑平台的同一水平高度上；压缩杆件对中可调套管，进一步为用于压缩实验的微型杆件对中可调节套管；用于压缩实验的微型杆件对中可调节套管，表面有用于观察与装夹试件的开槽，内部有多个圆筒形支撑环套，每个圆筒形支撑环套外圆都由管外壁上的螺丝夹紧，压缩入射杆和压缩透射杆穿过圆筒形支撑环套的内圆，并被圆筒形支撑环套所支撑，进而使压缩入射杆和压缩透射杆与压缩杆件对中可调套管连接；拉伸实验微型杆件系统，包括：拉伸透射杆、承压环、拉伸入射杆、拉伸杆件对中可调套管；其中，拉伸透射杆、承压环、拉伸入射杆依次安装在支撑平台的同一水平高度上。
拉伸杆件对中可调套管，进一步为用于拉伸实验的微型杆件对中可调节套管；用于拉伸实验的微型杆件对中可调节套管，表面有用于观察与装夹试件的开槽，内部有多个圆筒形支撑环套，每个圆筒形支撑环套外圆都由管外壁上的螺丝夹紧，拉伸透射杆和拉伸入射杆穿过圆筒形支撑环套的内圆，并被圆筒形支撑环套所支撑，进而使拉伸透射杆和拉伸入射杆与拉伸杆件对中可调套管连接。
拉压共用可控电能提供装置，包括：可调数字直流电源以及多级独立电容组模块；其中，多级独立电容组模块由多个独立的电容组模块组成；其中，电容组模块，包括：一个电容组、一个电压表头、一个充电控制开关以及一个用于与所多绕电磁短线圈模块相连的接口；其中，充电控制开关，进一步为电容组充电控制开关；电容组充电控制开关，与可调数字直流电源和电容组采用串联形式连接，控制可调数字直流电源与电容组的导通与断开。
可选地，如图3所示，为本实施例中所述又一种磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，所述充放电回路133，为三级充放电回路，每一级的充放电回路均由可调数字直流电源、电容组及多绕电磁短线圈模块组成；且所述三级充放电回路之间采用并联的形式相连接。
充放电回路133包括可调数字直流电源135、电容组136及多绕电磁短线圈模块137，电容组136包括：第一级电容组模块301、第二级电容组模块302、第三级电容组模块303；多绕电磁短线圈模块137包括：第一级多绕电磁短线圈模块304、第二级多绕电磁短线圈模块305、第三级多绕电磁短线圈模块306。
可调数字直流电源135、第一级电容组模块301与第一级电磁线圈304模块依次连接组成第一级加速发射的充放电回路；可调数字直流电源135、第二级电容组模块302与第二级多绕电磁短线圈模块305依次连接组成第二级加速发射的充放电回路；可调数字直流电源135、第三级电容组模块303与第三级多绕电磁短线圈模块306依次连接组成第三级加速发射的充放电回路。
可选地，电容组136包括：电容组件、电压表头、充电控制开关以及电容接口；充电控制开关与电容组件及可调数字直流电源以串联的形式相连接，电压表头及电容接口与电容组件相连接。三路充放电回路采用并联形式连接，可调数字直流电源135可以设定充放电回路的电压值，各级电容组模块上的开关可控制电容组与可调数字直流电源的通断，各级电容组模块上的电压表头可以实时显示各级电容组中的电压值。
多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统，第一级多绕电磁短线圈模块304、第二级多绕电磁短线圈模块305、第三级多绕电磁短线圈模块306的长度相等，都安装在发射管道上，圆柱形子弹通过聚四氟乙烯弹托的形式置于发射管道的入口处，多绕电磁短线圈模块连同发射管道被圆筒形聚四氟乙烯管包裹并支撑，圆筒形聚四氟乙烯管由高度调节装置连接在支撑平台之上。
在使用本实施例的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统时，如图4和图5所示，图4为调节支撑杆将电磁驱动线圈阵列发射器对准压缩实验杆件的结构示意图；图5为调节支撑杆将电磁驱动线圈阵列发射器对准拉伸实验杆件的结构示意图。所述压缩实验微型杆件系统，包括压缩入射杆、压缩透射杆、压缩杆件对中可调套管；其中，所述压缩杆件对中可调套管，表面有用于观察与装夹试件的开槽，内部有多个圆筒形支撑环套，每个圆筒形支撑环套外圆都由管外壁上的螺丝夹紧，压缩入射杆和压缩透射杆穿过圆筒形支撑环套的内圆，并被圆筒形支撑环套所支撑，进而使压缩入射杆和压缩透射杆与所述压缩杆件对中可调套管连接。
所述拉伸实验微型杆件系统，包括：拉伸透射杆、承压环、拉伸入射杆、拉伸杆件对中可调套管；其中，所述拉伸杆件对中可调套管，表面有用于观察与装夹试件的开槽，内部有多个圆筒形支撑环套，每个圆筒形支撑环套外圆都由管外壁上的螺丝夹紧，拉伸透射杆和拉伸入射杆穿过圆筒形支撑环套的内圆，并被圆筒形支撑环套所支撑，进而使拉伸入射杆和拉伸透射杆与所述拉伸杆件对中可调套管连接，所述承压环位于拉伸透射杆和拉伸入射杆之间，并与两杆紧密接触。
多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统与拉压双层微型杆件系统固定在支撑平台上；其中，多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统由调节系统进行高度调节，当进行压缩实验时，多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统通过六自由度调节装置的高度调节结构调节至与压缩实验微型杆件系统位于同一水平面；当进行拉伸实验时，多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统通过六自由度调节装置的高度调节结构调节至与拉伸实验微型杆件系统位于同一水平面。
多绕线圈由多股铜线并联绕制成一个线圈，每一个线圈中铜线的股数由圆柱形子弹的长度和该线圈在整个串联的多绕电磁短线圈模块的位置优化确定。压缩杆件对中可调套管外壁有沿轴向依次等距分布的四组螺纹通孔，每一组包括三个沿周向互呈120°对称分布的螺纹通孔，螺纹通孔处内部有圆筒形支撑环套，并由螺纹通孔处的螺钉将圆筒形支撑环套固定在压缩杆件对中可调套管内壁处；压缩入射杆与压缩透射杆穿过圆筒形支撑环套，并位于压缩杆件对中可调套管内部。
拉伸杆件对中可调套管外壁有沿轴向依次等距分布的四组螺纹通孔，每一组包括三个沿周向互呈120°对称分布的螺纹通孔，螺纹通孔处内部有圆筒形支撑环套，并由螺纹通孔处的螺钉将圆筒形支撑环套固定在拉伸杆件对中可调套管内壁处；拉伸入射杆与拉伸透射杆穿过圆筒形支撑环套，并位于拉伸杆件对中可调套管内部。
连接调节系统由调节滑块、双层支撑底、双层支撑块、双层支撑顶组成，并按照调节滑块、双层支撑底、压缩杆件对中可调套管、双层支撑块、拉伸杆件对中可调套管、双层支撑顶的顺序依次安装，并由螺栓螺母紧固。
连接调节固定系统，包括高度调节装置、调节滑块、双层支撑底、双层支撑块、双层支撑顶；其中，
高度调节装置位于支撑平台上，当实现高度调节时，高度调节装置上的丝杠螺母结构顺时针或者逆时针旋转，并由螺钉锁紧固定，当实现横向调节时，高度调节装置在支撑平台上横向滑动，并由螺钉锁紧固定；调节滑块位于高度调节装置顶端，并由螺钉紧固；双层支撑底位于调节滑块上方，当实现纵向调节时，双层支撑底在调节滑块上纵向滑动，并由螺栓螺母锁紧固定；双层支撑块位于压缩实验微型杆件系统与拉伸实验微型杆件系统之间，并将压缩实验微型杆件系统与拉伸实验微型杆件系统分离，当压缩实验微型杆件系统实现转动调节时，压缩实验微型杆件系统可在双层支撑底与双层支撑块之间转动，并由二者夹紧，当拉伸实验微型杆件系统实现转动调节时，拉伸实验微型杆件系统可在双层支撑块与双层支撑顶之间转动，并由二者夹紧；双层支撑底与双层支撑顶由螺栓螺母锁紧固定，进而将压缩实验微型杆件系统与拉伸实验微型杆件系统锁紧固定。
将本发明用于霍普金森压杆实验时，首先进行杆件的对中调节。调节压缩杆件对中可调套管外圆管壁上的调节螺丝，进而调节内部圆筒形支撑环套的位置，进而使压缩入射杆和压缩透射杆的轴线对正，并处于同一个水平高度上，随后调节多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统的高度调节装置，使多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统的发射管道的轴线与压缩入射杆和压缩透射杆的轴线对正，并处于同一个水平高度上。霍普金森压杆实验的工作过程是：圆柱形子弹预置在第一级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第一级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关由于被遮挡而产生电压信号，驱动第一级多绕电磁短线圈模块的大电流晶闸管，使其处于导通状态，从而第一级加速发射的充放电回路导通，第一级多绕电磁短线圈模块将第一级电容组模块中储存的电能转化为动能，以电磁力的形式将圆柱形子弹向右发射出去，圆柱形子弹在发射管道内加速穿过第一级多绕电磁短线圈模块，在圆柱形子弹的中心到达第一级多绕电磁短线圈模块中心之前，第一级电容组模块中储存的电能已充分释放，第一级加速发射的充放电回路中电流变为0，不再对圆柱形子弹产生力的作用。圆柱形子弹由于惯性继续向右运动，到达第二级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第二级加速发射的充放电回路工作过程与第一级相同，在此不再赘述。圆柱形子弹由于惯性继续向右运动，到达第三级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第三级加速发射的充放电回路工作过程与第一级相同，在此不再赘述。经过三级加速之后，圆柱形子弹撞击压缩入射杆在杆中形成压缩波，压缩波对夹在压缩入射杆与压缩透射杆之间的压缩试样进行压缩加载，压缩试样的应力状态由贴在压缩入射杆和压缩透射杆上的应变片测量得到。加载完成后的应力脉冲由吸收装置吸收。
将本发明用于霍普金森拉杆实验时，首先进行杆件的对中调节。调节拉伸杆件对中可调套管外圆管壁上的调节螺丝，进而调节内部圆筒形支撑环套的位置，进而使拉伸透射杆和拉伸入射杆的轴线对正，并处于同一个水平高度上，随后调节多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统的高度调节装置，使多级多绕磁阻式电磁驱动线圈阵列发射系统的发射管道的轴线与压缩入射杆和压缩透射杆的轴线对正，并处于同一个水平高度上。霍普金森拉杆实验的工作过程是：圆柱形子弹预置在第一级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第一级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关由于被遮挡而产生电压信号，驱动第一级多绕电磁短线圈模块的大电流晶闸管，使其处于导通状态，从而第一级加速发射的充放电回路导通，第一级多绕电磁短线圈模块将第一级电容组模块中储存的电能转化为动能，以电磁力的形式将圆柱形子弹向右发射出去，圆柱形子弹在发射管道内加速穿过第一级多绕电磁短线圈模块，在圆柱形子弹的中心到达第一级多绕电磁短线圈模块中心之前，第一级电容组模块中储存的电能已充分释放，第一级加速发射的充放电回路中电流变为0，不再对圆柱形子弹产生力的作用。圆柱形子弹由于惯性继续向右运动，到达第二级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第二级加速发射的充放电回路工作过程与第一级相同，在此不再赘述。圆柱形子弹由于惯性继续向右运动，到达第三级多绕电磁短线圈模块的光电控制开关处，第三级加速发射的充放电回路工作过程与第一级相同，在此不再赘述。如图6所示，为本实施例中磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统中试件和承压环与杆件的连接示意图，经过三级加速之后(以在拉伸实验杆件中的情况为例说明)，圆柱形子弹撞击拉伸透射杆147在杆中形成压缩波，压缩波经过承压环602传入拉伸入射杆148中，在拉伸入射杆右端面反射，产生加载拉伸波，加载拉伸波对装夹在拉伸透射杆和拉伸入射杆之间的拉伸试样进行拉伸加载，拉伸试样603的应力状态由贴在拉伸入射杆和拉伸透射杆上的应变片测量得到。加载完成后的应力脉冲由吸收装置102吸收。
通过上述实施例可知，本发明的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，达到了如下的有益效果：
(1)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，根据磁阻式电磁发射原理，当子弹中心经过线圈中心后，电磁线圈会对子弹产生一个反向作用力，使用多级短线圈长子弹的配置可减弱涡流减速力的影响，可以实现子弹的长度根据需要在一定范围内随意调节，同时缩短电磁发射系统的长度，进而缩短整个装置的长度。
(2)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用优化的多绕结构即并联缠绕的短线圈使整个回路的电阻和线圈的电感大大减小，从而使瞬时放电电流峰值明显增加，放电时间极大缩短，在子弹中心通过线圈中心之前完成整个放电过程，省去了快速断开线圈电流回路的设计，既避免了涡流减速力的减速作用，又提高了能量转化率，大大增加了子弹发射速度和效率。
(3)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用双层结构设计，缩短了传统的同时具有压缩和拉伸功能的霍普金森杆装置在长度方向上的尺寸，充分利用了宽度方向和高度方向的空间，使整个装置紧凑小巧，更适合在桌面上操作，同时省去了一套子弹发射系统。
(4)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，可调数字直流电源能够精确调节充电电压，提高了装置的可控性与可重复性，同时将电容组和线圈进行了模块化设计，提高了装置的易操作性。
(5)本发明所述的磁阻式拉压双层微型霍普金森杆系统，使用杆件对中可调套管对杆件系统进行支撑和位置固定，解决了杆件对中时难度大、操作复杂的问题，同时也对杆件系统起到了保护作用。
虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。