形状记忆合金弹簧时间特性测试系统技术方案

一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统包括机械装置、控制、供能和信号指示四个部 分，机械装置包含测试件和回复件，二者相对连接于机械联动杆上，机械联动杆顶部上下位 分别是控制部分的上下位控制开关，两开关分别和上下位控制电源串联，并分别和第一锁存 继电器和第二锁存继电器构成控制回路，通过这两个继电器控制信号指示和供能部分同步工 作，实现时间特性的测试。本发明专利技术构造精简，所用器件易寻找和购买，且价格低廉，拼装拆 卸方便，能测试多种情况下形状记忆合金弹簧的工作速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于测试形状记忆合金弹簧响应及作用时间性能的装置系统。
技术介绍
早在20世纪50年代初期，美国伊利诺斯大学专家在试验中偶然发现金镉合金具有记忆 形状的功能，继而又发现锢铊合金也有类似的记忆效应，但因其造价昂贵而未引起重视。直 到1963年，美国海军武器研究所在研究镍钛合金性能时偶然发现该合金具有明显的形状记忆 效应，同时还具有许多其他金属所不具备的独特优点，如优良的超弹性、耐腐蚀性等，从而 引起了人们的重视并开始对其进行研究。这类合金(如TiNi、 Cu-Zn-Al合金等)就是形状记忆合金(Shape Memory Alloy，缩写 为SMA),具体特征是能够记忆高温相状态下的形状——不管在低温状态下如何变形，达到 一定温度就恢复到在高温相状态下的形状。目前在很多工程领域皆有应用。形状记忆合金在应用中有多种的形式，比如SMA丝、杆状SMA， SMA弹簧、以及制作 成各种特殊结构形式的SMA元件，包括SMA花瓣，SMA薄膜等。在实际应用中，应用形 式最为广泛的是SMA螺旋弹簧(以下简称形状记忆合金弹簧或SMA弹簧)。据不完全统计， 实际的SMA产品中约80。/。采用螺旋弹簧形式。这是因为首先，螺旋弹簧状的SMA对获得 较大的动作行程很有意义；其次，SMA弹箦还具有形式简单，质量轻巧，加工方便、性能可 靠以及易于利用等诸多优点。因此，这种形式的形状记忆合金已经其在多种领域中，诸如医 疗卫生、军事、航空、工业生产、家用电器等，获得了相当广泛的应用。具体工程设计中，通常需要利用SMA弹簧实现往复运动的功能，此时就需要采用双程 元件形式的SMA弹簧。所谓双程是指，当SMA恢复高温相态形状之后，降温后还能够回到 低温相态时的形状。双程元件中形式最为简单的是双程形状记忆合金，它能够不依靠外力自 己回到低温相状态。另外，可以使单程SMA弹簧通过偏置元件的辅助作用实现双程作用功 能。按照所用偏置元件的不同又可将这样的双程元件分为两类，偏动式双程元件和差动式双 程元件。当采用偏动弹簧、重物及其他一些非SMA元件提供偏动力时，该双程元件为偏动 式的；当将偏动弹簧置换为一个单程SMA元件时，则变为差动式双程元件。SMA弹簧的动作响应时间(指SMA弹簧完成从低温相到高温相相变的过程时间)及工 作作用时间(包括响应时间以及SMA弹簧完成收縮或扩张动作整个过程所用时间)依据不 同的材料性质和驱动方式(包括不同驱动电压的电驱动，水液加热驱动，辐射驱动，蒸汽驱 动等)以及应用环境(包括各种水液环境、不同流速的气体环境等)而有所差异。某些应用 中，需要比较精确地了解其具体的作用时间，以判断是否符合此种设计要求。在目前对SMA 弹簧响应及作用时间的实验研究中，典型如以下两种装置(1)如文献 2.4.4.3节所述，将 一只SMA弹簧和一只偏置弹簧分别套入装有滑块的轴的两端内并与滑块相连，并固定在一 台支座上，利用滑块下的指针和支座侧面的标尺指示双程元件的位移量，并通过纪录时间， 判断其响应速度；(2)如文献 3.4节所述，装置由两个刚性圆板、两个刚性直板和一个铰 组成。两个刚性直板分别固定在两端的刚性圆板的圆心处，中间由铰连接。在两个刚性圆板 上分别对称地安装圆环用来对称悬挂弹簧。其中的一个圆板被固定在基座上。此实验装置通 过从旋转的铰引出接头并和角位移传感器连接实现响应速度的传感判断。上述两个实验装置-前者虽然能较为精确地获得位移量，但对于具体作用时间的判断仍然较为模糊；后者通过角 位移传感器来判断，虽然位移量和作用时间都能较为精确确定，但数据获取设备系统却稍嫌 复杂，需要A/D转换卡等专门的集成电路元件。因此，有必要设计一种既能较为精确地确定 SMA弹簧响应作用时间，又能进行简单便捷搭建的实验装置系统以满足SMA弹簧测试的需 要。文献:王平团.基于SMA的多关节摆动式驱动器的研究.哈尔滨哈尔滨工程大 学，2007.文献:王宏.用于仿生推进的SMA驱动器研究.哈尔滨哈尔滨工程大学，2007.
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统，可以简单快捷的搭建 测试系统，且可精确的测定形状记忆合金弹簧的响应及作用时间。 为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统，其包括机械装置部分、控制部分、供能部分、 信号指示部分，供能部分对安装于机械装置部分的形状记忆合金弹簧供能，使机械装置部分 运作触动控制部分，控制部分控制信号指示部分显示弹簧不同的状态变化以测试其时间特性。进一步，所述的机械装置部分包括测试架、测试件、回复件、机械联动杆，测试架上有 上固定支板，机械联动杆穿过其上的通孔，顶部杆头朝向上位控制开关，机械联动杆上有机 械联动杆横支杆，机械联动杆横支杆正下方对着安装在上固定支板上板面上的下位控制开关， 测试件和回复件与机械联动杆联动；所述的控制部分包括控制回路开启开关、上位控制电源、 下位控制电源、上位控制开关、下位控制开关、保护电阻、第一锁存继电器、第二锁存继电 器，上位控制开关和上位控制电源串联，且保护电阻、下位控制电源、下位控制开关和控制 回路开启开关依次串联，下位控制电源正极(负极)与保护电阻一端相连，保护电阻另一端 与上位控制开关的一端并接相连后与第一锁存继电器及第二锁存继电器的一侧控制端连接， 上位控制开关另一端连于上位控制电源负极(正极)，上位控制电源正极(负极)与控制回路 开启开关另一端并接相连后与第一锁存继电器及第二锁存继电器的另一侧控制端连接，使第 一锁存继电器及第二锁存继电器形成并联关系；所述的信号指示部分包括信号指示回路开启 开关、指示信号控制源、第一指示信号、第二指示信号，第一锁存继电器的左右两个控制支 路端分别和第一指示信号和第二指示信号各自的一端连接，其公共端和信号指示回路开启开 关与信号控制源串联后电极的一端连接，信号指示回路开启开关与信号控制源串联后电极的 另一端和第一指示信号和第二指示信号并联的一端连接；所述的供能部分包括形状记忆合金 控制源、供能接通开关、限流电阻，第二锁存继电器的公共控制端连接在形状记忆合金控制 源的一端，形状记忆合金控制源通过第二锁存继电器的右侧控制支路与限流电阻、供能接通 开关以及测试件依次串联组成供能回路，第二锁存继电器的左侧控制支路悬空。所述的测试件为单程拉力形状记忆合金弹簧。所述的回复件为偏动拉力弹簧。所述的测试件上端固定于测试架上固定支板下板面上，且弹簧柱体中轴通过测试架上固 定支板上的通孔圆心，下端和机械联动杆下端相固定；所述的回复件一端固定在测试架底座 上另一端与机械联动杆下端相关联，关联方式为钩挂形式。所述的回复件为单程形状记忆合金拉力弹簧。所述的测试件上端固定于测试架上固定支板下板面上，且弹簧柱体中轴通过测试架上固 定支板上的通孔圆心，下端和机械联动杆下端相固定；所述的回复件一端固定在测试架底座 上另一端与机械联动杆下端相关联，关联方式为钩挂形式；且所述的第二锁存继电器的左侧 控制支路和回复件的形状记忆合金弹簧以及限流电阻、供能接通开关串联成回路。所述的控制部分和信号指示部分还包括第一单稳态继电器、第二单稳态继电器、第三指 示信号和第四指示信号，其中第一单稳态继电器和第二单稳态继本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形状记忆合金弹簧时间特性测试系统，其特征在于：其包括机械装置部分、控制部分、供能部分、信号指示部分，供能部分对安装于机械装置部分的形状记忆合金弹簧供能，使机械装置部分运作触动控制部分，控制部分控制信号指示部分显示弹簧不同的状态变化以测试其时间特性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何斌，刘振，黎明和，
申请(专利权)人：何斌，刘振，黎明和，
类型：发明
国别省市：31