本发明专利技术一种超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置及其测量方法，该装置包括第一串联线圈、第二串联线圈、检测线圈、空心管、控制台、检测单片机、待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器、串联线圈直流电流信号发生器、串联线圈脉冲驱动器、信号拾取器、放大器电源、通讯接口和主控单片机。该方法根据磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，在变化磁场下的外形变化，产生不同振动类型的超声波，从而根据其传播该超声波的速度，得到其弹性模量，而精确测量磁致伸缩材料在不同温度下的弹性模量对于该材料作为精密合金的应用是非常重要的。本发明专利技术超声测量磁致伸缩材料弹性模量设备成本低，精确度高，并可测量高温下磁致伸缩材料的弹性模量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料性能检测
，涉及一种测量磁致伸缩材料弹性模量的装置，特别是利用超声测量磁致伸缩材料室温到高温下的弹性模量。
技术介绍
众所周知，一般的纯金属或无相变的合金，随着温度的升高，体积膨胀，弹性模量降低。但磁致伸缩材料，由于磁致伸缩效应，弹性模量会出现反常温度特性。因此，磁致伸缩材料可应用为恒弹性合金、低膨胀合金等精密合金，所以，精确测量磁致伸缩材料在不同温度下的弹性模量对于该材料作为精密合金的应用是非常重要的。测量材料弹性模量的方法主要有三类一类是静态测量法，即应力应变法。该方法的测量精度低，其载荷大小、加速度等都会影响测试结果，由于受弛豫过程等的影响，不能真实地反映材料内部结构的变化，也不能测量材料在不同温度下的弹性模量，对脆性材料无法进行测量。一类是动态测量法，它是在试件承受交变应力产生很小应变的条件下，利用试样的固有频率与几何尺寸、密度、弹性模量之间的对应关系间接测量弹性模量。根据振动激励方式不同，动态测量法又可分为共振法和振动法，该类方法测量速度快，测量精度高。但是， 由于需要通过振动激励装置产生试件的振动，再利用加速度传感器获得振动信号，然后经过信号调理器、信号采集系统，最终由计算机对信号进行分析处理，从而获得试件的固有频率。因而专业测量系统往往存在装置复杂、价格昂贵、携带不便及调试维护困难等缺点。国内目前生产的共振法测量弹性模量的设备存在共振频率寻找困难、对操作人员主观判断依赖程度高、测量精度低等缺点，高温下的弹性模量更是难以测量。而国外的动态法测量弹性模量设备，虽然可以测得高温下的弹性模量，但是价格昂贵。因此目前该种测量测量方法在国内还不能很好地满足弹性模量测量需求。另一类是超声脉冲回波法。通过换能元件、耦合杆一体式的磁致伸缩超声传感器激发的纵波或扭转波脉冲经耦合界面在试样中传播，测量由同一传感器接收的试样前后端面的反射脉冲之间的时间间隔和试样长度，计算得到声速，进而得到被测材料的弹性模量。 该种方法由于声导杆和待测试样之间存在一个耦合界面，导致该种测量弹性模量方法存在较大的声时误差。超声法测量弹性模量，就是根据弹性波在固体中的传播理论，不同模式的声波在固体中的传播速度与材料的相应弹性模量和密度相关。通过测量纵波在固体中的传播速度就可根据公式计算得到杨氏模量，通过测量扭转波在固体中的传播速度就可根据公式计算得到剪切模量。由马大猷、沈豪所著的《声学手册》可知，在梁、棒中的纵波速度为^E / P，扭转波速度'M-jG! ρ (圆梁)。E为杨氏模量(N/m2)，P为材料密度(kg/m3)，G为切变弹性模量(N/ m2)。 磁致伸缩材料，由于其独特的磁致伸缩效应，可以根据其自身在变化磁场下的外形变化，产生不同振动类型的超声波，从而根据其传播该超声波的速度，得到相应的弹性模量。 超声法测量磁致伸缩材料弹性模量，利用了磁致伸缩材料本身具有的在磁场下会发生磁致伸缩的独特性能，设备成本低，精确度高，加热管的加入还使设备可以测量高温下的弹性模量。通过脉冲计数测量两个波之间的时间间隔，大大提高了测量精确度。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超声测量磁致伸缩材料弹性模量的方法，解决磁致伸缩材料高温弹性模量测量难，测量成本高的问题。本专利技术的技术方案是一种超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置，该装置包括第一串联线圈、第二串联线圈、检测线圈、空心管、控制台、检测单片机、待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器、串联线圈直流电流信号发生器、串联线圈脉冲驱动器、信号拾取器、放大器电源、通讯接口和主控单片机；其中，所述第一串联线圈、第二串联线圈和检测线圈依次缠绕在所述加热管空心管的外壁上，所述第一串联线圈的与第二串联线圈串联，通过所述控制台与所述串联线圈直流电流信号发生器和串联线圈脉冲驱动器并联，所述串联线圈直流电流信号发生器和串联线圈脉冲驱动器与所述采集单片机连接；所述检测线圈通过控制台与信号拾取器连接，所述信号拾取器通过放大器与采集单片机连接，待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器与采集单片机连接，所述采集单片机通过通讯接口与主控单片机连接。进一步，该装置所述加热部分包括加热管、保温隔热装置、电加热装置、温控仪表、 石英砂和温度传感器；所述加热管设置在所述第一串联线圈的与第二串联线圈之间的所述空心管外侧，所述保温隔热装置将所述加热管与所述第一串联线圈的与第二串联线圈罩住，所述加热管、隔热装置与所述空心管之间的空隙填充所述石英砂，所述加热管通过所述控制与所述电加热装置连接；所述温度传感器置于所述空心管内，所述温度传感器与所述电加热装置和所述温控仪表连接，所述温控仪表(10)通过所述通讯接口与所述主控单片机连接。本专利技术的另一目的提供上述超声测量磁致伸缩材料弹性模量的装置测量弹性模量的方法，具体包括以下步骤步骤1 将被测试试样穿过空心管固定，两端与待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器(连接；步骤2 采集单片机通过串联线圈脉冲驱动器给第一串联线圈与第二串联线圈加载一个瞬间的电流脉冲，此时所述空心管内的所述测试试样会发生一个瞬间的轴向伸缩，产生两个纵波，这两个纵波沿所述测试试样传播到检测线圈，检测线圈感应到两个感应电动势发出电信号，信号拾取器采集两个电信号发送给放大器，放大器将信号放大后发送给采集单片机，所述采集单片机接收到信号后通过通讯接口发送给主控单片机，所述主控单片机计算得到两个信号峰之间的时间间隔，根据纵波在圆截面杆中的传播速度公式-Je/ρ就可得到该试样的杨氏模量；采集单片机通过串联线圈直流电流信号发生器给所述第一串联的线圈的与第二串联线圈加载一个恒定的直流电流，此时所述空心管内沿所述测试试样轴向形成一个恒定的轴向场；所述采集单片机通过待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器给所述测试试样加载一个电流脉冲，就会产生一个沿所述测试试样以光速传播的环形场，当该环形场遇到所述第一串联线圈的与第二串联线圈中心形成的轴向场时，由于威德曼效应，所述空心管内的所述测试试样发生瞬间的扭转变形，形成两个扭转波，沿所述测试试样传播到检测线圈，由于逆磁致伸缩效应，所述检测线圈感应到两个感应电动势，检测到两个信号峰，信号拾取器采集两个电信号发送给所述放大器，所述放大器将信号放大后发送给所述采集单片机，采集单片机接收到信号后通过所述通讯接口发送给所述主控单片机，所述主控单片机计算得到两个信号峰之间的时间间隔，即扭转波在所述第一串联线圈与第二串联线圈之间的所述测试试样上传播的时间，再根据第一串联线圈与第二串联线圈之间的距离，计算得到扭转波在所述被测试试样内的传播速度，根据扭转波在圆截面杆中的传播速度^jG / ρ就得到所述被测试试样的剪切模量。 进一步，还可以测量不同温度的弹性模量的方法具体包括以下步骤步骤1 将被测试试样穿过空心管固定，两端与待测磁致伸缩材料加载脉冲驱动器 (16)连接；步骤2 温控仪表控制电加热装置启动，所述电加热装置通过控制台控制加热管加热，所述加热管加热石英砂使所述空心管均勻受热，温度采集传感器采集所述空心管的温度并通过发送给所述主控单片机；所述主控单片机根据采集温度发送指令给采集单片机， 采集单片机通过串联线圈脉冲驱动器给第一串联线圈与第二串联线圈加载一个瞬间的电流脉冲，此时所述空心管内的所述测试试样会发生一个瞬间的轴向伸缩，产本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高学绪，李明明，牟星，李纪恒，包小倩，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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