用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，它包括底座以及设置在底座上的介质槽(1)，其特征在于它还包括力载装置与热载装置，所述力载装置包括固定弯梁(7)、活动弯梁(2)、驱动活动弯梁(2)左右移动的驱动机构，所述固定弯梁(7)固定在底座上，所述活动弯梁(2)与驱动机构连接并能在驱动机构的驱动作用下沿介质槽(1)左右移动，在所述固定弯梁(7)与活动弯梁(2)上分别设有相互对应的夹具头(3)；所述热载装置包括均设置在介质槽(1)上的电加热器(10)与半导体制冷器(11)。本发明不仅结构简单，而且成本低廉，还能实现对试件力、热的同步加载，因此适合推广使用。
【专利说明】用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于扫描声学显微镜原位检测的加载装置，尤其涉及一种用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置。
【背景技术】
[0002]扫描声学显微镜(Scanning Acoustic Microscope,以下简称为SAM)作为一种功能独特、有实用价值的显微检测仪器，自上世纪80年代以来得到快速发展，与常规无损检测相比，SAM具有透视材料内部和高分辨力、快速成像等特点，用于观察材料与器件不同深度的显微结构和缺陷，并可反映出被测样品的机械弹性参数分布，在电子、机械、国防、航空航天、生物、医学、材料研究等众多领域和行业得到日益广泛应用，并取得了显著的经济效益和社会效益。
[0003]迄今为止，世界范围内的SAM设备，均只能静态地检测材料与器件不同深度显微结构和缺陷，无法对材料与器件在力、热或同步作用下其不同深度的结构与缺陷的细微变化进行原位、动态监测，这使得其在电子、机械、装备、材料研究等众多领域的应用受到了很大的限制。
[0004]因此，有必要设计研制SAM的热力同步加载装置，拓展SAM扫描技术的热力检测功能，实现对材料与器件在力、热同步加载的同时，对其不同深度的结构与缺陷的细微变化进行原位、动态监测。
【发明内容】
[0005]本发明的目的之一在于针对上述不足，提供一种用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，以期望解决目前传统的扫描声学显微镜技术仅能对材料表面物理性能进行静态检测，而无法对材料在力、热交替或复合作用下的性能变化进行原位动态检测的技术局限问题。
[0006]发明的目的通过下述技术方案实现:
[0007]用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，它包括底座以及设置在底座上的介质槽，它还包括力载装置与热载装置，所述力载装置包括固定弯梁、活动弯梁、驱动活动弯梁左右移动的驱动机构，所述驱动机构安装在底座上，所述固定弯梁固定在底座上，所述活动弯梁与驱动机构连接并能在驱动机构的驱动作用下沿介质槽左右移动，在所述固定弯梁与活动弯梁上分别设有相互对应的夹具头；所述热载装置包括均设置在介质槽上的电加热器与半导体制冷器。
[0008]根据本发明的一个实施例，所述驱动机构包括均安装在底座上的电机与丝杠，所述电机与丝杠通过皮带轮连接，在所述活动弯梁上设有与丝杠相配合的螺纹孔。
[0009]根据本发明的一个实施例，所述丝杠为滚珠丝杠。
[0010]根据本发明的一个实施例，在所述活动弯梁上还设有导向杆，所述导向杆安装在底座上，且该导向杆与丝杠相平行。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述导向杆设为两个，该两个导向杆分别位于丝杠的上方以及下方，且该两个导向杆的中心轴线与丝杠的轴心轴线位于同一竖直面内。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述半导体制冷器为若干个，该若干个半导体制冷器阵列在介质槽的底部。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述电加热器为绝缘电加热器。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述电加热器设置在介质槽的内底面上。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述固定弯梁与活动弯梁均为倒U形，且该固定弯梁与活动弯梁均由不锈钢制作而成。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述夹具头为拉头或压头，该夹具头通过螺钉连接在固定弯梁或活动弯梁上。
[0017]本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果:
[0018](I)本发明不仅结构简单，而且成本低廉，该力热同步加载装置包括力载装置与热载装置，其力载装置中，通过驱动机构驱动活动弯梁左右运动即可对浸于介质槽中的液体声耦合介质中的试件施加压缩力或拉伸力；其热载装置中，通过电加热器对介质槽中的液体声耦合介质加热即可实现对试件的加热，通过半导体制冷器对介质槽中的液体声耦合介质制冷即可实现对试件的制冷，从而实现对试件在力、热同步加载的同时，结合SAM技术对其不同深度的结构与缺陷的细微变化进行原位、动态监测。
[0019](2)本发明的驱动机构包括电机与丝杠，所述丝杠与活动弯梁连接，所述电机与丝杠之间通过皮带轮连接，在电机的带动下，通过丝杠的作用即可驱动活动弯梁左右运动，从而实现对试件施加压缩力或拉伸力的目的。
[0020](3)本发明的活动弯梁上设有导向杆，通过导向杆可在活动弯梁左右运动时对活动弯梁进行导向，从而使活动弯梁左右运动得更加平稳。
[0021](4)本发明的固定弯梁与活动弯梁均为倒U形，倒U形结构的固定弯梁与活动弯梁可以避开扫描声学显微镜的扫描槽，同时还能将来自于介质槽外的力传递给介质槽中的试件。
[0022](5)本发明的夹具头为拉头或压头，该夹具头通过螺钉连接在固定弯梁或活动弯梁上，需要对试件施加压缩力时将一对压头分别通过螺钉连接在固定弯梁以及活动弯梁上；需要对试件施加拉伸力时，将固定弯梁与活动弯梁上的压头拆下，换上拉头即可。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的整体结构示意图。
[0024]其中，附图中的附图标记所对应的名称为:
[0025]I一介质槽，2—活动弯梁，3—夹具头，4一试件，5—导向杆，6—丝杠，7—固定弯梁，8—皮带轮，9 —电机，10 —电加热片，11—半导体制冷器。
【具体实施方式】
[0026]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明:
[0027]实施例
[0028]如图1所示，本发明的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，它包括底座，所述底座用于支撑整个装置。在所述底座上设有介质槽1，所述介质槽I通过位于该介质槽I下方的四个支脚安装在底座上，从而使该介质槽I与底座之间的距离为支脚高度。所述介质槽I为底端封闭且上端开口的半封闭结构，该介质槽I整体呈矩形结构，该介质槽I的底面为铜板，在该介质槽I的槽壁外表面设有保温层结构。本发明添加在介质槽I中的介质为蒸馏水或甘油等声耦合介质。
[0029]本发明力热同步加载装置还包括力载装置与热载装置，所述力载装置包括固定弯梁7、活动弯梁2以及驱动机构。所述固定弯梁7与活动弯梁2均为倒U形，且该固定弯梁7与活动弯梁2均由不锈钢制作而成。所述固定弯梁7固定在底座上，且该固定弯梁7位于介质槽I的右端，倒U形的固定弯梁7的两个支耳分别位于介质槽I右侧壁的内外两侧，如图1所示，该固定弯梁7与介质槽I不接触。所述活动弯梁2位于介质槽I的后侧，倒U形的该活动弯梁2的两个支耳则分别位于介质槽I后侧壁的内外两侧，如图1所示，该活动弯梁2与介质槽I不接触，且该活动弯梁2可沿介质槽I的后侧壁左右移动。在所述固定弯梁7与活动弯梁2上分别设有相互对应的夹具头3，所述夹具头3为压头或拉头，该夹具头3通过螺钉可拆卸式连接在固定弯梁7或活动弯梁2上。测试试件4的压缩负荷时，将一对压头分别通过螺钉连接在固定弯梁7以及活动弯梁2上，然后将试件4安装在两个压头之间，活动弯梁2向右运动即可对试件4形成压缩负荷。测试试件4的拉伸负荷时，将固定弯梁7以及活动弯梁2上的压头拆下，并将一对拉头分别通过螺钉连接在固定弯梁7以及活动弯梁2上，然后将试件4安装在两个拉头之间，活动弯梁2向左运动即可对试件4形成拉伸负荷。
[0030]所述驱动机构用于驱动活动弯梁2左右运动，该驱动机构包括电机9与丝杠6，所述电机9与丝杠6均安装在底座上，且所述丝杠6位于介质槽I后侧壁的外侧。本发明使用的电机9为伺服电机，本发明使用的丝杠6为滚珠丝杠，该电机9与丝杠6通过皮带轮8相连接。为了便于与丝杠6连接，从而在电机的作用下通过丝杠6带动活动弯梁2左右运动，在所述活动弯梁2上设有与丝杠6相配合的螺纹孔，所述丝杠6与活动弯梁2上的螺纹孔配合后连接在活动弯梁2上，如图1所示。
[0031]为了保证活动弯梁2能更加平稳的左右运动，在所述活动弯梁2上还设有导向杆5，所述导向杆5为圆柱形光杆，该导向杆5与丝杠6相平行。在所述活动弯梁2上设有与导向杆5相配合的通孔，所述导向杆5与活动弯梁2上的通孔配合后连接在活动弯梁2上，所述活动弯梁2的通孔与导向杆5之间为间隙配合，该活动弯梁2能沿导向杆5无障碍左右运动。本发明的导向杆5设为两个，该两个导向杆5分别位于丝杠6的上方以及下方，且该两个导向杆5的中心轴线与丝杠6的轴心轴线位于同一竖直面内，如图1所示。
[0032]所述热载装置包括电加热器10与半导体制冷器11，所述电加热器10为绝缘电加热器，该电加热器10设置在介质槽I的内底面上，如图1所示。在所述介质槽I中加入液体介质后，介质将淹没电加热器10，同时，介质还将淹没试件4。所述半导体制冷器11为若干个，该若干个半导体制冷器11阵列在介质槽I的底部，并位于介质槽I的外侧，如图1所示。使用时，将电加热器10连接电源，即可对介质槽I中的液体介质加热，从而通过液体介质对试件4加热。将半导体制冷器11连接电源，即可对介质槽I中的液体介质制冷，从而通过液体介质对试件4制冷。
[0033]本发明通过自动控制系统控制电机9的转速，从而控制活动弯梁2左右运动的速度以及距离，以保证准确控制对试件4施加的压缩负荷与拉伸负荷。同时，本发明通过该自动控制系统控制电加热器10对介质槽I中的液体介质加热，并通过该自动控制系统控制半导体制冷器11对介质槽I中的液体介质进行制冷。所述自动控制系统包括单片机、温度控制器、测量控制单元，所述温度控制器与测量控制单元均与单片机连接。
[0034]所述温度控制器还分别与电加热器10以及半导体制冷器11电连接，从而实现自动控制电加热器10的加热以及半导体制冷器11的制冷，所述电加热器10与半导体制冷器11对介质槽I中的液体介质加热制冷的温度范围控制在2°c?90°C。在所述介质槽I中还设有温度传感器，所述温度传感器与温度控制器电连接，通过该温度传感器可将介质槽I中液体介质的实际温度反馈至温度控制器，使单片机可根据该反馈的温度信息再通过温度控制器控制电加热器10或半导体制冷器I的工作。
[0035]所述测量控制单元与电机9电连接，从而控制电机9工作时的转速。在电机9与测量控制单元之间还连接有位移传感器，同时，在所述固定弯梁2上还设有力传感器，该力传感器与测量控制单元电连接，从而将试件4受到的压缩力或拉伸力信息反馈至测量控制单元，以便于单片机根据该反馈的试件4的受力信息再通过测量控制单元控制电机9的工作。
[0036]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，它包括底座以及设置在底座上的介质槽(I)，其特征在于它还包括力载装置与热载装置，所述力载装置包括固定弯梁(7)、活动弯梁(2)、驱动活动弯梁(2)左右移动的驱动机构，所述驱动机构安装在底座上，所述固定弯梁(7)固定在底座上，所述活动弯梁(2)与驱动机构连接并能在驱动机构的驱动作用下沿介质槽(I)左右移动，在所述固定弯梁(7)与活动弯梁(2)上分别设有相互对应的夹具头(3);所述热载装置包括均设置在介质槽(I)上的电加热器(10)与半导体制冷器(11)。
2.按照权利要求1所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述驱动机构包括均安装在底座上的电机(9)与丝杠(6)，所述电机(9)与丝杠(6)通过皮带轮(8)连接，在所述活动弯梁(2)上设有与丝杠(6)相配合的螺纹孔。
3.按照权利要求2所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述丝杠(6)为滚珠丝杠。
4.按照权利要求2或3所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于在所述活动弯梁(2)上还设有导向杆(5)，所述导向杆(5)安装在底座上，且该导向杆(5)与丝杠(6)相平行。
5.按照权利要求4所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述导向杆(5)设为两个，该两个导向杆(5)分别位于丝杠(6)的上方以及下方，且该两个导向杆(5)的中心轴线与丝杠(6)的轴心轴线位于同一竖直面内。
6.按照权利要求1?3任一项所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述半导体制冷器(11)为若干个，该若干个半导体制冷器(11)阵列在介质槽⑴的底部。
7.按照权利要求1?3任一项所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述电加热器(10)为绝缘电加热器。
8.按照权利要求7所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于:所述电加热器(10)设置在介质槽(I)的内底面上。
9.按照权利要求1?3任一项所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述固定弯梁(7)与活动弯梁(2)均为倒U形，且该固定弯梁(7)与活动弯梁(2)均由不锈钢制作而成。
10.按照权利要求1?3任一项所述的用于扫描声学显微镜原位检测的力热同步加载装置，其特征在于所述夹具头(3)为拉头或压头，该夹具头(3)通过螺钉连接在固定弯梁(7)或活动弯梁(2)上。
【文档编号】G01N29/22GK104049035SQ201410315343
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月3日 优先权日:2014年7月3日
【发明者】张伟斌, 杨占锋, 田勇, 李敬明, 牟秀发, 董青松, 杨仍才 申请人:中国工程物理研究院化工材料研究所