专利名称：含缺陷流变体热致磁效应采集与测试系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及材料研究与测量领域，具体是一种含缺陷流变体热致磁效应采 技术背景含缺陷流变物体在外载荷作用下会出现裂纹扩展过程，其中所说的含缺陷 流变物体是指其内部含有微孔洞、微裂纹或其它缺陷的物体。这类物体受到外 载荷(如拉应力)作用时，其内部缺陷会随着拉应力的增加而不断扩展。随着 塑性变形的增加和变形热的产生，在裂纹扩展过程中将伴随一微弱热致磁效应。 即使象聚合物这样的非铁磁体材料也是如此，只是此效应的大小不同、及剩磁 保留的时间长短不同而已。现有研究主要是针对硬磁材料(又称永磁材料或恒 磁材料)或软磁材料在外加电磁场作用下的物理力学性能等展开的研究，主要 研究这些铁磁材料或铁氧体材料的磁致伸縮现象。未见对高聚物这类非铁磁材 料在广义外载荷作用下所产生的热致磁效应进行定量测量的报道。此前，袁龙蔚从理论上研究了含缺陷流变性材料裂尖断裂过程区的热力学 性和电磁性，指出材料的破坏过程不是纯粹的力学过程，认为热传导方程应包 括电磁场的贡献，并且导出了电磁能通量矢量的整体动量平衡和能量平衡方程。 发明内容本发明的目的是基于现有技术，实现一种含缺陷流变体热致磁效应采集和测量系统，对含缺陷pvc板材破坏过程中变形区附近区域的热致磁感应强度、变形区附近区域的红外热图像、变形区附近区域的形变图像进行即时数据采集，为建立含缺陷pvc板材破坏过程中形变、热、磁关系及其演化过程提供测量数据，为含缺陷流变性物体的材料破坏机理研究提供测试方法和手段。为达到上述发明目的，本发明采取的技术方案是 一种含缺陷流变体热致 磁效应采集与测试系统，包括传感器组，热相、图像同步采集装置和电源，其 中传感器组上连接有步进电机驱动机构和PC数采系统，所述传感器组包括在检测平面上呈8X8矩阵排列的64个SS495线性霾尔传感器，采用3个8选1多 路开关作为正、负电源和输出端的控制开关，每8个传感器为一组按列路、行 路和45度方向连接成三维矩阵;所述输出端控制开关的输出端接入硬件校正电 路的正相输入端，且有PC数采系统的D/A转换通道输出端接入硬件校正电路的 反相输入端，其输出端接入数采系统的A/D转换通道输入端。其中热相同步采集装置为红外热相仪，图像同步采集装置为数码相机。所 述步进电机驱动机构连接有微动开关。且上述电源采用高稳定度电源。硬件校 正电路即采用一般差动放大电路。本发明提供的上述含缺陷流变体热致磁效应采集和测量系统为建立含缺陷 PVC板材破坏过程中形变、热、磁关系及其演化过程提供测量数据，为含缺陷 流变性物体的材料破坏机理研究提供了测试方法和手段。以下将结合附图和实施例对本发明工作原理进行详细描述
图1含缺陷流变体热致磁效应测量系统的结构示意图； 图2含缺陷流变体热致磁效应测量系统传感器电原理图； 在附图中l-材料拉伸机上夹头 2-列供电多路开关 3-行供电多路开关 4-输出多路开关 5-硬件校正电路 6-传感器7-步进电机伺服机构 8-伺服机构支架 9-材料拉伸机下夹头IO-高稳定度电源 11-排线 12-PC数采系统13-红外热相仪 14-数码相机 15-微动开关16-试件
具体实施例方式实施例中系统结构如图1所示，包括传感器组件、步进电机伺服机构7、 微动开关15、高稳定度电源IO、 PC数采系统12，红外热相仪13，数码相机14等部分组成。试件16放在材料拉伸机上夹头1和材料拉伸机下夹头9之间固定，进行测 量试验。材料拉伸机上有伺服机构支架8用来支撑测量系统中的步进电机伺服 机构7。测量系统中传感器组件包括8X8线性霍尔传感器6、列供电多路开关2， 行供电多路开关3，输出多路开关4，硬件校正电路5组成。列供电多路开关2 分时对8列线性霍尔传感器提供列扫描供电，行供电多路开关3分时对8行线 性霍尔传感器提供行扫描供电，输出多路开关4按45度方向将64个传感器接 成8组，与行列扫描供电多路开关配合实现传感器矩阵三维连接，实现传感器 组的64选1信号的分时输出。硬件校正电路5是一个差动放大电路，PC数采系统保存的64路传感器原 始零点误差信号分时由D/A转换通道输出，送到硬件校正电路5的反相输入端， 与直接由传感器组输出的信号相减，实现传感器零点的校正。高稳定度电源io 为传感器组提供正、负电源。红外热相仪13和数码相机14用于同步采集试件在拉伸过程中的红外热相 和形变图像，实现磁相、热相、图像与应力应变曲线的同步采集。根据试件在 拉伸过程中传感器中心与形变区域的相对位置变化，由微动开关15控制输入步进电机伺服机构7的脉冲流的通断，驱动步进电机伺服机构7带动传感器中心位置向形变区域中心移动，从而使传感器中心始终对准被测量区域，实现对形变区域的跟随。实现这一功能的方法是微动开关15的支撑杆一端与试件16原始裂纹处交接，另一端与伺服机构支架8相连，其触点与传感器支撑杆接触。 调整微动开关15在支撑杆上的位置，可以实现拉伸全过程传感器始终对准形变 区域，实现对形变区域的跟随。DG408A作为正电源引入开关，控制Ao,Ai，A2对象素阵列实现列扫描供电， 每次接通8个象素的正电源。DG408B作为负电源引入开关，控制A3,A4，A5对 传感器象素阵列实现行扫描供电，每次接通8个象素的负电源。将同时接通正 负电源的象素作为该时刻的工作象素，其余为非工作象素，为了使只有行和列 同时供电的象素才能输出信号，且避免单独接通正电源和单独接通负电源的象 素对工作象素形成负载，降低工作象素的灵敏度，将64个象素的输出端按45 度方向，每8个并联为一组，分成8组接到DG408C组成输出切换开关的8个 输入端，由控制DG408C的A6,A7，A8分时接通各组信号到输出端D，由图可知， DG408A， DG408B实现行列扫描供电时，按45度方向连接的8个象素中，只 有一个是同时接通正、负电源的工作象素，其余是正、负电源完全浮空的7个 非工作象素。这种联结方式将64个象素按正、负电源和输出接成了三维矩阵方 式，这种三维矩阵方式完全避免了非工作象素对工作象素的负载效应，大大提 高了工作象素的灵敏度。DG408C的共同端D与二次放大器相连。只需一个放 大器就能够对64个象素的输出信号进行分时放大，降低了硬件成本。传感器由 步进电机驱动的一维伺服机构驱动。根据试件在拉伸过程中传感器中心与形变 区域的相对位置变化，由微动开关控制输入步进电机的脉冲流的通断，驱动步 进电机带动伺服机构，使传感器中心位置向形变区域中心移动，从而使传感器中心始终对准被测量区域，实现对形变区域的跟随。工作时，红外热相仪13组成的红外热相采集系统将红外热相仪设置为触发 拍摄方式，利用PC机经过数据采集卡数字信号输出接口输出触发信号，定时采集PVC板材在拉伸破坏过程中的热相信息。数码相机14组成的图像采集系统同 样将数码相机设置为触发拍摄方式，利用PC数采系统经过其数据采集卡数字信 号输出接口输出另一路触发信号，同步采集PVC板材在拉伸破坏过程中的形变 图像信息。同时结合材料拉伸机自身采集的应力应变曲线，该系统便可获得PVC 板材拉伸破坏过程中的热致磁场平面分布信息(磁相信息)，红外热图(热相信 息)，数字图像信息和应力应变曲线，为含缺陷流变体破坏机理研究提供了多参 量研究测试手段和方法。
权利要求
1、一种含缺陷流变体热致磁效应采集和测量系统，包括传感器组，热相、图像同步采集装置和电源，其中传感器组上连接有步进电机驱动机构和PC数采系统，其特征在于，所述传感器组包括在检测平面上呈8×8矩阵排列的64个SS495线性霍尔传感器，采用3个8选1多路开关作为正、负电源和输出端的控制开关，每8个传感器为一组按列路、行路和45度方向连接成三维矩阵；所述输出端控制开关的输出端接入硬件校正电路的正相输入端，且有PC数采系统的D/A转换通道输出端接入硬件校正电路的反相输入端，其输出端接入数采系统的A/D转换通道输入端。
2、 根据权利要求1所述含缺陷流变体热致磁效应采集和测量系 统，其特征在于，热相同步采集装置为红外热相仪，图像同步采集装 置为数码相机。
3、 根据权利要求1所述含缺陷流变体热致磁效应采集和测量系 统，其特征在于，所述步进电机驱动机构连接有微动开关。
4、 根据权利要求1-3之一所述含缺陷流变体热致磁效应采集和 测量系统，其特征在于，所述硬件校正电路为差动放大电路。
全文摘要
本发明公开一种含缺陷流变体热致磁效应采集与测试系统，包括传感器组，热相、图像同步采集装置和电源，其中传感器组上连接有步进电机驱动机构和PC数采系统，所述传感器组包括在检测平面上呈8×8矩阵排列的64个SS495线性霍尔传感器，采用3个8选1多路开关作为正、负电源和输出信号的控制开关，每8个传感器为一组按列路、行路和45度方向连接成三维矩阵。本发明为含缺陷流变性物体的材料破坏机理研究提供了多元测试方法和手段。
文档编号G01N25/00GK101261245SQ200810031098
公开日2008年9月10日 申请日期2008年4月18日 优先权日2008年4月18日
发明者张永忠, 杨占宇, 粟建新, 罗迎社, 邓旭华, 邓瑞基, 陈胜铭, 马敏伟 申请人:中南林业科技大学