一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置及测试方法，将记忆合金微柱的双程记忆应变通过激光光路放大之后再进行检测记录，使记忆合金微柱双程记忆应变的快速测量得以实现，且大大降低了测量误差。采用脉冲红外激光作为热源，可快速加热或冷却，满足其在高频率热循环下的应变测试。并通过高速相机记录因记忆合金微柱应变引起的接收屏上光斑的快速移动，反应速度快、精度高。

A two way memory strain measuring device for micro nano scale memory alloy and its testing method

The invention discloses a two-way memory strain testing device and a testing method for a micro-nano-scale memory alloy micro-column, which magnifies the two-way memory strain of the memory alloy micro-column through a laser beam and then detects and records the strain, thereby realizing the rapid measurement of the two-way memory strain of the memory alloy micro-column, and greatly reducing the measuring error. Pulsed infrared laser is used as heat source, which can be heated or cooled rapidly to satisfy the strain test under high frequency thermal cycle. The fast movement of the spot on the receiving screen caused by the strain of the memory alloy micro-column is recorded by a high-speed camera. The response speed is fast and the precision is high.

【技术实现步骤摘要】
一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置及测试方法
本专利技术涉及一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置及测试方法。
技术介绍
随着机械微型化和高精度的要求，以及对提高执行构件反应速度的潜在需要，研究者对具有双程记忆效应的记忆合金材料越发关注。因此，对于微纳尺度下的记忆合金在加热和冷却过程中因双程记忆效应产生的应变，有必要实施精确、快速检测，进而研究记忆合金双程记忆效应的应变幅值及其稳定性。对于记忆合金微柱应变的检测而言，目前还存在两个问题：第一，记忆合金微柱的几何尺寸较小，相对的应变更是达到纳米量级，很难在保证精确度的前提下直接测量。第二，记忆合金微柱在加热和冷却过程中，微柱的应变速度很快，因此如何快速的记录检测结果将变得非常重要。
技术实现思路
专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置及测试方法，实现微纳尺度下记忆合金微柱双程记忆应变的测试。技术方案：一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置，包括：光路检测及记录系统、探针调整系统、加热及控制系统；所述光路检测及记录系统包括接收屏、氦氖激光器、第一半透半反镜、高速相机以及相机控制器；所述探针调整系统包括CCD、探针、探针架、三维移动平台、移动控制器以及计算机；所述加热及控制系统包括脉冲延时发生器、三棱镜、脉冲红外激光器、激光控制器；所述探针架固定在由所述移动控制器驱动的三维移动平台上，所述移动控制器连接所述计算机，所述探针通过其悬臂梁与所述探针架相连，记忆合金微柱设置在所述三棱镜的水平底面上，所述探针位于所述记忆合金微柱正上方；所述氦氖激光器出射光穿透所述第一半透半反镜垂直照射在所述探针的端部，反射光线经所述第一半透半反镜反射到所述接收屏上；所述CCD连接所述计算机，用于探测所述探针与所述记忆合金微柱的相对位置；所述高速相机用于记录所述接收屏上光斑移动轨迹；所述脉冲延时发生器连接所述激光控制器以及相机控制器，所述相机控制器连接所述高速相机，所述激光控制器连接所述脉冲红外激光器，所述脉冲红外激光器的出射激光经所述三棱镜对所述记忆合金微柱加热。进一步的，在所述第一半透半反镜到所述接收屏的光路上设有第二半透半反镜，在所述第一半透半反镜到所述探针的光路上设有第三半透半反镜；所述接收屏上水平反射出的氦氖激光经所述第二半透半反镜反射进入所述高速相机的镜头；所述探针端部竖直反射的氦氖激光一部分经所述第三半透半反镜反射到所述CCD。进一步的，所述高速相机的数据输出到所述计算机。微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置的测试方法，包括如下步骤：步骤1：通过计算机输出控制信号到移动控制器来控制三维移动平台水平方向移动，使得探针针尖位于记忆合金微柱的正上方并保持悬臂梁水平；步骤2：调整光路检测及记录系统，通过第一半透半反镜将从探针端部竖直反射回来的氦氖激光入射到接收屏的零点坐标上；步骤3：通过三维移动平台控制所述探针沿竖直方向向下移动，当接收屏上的光斑偏离零点坐标时，控制所述探针沿竖直方向向上缓慢移动，直至光斑回复到接收屏的零点坐标上时停止所述探针的移动；步骤4：通过激光控制器调节脉冲红外激光器的出射激光入射到三棱镜，进而对记忆合金微柱加热，当温度上升到马氏体逆相变开始温度As时，记忆合金微柱开始马氏体逆相变，所述记忆合金微柱高度增加，所述探针的悬臂梁向上偏转；然后关闭脉冲红外激光器，当记忆合金微柱温度降低到马氏体相变开始温度Ms时，记忆合金微柱开始马氏体相变，所述记忆合金微柱高度下降，所述探针的悬臂梁向下偏转；通过高速相机记录接收屏上因探针偏转引起的光斑移动轨迹。进一步的，通过脉冲延时发生器触发相机控制器和激光控制器协同工作。进一步的，通过激光控制器控制所述脉冲红外激光器出射激光对所述记忆合金微柱加热时间的调控。进一步的，将所述高速相机记录的数据传输到计算机，由所述计算机分析高速相机获取的光斑移动轨迹，得出记忆合金微柱的双程记忆应变。有益效果：本方法采用激光检测法和应变放大法，并配合高速相机进行检测记录，首先调整氦氖激光器和整个光路，并确保高速相机成像良好；其次通过移动高精度三维移动平台调节探针与记忆合金微柱的相对位置，使探针针尖与记忆合金微柱端面接触并保持悬臂水平；然后调节脉冲红外激光入射到三棱镜，进而对记忆合金微柱进行加热，通过激光控制器实现激光入射加热时间的调控；最后，通过脉冲延时发生器控制脉冲红外激光器和高速相机协调工作，高速相机记录接收屏上因探针偏转引起的光斑的移动轨迹，再将获取的光斑移动轨迹导入计算机进行分析，最终得出记忆合金微柱的双程记忆应变。与现有技术相比，本专利技术存在如下技术效果：(1)目前对于记忆合金双程记忆应变检测都为宏观尺度，应变较大，便于测量，而对于微纳尺度下的记忆合金而言，双程记忆应变幅值甚至可以达到纳米量级，检测难度极大。且传统的应变检测方法都是直观的测量，对于微纳尺度的构件来说，测量精度不足。本专利技术将记忆合金微柱的双程记忆应变通过激光光路放大之后再进行检测记录，使记忆合金微柱双程记忆应变的测量得以实现，且大大降低了测量误差。(2)传统的热循环中的加热和冷却过程较为缓慢，无法满足记忆合金在高频率热循环下的应变测试。本专利技术采用脉冲红外激光器作为热源，可快速加热或冷却。通过高速相机可以记录记忆合金微柱应变引起的接收屏上光斑的快速移动。因此，本专利技术利用了CCD显微成像、光学检测法、应变放大法、脉冲延时控制和高速检测记录等技术方法，克服了因记忆合金微柱尺度小、双程记忆应变速率快而难以精确检测的技术难题。附图说明图1为本专利技术的微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试方法的原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示，一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置，包括：光路检测及记录系统、探针调整系统、加热及控制系统。光路检测及记录系统包括接收屏2、氦氖激光器4、第一半透半反镜5、第二半透半反镜3、高速相机6以及相机控制器18。探针调整系统包括CCD7、第三半透半反镜8、探针9、探针架12、三维移动平台13、移动控制器16以及计算机17。加热及控制系统包括脉冲延时发生器1、三棱镜11、脉冲红外激光器14、激光控制器15。探针架12固定在由移动控制器16驱动的三维移动平台13上，移动控制器16连接计算机17。探针9通过其悬臂梁连接在探针架12上。记忆合金微柱10设置在三棱镜11的水平底面上，探针9位于记忆合金微柱10正上方。接收屏2、第二半透半反镜3、第一半透半反镜5从左至右依次设置，同时，氦氖激光器4、第一半透半反镜5、第三半透半反镜8依次竖直设置，CCD7水平设置在第三半透半反镜8侧面。氦氖激光器4出射光穿透第一半透半反镜5和第三半透半反镜8后垂直照射在探针9端部，探针9端部的反射光线的一部分竖直穿过第三半透半反镜8后，经第一半透半反镜5反射90°后穿过第二半透半反镜3后照射到接收屏2上，悬臂梁顶部的反射光线的另一部分经第三半透半反镜8反射90°后进入CCD7，CCD7连接计算机17，用于探测探针9与记忆合金微柱10的相对位置。接收屏2上水平反射出的氦氖激光经第二半透半反镜3反射进入高速相机6的镜头，高速相机6用于记录接收屏2上光斑移动轨迹，并将记录数据发送到连接的计算机17。脉冲延时发生器1连接激光控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置，其特征在于，包括：光路检测及记录系统、探针调整系统、加热及控制系统；所述光路检测及记录系统包括接收屏(2)、氦氖激光器(4)、第一半透半反镜(5)、高速相机(6)以及相机控制器(18)；所述探针调整系统包括CCD(7)、探针(9)、探针架(12)、三维移动平台(13)、移动控制器(16)以及计算机(17)；所述加热及控制系统包括脉冲延时发生器(1)、三棱镜(11)、脉冲红外激光器(14)、激光控制器(15)；所述探针架(12)固定在由所述移动控制器(16)驱动的三维移动平台(13)上，所述移动控制器(16)连接所述计算机(17)，所述探针(9)通过其悬臂梁与所述探针架(12)相连，记忆合金微柱(10)设置在所述三棱镜(11)的水平底面上，所述探针(9)位于所述记忆合金微柱(10)正上方；所述氦氖激光器(4)出射光穿透所述第一半透半反镜(5)垂直照射在所述探针(9)的端部，反射光线经所述第一半透半反镜(5)反射到所述接收屏(2)上；所述CCD(7)连接所述计算机(17)，用于探测所述探针(9)与所述记忆合金微柱(10)的相对位置；所述高速相机(6)用于记录所述接收屏(2)上光斑移动轨迹；所述脉冲延时发生器(1)连接所述激光控制器(15)以及相机控制器(18)，所述相机控制器(18)连接所述高速相机(6)，所述激光控制器(15)连接所述脉冲红外激光器(14)，所述脉冲红外激光器(14)的出射激光经所述三棱镜(11)对所述记忆合金微柱(10)加热。...

【技术特征摘要】
1.一种微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置，其特征在于，包括：光路检测及记录系统、探针调整系统、加热及控制系统；所述光路检测及记录系统包括接收屏(2)、氦氖激光器(4)、第一半透半反镜(5)、高速相机(6)以及相机控制器(18)；所述探针调整系统包括CCD(7)、探针(9)、探针架(12)、三维移动平台(13)、移动控制器(16)以及计算机(17)；所述加热及控制系统包括脉冲延时发生器(1)、三棱镜(11)、脉冲红外激光器(14)、激光控制器(15)；所述探针架(12)固定在由所述移动控制器(16)驱动的三维移动平台(13)上，所述移动控制器(16)连接所述计算机(17)，所述探针(9)通过其悬臂梁与所述探针架(12)相连，记忆合金微柱(10)设置在所述三棱镜(11)的水平底面上，所述探针(9)位于所述记忆合金微柱(10)正上方；所述氦氖激光器(4)出射光穿透所述第一半透半反镜(5)垂直照射在所述探针(9)的端部，反射光线经所述第一半透半反镜(5)反射到所述接收屏(2)上；所述CCD(7)连接所述计算机(17)，用于探测所述探针(9)与所述记忆合金微柱(10)的相对位置；所述高速相机(6)用于记录所述接收屏(2)上光斑移动轨迹；所述脉冲延时发生器(1)连接所述激光控制器(15)以及相机控制器(18)，所述相机控制器(18)连接所述高速相机(6)，所述激光控制器(15)连接所述脉冲红外激光器(14)，所述脉冲红外激光器(14)的出射激光经所述三棱镜(11)对所述记忆合金微柱(10)加热。2.根据权利要求1所述的微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置，其特征在于，在所述第一半透半反镜(5)到所述接收屏(2)的光路上设有第二半透半反镜(3)，在所述第一半透半反镜(5)到所述探针(9)的光路上设有第三半透半反镜(8)；所述接收屏(2)上水平反射出的氦氖激光经所述第二半透半反镜(3)反射进入所述高速相机(6)的镜头；所述探针端部竖直反射的氦氖激光一部分经所述第三半透半反镜(8)反射到所述CCD(7)。3.根据权利要求1所述的微纳尺度记忆合金双程记忆应变测试装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨海峰，刘昊，熊飞，满家祥，郝敬宾，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32