本申请公开了一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置。本申请的多场耦合加载装置，包括应力加载和测试组件、温度加载组件和磁场加载组件；应力加载和测试组件包括起支撑作用的四条平行导向杆，导向杆由左至右依序安装第一固定板、力传感器、左夹具、右夹具、弹簧活动板、弹簧组、第二固定板和应力加载器；温度加载组件包括左右两个加热环，加热环分别设置于左右夹具的夹头上；磁场加载组件包括具有两竖立臂的支架，两竖立臂分别安装于导向杆组的前后，两竖立臂上设有磁性元件。本申请的装置，首次研发并实现了应力、温度和磁场多场耦合加载，为磁性材料磁结构演变微观机制的多场原位研究奠定了基础，适用于各不同中子源中子散射谱仪。
【技术实现步骤摘要】
一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置
本申请涉及中子散射应用中的样品检测辅助设备领域，特别是涉及一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置。
技术介绍
中子具有磁矩，可以和磁性原子的磁矩发生相互作用。因此，中子散射是探测材料微观磁畴、磁结构，研究磁性能结构起源的绝佳工具。然而材料的磁畴和磁结构根据其所处的温度、磁场和应力状态的不同会发生变化。尤其是作为驱动器和传感器等智能器件使用的铁磁智能合金，为了实现循环驱动和重复响应，需要对此类材料进行多场耦合加载。为了研究不同温度-应力-磁场多场耦合加载条件下磁性材料磁结构演变的微观机制，需要采用中子散射方法原位观测其磁畴和磁结构的变化过程。然而，世界各大中子源现有用于中子散射的原位样品环境装置大多仅限于单一外场加载，如广泛使用的电/超导磁铁、大型拉/压力加载机、低温腔体和高温炉等。尽管有将低温腔与超导磁铁结合起来的温度-磁场加载装置，但由于其内部空间限制，一般都不能与应力加载装置配合使用。而且相关装置体积庞大，拆卸运输困难，无法在各不同中子源的中子散射谱仪上通用。其他大型装置一般很难配合使用，因此不能满足在原位中子散射实验中模拟磁性材料实际服役过程中某些需要多场耦合加载的复杂使用环境的需求。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种结构改进的新的用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置。本申请采用了以下技术方案：本申请公开了一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置，包括应力加载和测试组件1、温度加载组件2和磁场加载组件3；应力加载和测试组件1包括两个平行的导向杆组11，每个导向杆组包括两条导向杆，共计四条导向杆，四条导向杆分别用于支撑应力加载和测试组件1的各组成部件的四个角；在两个平行的导向杆组11上由左至右依序安装有第一固定板12、力传感器13、左夹具14、与左夹具14对应的右夹具15、弹簧活动板16、弹簧组17、第二固定板18和应力加载器19；其中，第一固定板12、力传感器13和第二固定板18固定安装在导向杆组11上；左夹具14、右夹具15、弹簧活动板16可滑动的安装于导向杆组11上；弹簧组17由四个弹簧组成，四个弹簧分别套于四条平行的导向杆上，弹簧组17的两端分别连接弹簧活动板16和第二固定板18；应力加载器19可左右活动的安装于第二固定板18上，应力加载器19的应力加载头19-1指向右夹具15，用于对固定在左夹具14和右夹具15之间的样品4加载应力，并且，应力加载器19与弹簧活动板16固定连接，在弹簧组17的作用下，使得应力加载器19与右夹具15保持接触状态；温度加载组件2包括两个左右设置的圆形加热环21和22，左夹具14和右夹具15分别具有一个样品夹头141和151，样品夹头141和151用于夹持样品两端，两个圆形加热环21和22分别固定设置在两个样品夹头141和151上，用于给样品加热；磁场加载组件3包括支架，支架具有两个竖立臂311和312，两个竖立臂311和312可拆卸的分别安装在两个平行的导向杆组11的前后方位；两个竖立臂311和312上分别设置有一组磁性元件32和33，两组磁性元件32和33可拆卸的安装于样品夹头141和151相应的高度，用于给样品加载磁场。本申请的便携式原位多场耦合加载装置，其中，两个平行的导向杆组11主要用于整个应力加载和测试组件1的支撑及加载力的导向。左夹具14和右夹具15分别固定样品4两端，左夹具14和右夹具15只对样品有导向及保持作用，不会对样品产生额外能量损耗，使检测应力的力传感器13能够真实反映样品的受力情况。本申请的便携式原位多场耦合加载装置能够为样品提供应力、温度和磁场多场耦合加载条件，为磁性材料磁结构演变的微观机制研究奠定了基础。需要说明的是，本申请涉及的左、右、前、后等方向都是以图1所示方位为准，也就是原位多场耦合加载装置正常平放面向操作人员的视角方位。优选的，应力加载器19为无磁螺旋加载器。本申请的一种实现方式中，无磁螺旋加载器的加载步进精度能达到±0.01mm，最大压力加载范围为0～1000N左右，精度为±2N。优选的，磁性元件为永磁铁或电磁铁。优选的，样品夹头141和151由低散射背底材料制成，样品夹头141和151的一端用于夹持样品，另一端固定安装在左夹具14或右夹具15上，并且由绝热材料将样品夹头141和151与左夹具14或右夹具15隔开。优选的，低散射背底材料为纯铝或Ti-Zr合金。需要说明的是，本申请是通过圆形加热环21和22对样品夹头141和151进行接触加热，然后再热传导给样品，也就是说，样品夹头141和151起夹持和热传导作用；因此，样品夹头141和151必须采用低散射背底材料制备，以提高热加载效率。与此同时，为了避免受热的样品夹头141和151将热能传递给样品以外的其它组件，本申请优选的方案中，在样品夹头141和151和其对于左夹具14和右夹具15之间设置绝热材料。样品夹头141和151可根据不同样品大小和形状把紧贴样品端面加工成不同尺寸的凹槽，也可直接加工成可用于不同形状样品的平面端面，在此不做具体限定。优选的，本申请的便携式原位多场耦合加载装置还包括温度测量组件5，温度测量组件5由热电偶和无磁弹簧组成，热电偶通过所述无磁弹簧固定于样品4中间的正下方，使用时，热电偶的端部与样品接触，实现温度测量；优选的，无磁弹簧为无磁合金材料制备的弹簧。本申请的一种实现方式中，加热环21和22采用程控电源和温度控制系统进行远程控制，具体的，通过热电偶将测得的样品表面温度反馈给温度控制系统，温度控制系统根据设定的温度控制程控电源的开启或关闭，以此控制电加热丝加热或关闭。因此，本申请的便携式原位多场耦合加载装置还包括温度测量组件5，温度测量组件5由热电偶和无磁弹簧组成，热电偶通过无磁弹簧固定于样品4中间的正下方，使用时，热电偶的端部与样品接触，实现温度测量；优选的，无磁弹簧为无磁合金材料制备的弹簧。优选的，本申请的便携式原位多场耦合加载装置还包括磁场测量组件，磁场测量组件由高斯计和夹具组成，使用时，夹具将高斯计的霍尔探头固定，保持其前端置于样品4的底部并靠近样品4处，以对样品4处所感受到的实际磁场大小进行测试。优选的，磁场加载组件3中，两组磁性元件32和33的间距可调，以此实现调整两组磁性元件之间的磁场大小。需要说明的是，两组磁性元件之间的磁场大小可以通过两组磁性元件的间距可调，而对于电磁铁来说，除此之外，还可以通过控制电流来控制磁场大小。优选的，弹簧组17中，弹簧由无磁或弱磁合金材料制备；更优选的，弹簧由青铜、无磁钢或316不锈钢制备。需要说明的是，因为考虑到需要加载磁场，为了避免弹簧受磁场影响，进而影响应力的加载，本申请优选的采用无磁或弱磁合金材料制备弹簧，例如青铜、无磁钢、316不锈钢等。本申请的有益效果在于：本申请的便携式原位多场耦合加载装置，首次研发并实现了应力、温度和磁场多场耦合加载，为磁性材料磁结构演变的微观机制的多场原位研究奠定了基础。并且，本申请的便携式原位多场耦合加载装置结构小巧，能够适用于各不同中子源的中子散射谱仪，能够满足在原位中子散射实验中模拟磁性材料实际服役过程中需要多场耦合加载的复杂使用环境的需求。附图说明图1是本申请实施例中便携式原位多场耦合加载装本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置，其特征在于：包括应力加载和测试组件(1)、温度加载组件(2)和磁场加载组件(3)；所述应力加载和测试组件(1)包括两个平行的导向杆组(11)，每个导向杆组包括两条导向杆，共计四条导向杆，四条导向杆分别用于支撑应力加载和测试组件(1)的各组成部件的四角；在两个平行的导向杆组(11)上由左至右依序安装有第一固定板(12)、力传感器(13)、左夹具(14)、与左夹具(14)对应的右夹具(15)、弹簧活动板(16)、弹簧组(17)、第二固定板(18)和应力加载器(19)；其中，第一固定板(12)、力传感器(13)和第二固定板(18)固定安装在导向杆组(11)上；左夹具(14)、右夹具(15)、弹簧活动板(16)可滑动的安装于导向杆组(11)上；弹簧组(17)由四个弹簧组成，四个弹簧分别套于四条平行的导向杆上，弹簧组(17)的两端分别连接弹簧活动板(16)和第二固定板(18)；应力加载器(19)可左右活动的安装于第二固定板(18)上，应力加载器(19)的应力加载头(19‑1)指向右夹具(15)，用于对固定在左夹具(14)和右夹具(15)之间的样品(4)加载应力，并且，应力加载器(19)与弹簧活动板(16)固定连接，在弹簧组(17)的作用下，使得应力加载器(19)与右夹具(15)保持接触状态；21 22 11 311 312 32 33所述温度加载组件(2)包括两个左右设置的圆形加热环(21和22)，所述左夹具(14)和右夹具(15)分别具有一个样品夹头(141和151)，样品夹头(141和151)用于夹持样品两端，两个圆形加热环(21和22)分别固定设置在两个样品夹头(141和151)上，用于给样品加热；所述磁场加载组件(3)包括一个支架，支架具有两个竖立臂(311和312)，两个竖立臂(311和312)可拆卸的安装在两个平行的导向杆组(11)的前后方位；两个竖立臂(311和312)上分别设置有一组磁性元件(32和33)，两组磁性元件(32和33)可拆卸的安装于所述样品夹头(141和151)相应的高度，用于给样品加载磁场。...
【技术特征摘要】
1.一种用于中子散射的便携式原位多场耦合加载装置，其特征在于：包括应力加载和测试组件(1)、温度加载组件(2)和磁场加载组件(3)；所述应力加载和测试组件(1)包括两个平行的导向杆组(11)，每个导向杆组包括两条导向杆，共计四条导向杆，四条导向杆分别用于支撑应力加载和测试组件(1)的各组成部件的四角；在两个平行的导向杆组(11)上由左至右依序安装有第一固定板(12)、力传感器(13)、左夹具(14)、与左夹具(14)对应的右夹具(15)、弹簧活动板(16)、弹簧组(17)、第二固定板(18)和应力加载器(19)；其中，第一固定板(12)、力传感器(13)和第二固定板(18)固定安装在导向杆组(11)上；左夹具(14)、右夹具(15)、弹簧活动板(16)可滑动的安装于导向杆组(11)上；弹簧组(17)由四个弹簧组成，四个弹簧分别套于四条平行的导向杆上，弹簧组(17)的两端分别连接弹簧活动板(16)和第二固定板(18)；应力加载器(19)可左右活动的安装于第二固定板(18)上，应力加载器(19)的应力加载头(19-1)指向右夹具(15)，用于对固定在左夹具(14)和右夹具(15)之间的样品(4)加载应力，并且，应力加载器(19)与弹簧活动板(16)固定连接，在弹簧组(17)的作用下，使得应力加载器(19)与右夹具(15)保持接触状态；2122113113123233所述温度加载组件(2)包括两个左右设置的圆形加热环(21和22)，所述左夹具(14)和右夹具(15)分别具有一个样品夹头(141和151)，样品夹头(141和151)用于夹持样品两端，两个圆形加热环(21和22)分别固定设置在两个样品夹头(141和151)上，用于给样品加热；所述磁场加载组件(3)包括一个支架，支架具有两个竖立臂(311和312)，两个竖立臂(311和312)可拆卸的安装在两个平行的导向杆组(11)的前后方位；两个竖立臂(311和312)上分别...
【专利技术属性】
技术研发人员：柯于斌，郑海彪，王循理，兰司，王芳卫，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，香港城市大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11
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