基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，包括液压拉伸试验机、温度测量装置、三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置、液压控制装置、控制器和上位机。该基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统集成了三维磁场、温度和压力\位移的测量模块，能实现多个物理量的同步、综合采集，且自动化程度高。本实用新型专利技术集成度高，控制精度高，易于操控，能实现温度-拉力-磁感应强度的同步、综合测量，是一种全新的实验系统，为科学精确研究多场耦合条件下的热致磁效应提供了设备基础。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统。 
技术介绍
研究表明，有缺陷的高聚物以一定的速度拉伸时，会在裂口周围产生一定的温升，同时伴生一定强度的磁场。为了进一步研究该磁场与拉伸时产生的温升之间的关系，需要在自动控制拉伸速度的同时，对试件的温升与磁感应强度进行同步测量，并以时间同步方式保存所有的测量数据：拉力、位移量、磁感应强度、温度(图像数据)，以研究并确定它们之间的关系。 现有的设备虽然单独对某一物理量(如温度，或位移，或磁场)进行测量，但是，无法实现各种检测手段的精确同步，即无法实现多场耦合情况下的综合测量，因而无法客观地研究各物理量的关联关系。 另外，现有的手动液压试验机，采用按钮来控制压力大小及加载速度，不但无法灵活设定压力大小和加载速度，而且控制精度差，操作麻烦。 如公开号为CN101261245A的专利【其名称为含缺陷流变体热致磁效应采集与测试系统(申请号为200810031098)】只能实现磁场的检测。 因而，在多场耦合条件下的综合同步测量，是本领域的一个关键问题，也是亟待解决的一个技术问题。 另外，公开号为CN101261245A的专利，提出了一种磁场检测方案，是基于霍尔传感器阵列采集磁场数据，这种方案存在的最大问题是结构复杂，需要构造传感器阵列，而且需要复杂的供电电路和控制电路为传感器服务；另外这种传感器只能测量一个方向的磁场数据，无法检测三维磁感应数据，因此局限性大。 因此，有必要设计一种全新的基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统。 
技术实现思路
<br>本技术所要解决的技术问题是提供一种基于热致磁效应的多场耦合综 合测试系统，该基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统集成了三维磁场、温度和压力\\位移的测量模块，能实现多个物理量的同步、综合采集，且自动化程度高。易于控制，易于实施。 技术的技术解决方案如下： 一种基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，包括液压拉伸试验机、温度测量装置、三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置、液压控制装置、控制器和上位机； 温度测量装置为基于红外相机的测温装置；温度测量装置与上位机(即工控机)连接；红外相机的镜头正对试样正面的中部； 三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置和液压控制装置均与控制器连接； 由液压拉伸试验机夹持住试条板状的试样并对试样上端施加拉力使得试样产生形变； 红外相机的镜头正对试样的正面以测量试样的实时温度数据； 三维磁场测量装置设置在背面以检测试样在被拉伸的过程中产生的实时三维磁场数据； 液压控制装置驱动液压拉伸试验机； 拉力测量装置和位移测量装置分别检测液压拉伸试验机对试样施加的拉力以及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移； 控制器与上位机通信连接； 上位机控制液压拉伸试验机、温度测量装置和三维磁场测量装置同时启动，并由上位机同步收集实时数据，所述的实时数据包括：实时温度数据、三维磁场数据、拉力及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移数据。 拉力测量装置通过应变式压力传感器测量液压拉伸试验的油缸中油压以间接测量夹持部对试样的拉力；应变式压力传感器为圆筒式结构，应变式压力传感器主体为一个带有一个轴向盲孔的圆筒，圆筒的开口端设有用于连接油缸的外螺纹；圆筒的外壁上设有4片应变片：R1～R4；其中R1和R2在设置在圆筒外壁的一侧，R3和R4设置在圆筒外壁的相对的另一侧；且R1和R3横向平齐并位于圆筒的实心段(非盲孔段)的外侧，R2和R4横向平齐并位于圆筒的盲孔段外侧， 横向指圆筒的径向； R1～R4连接成桥式检测电路：即R1和R4依次串联后与直流电源并接；R2和R3依次串联后与直流电源并接，R1与R4的连接点即为c点，R2与R3的连接点即为d点，c点和d点间的电压即为传感器的输出电压，该输出电压即反映了拉力测量装置需要检测的压力。 位移测量装置为基于增量式编码器的位移测量装置，包括支架(4)、定滑轮(5)、光电编码器同轴滑轮(2)、拉绳(1)和重物(6)；支架(4)固定在下夹头上，定滑轮(5)和光电编码器同轴滑轮(2)均安装在支架(4)上；拉绳(1)的上端固定在液压拉伸试验机的上夹头上，拉绳(1)的下端吊装有所述的重物(6)，且重物(6)自然下垂；拉绳(1)的中段绕过光电编码器同轴滑轮和定滑轮；光电编码器同轴滑轮作为定滑轮，光电编码器轴(3)输出反映位移量的脉冲信号。 所述的三维磁场测量装置为五点位三维磁场测量装置，包括单片机、磁传感器、多路选择器、模数转换器、磁滞效应消除电路和串口通信电路； 所述的磁传感器为5个，对称设置于PCB正面的5个点位上，且其中的4个设置在PCB板的四角处，另一个设置在PCB板的中央；每一个磁传感器具有3个信号输出通道，分别输出X、Y、Z三个方向的磁感应信号； 磁传感器依次通过多路选择器和模数转换器与单片机的输入接口连接；多路选择器的通道选择端接单片机的输出端口； 磁滞效应消除电路的两个输入端分别接单片机的复位端(reset8)和置位端(set8)；复位端和置位端均为单片机的IO端口；磁滞效应消除电路的输出端与磁传感器中的脉冲极化电路相连； 单片机通过所述的串口通信电路与上位机连接。 所述的磁传感器采用HMC2003芯片，所述的多路选择器包括3个模拟多路开关：即第一多路开关、第二多路开关和第三多路开关，模拟多路开关采用具有8路信号输入通道和1个信号输出通道的74HC4051芯片；模数转换器采用十六位的ADS7825芯片；ADS7825芯片具有四个模拟信号输入端； 5个磁传感器的X信号输出通道分别与第一多路开关的5个信号输入通道相接； 5个磁传感器的Y信号输出通道分别与第二多路开关的5个信号输入通道相接； 5个磁传感器的Z信号输出通道分别与第三多路开关的5个信号输入通道相接； 3个模拟多路开关的3个信号输出通道分别与模数转换器的3个模拟信号输入端相接； 3个模拟多路开关的三个数字选择端(即A、B、C)对应并联； 磁滞效应消除电路为基于功率MOSFET管的脉冲产生电路，功率MOSFET管采用IRF7106芯片； IRF7106芯片的5-8脚短接后通过第一电容(C83)与磁传感器中的脉冲极化电路相接； IRF7106芯片的1脚和3脚分别接地和直流电源正端VCC1； IRF7106芯片的2脚(G1)接所述的复位端(reset8)； 单片机的另一个IO端口作为置位端(set8)，置位端(set8)通过第一电阻(R81)接NPN型的三极管(Q18)的基极；三极管(Q18)的射极接地，三极管(Q18)的集电极通过第二电阻(R82)接VCC1；三极管(Q18)的集电极还通过第二电容(C81)接IRF7106芯片的4脚(G2端)；IRF7106芯片的4脚与VCC1之间接有第三电阻(R83)；VCC1与地之间接有第三电容(C82)； 串口通信电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，包括液压拉伸试验机、温度测量装置、三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置、液压控制装置、控制器和上位机；?温度测量装置为基于红外相机的测温装置；温度测量装置与上位机连接；红外相机的镜头正对试样正面的中部；?三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置和液压控制装置均与控制器连接；?由液压拉伸试验机夹持住试条板状的试样并对试样上端施加拉力使得试样产生形变；?红外相机的镜头正对试样的正面以测量试样的实时温度数据；?三维磁场测量装置设置在背面以检测试样在被拉伸的过程中产生的实时三维磁场数据；?液压控制装置驱动液压拉伸试验机；?拉力测量装置和位移测量装置分别检测液压拉伸试验机对试样施加的拉力以及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移；?控制器与上位机通信连接；?上位机控制液压拉伸试验机、温度测量装置和三维磁场测量装置同时启动，并由上位机同步收集实时数据，所述的实时数据包括：实时温度数据、三维磁场数据、拉力及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移数据。

【技术特征摘要】
1.一种基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，包括液压拉伸试验机、温度测量装置、三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置、液压控制装置、控制器和上位机； 
温度测量装置为基于红外相机的测温装置；温度测量装置与上位机连接；红外相机的镜头正对试样正面的中部； 
三维磁场测量装置、拉力测量装置、位移测量装置和液压控制装置均与控制器连接； 
由液压拉伸试验机夹持住试条板状的试样并对试样上端施加拉力使得试样产生形变； 
红外相机的镜头正对试样的正面以测量试样的实时温度数据； 
三维磁场测量装置设置在背面以检测试样在被拉伸的过程中产生的实时三维磁场数据； 
液压控制装置驱动液压拉伸试验机； 
拉力测量装置和位移测量装置分别检测液压拉伸试验机对试样施加的拉力以及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移； 
控制器与上位机通信连接； 
上位机控制液压拉伸试验机、温度测量装置和三维磁场测量装置同时启动，并由上位机同步收集实时数据，所述的实时数据包括：实时温度数据、三维磁场数据、拉力及液压拉伸试验机的上夹持部产生的实时位移数据。 
2.根据权利要求1所述的基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，拉力测量装置通过应变式压力传感器测量液压拉伸试验的油缸中油压以间接测量夹持部对试样的拉力；应变式压力传感器为圆筒式结构，应变式压力传感器主体为一个带有一个轴向盲孔的圆筒，圆筒的开口端设有用于连接油缸的外螺纹；圆筒的外壁上设有4片应变片：R1～R4；其中R1和R2在设置在圆筒外壁的一侧，R3和R4设置在圆筒外壁的相对的另一侧；且R1和R3横向平齐并位于圆筒的实心段的外侧，R2和R4横向平齐并位于圆筒的盲孔段外侧，横向指圆筒的径向； 
R1～R4连接成桥式检测电路：即R1和R4依次串联后与直流电源并接；R2和R3依次串联后与直流电源并接，R1与R4的连接点即为c点，R2与R3的连接点即为d点，c 点和d点间的电压即为传感器的输出电压，该输出电压即反映了拉力测量装置需要检测的压力。 
3.根据权利要求1所述的基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，位移测量装置为基于增量式编码器的位移测量装置，包括支架(4)、定滑轮(5)、光电编码器同轴滑轮(2)、拉绳(1)和重物(6)；支架(4)固定在下夹头上，定滑轮(5)和光电编码器同轴滑轮(2)均安装在支架(4)上；拉绳(1)的上端固定在液压拉伸试验机的上夹头上，拉绳(1)的下端吊装有所述的重物(6)，且重物(6)自然下垂；拉绳(1)的中段绕过光电编码器同轴滑轮和定滑轮；光电编码器同轴滑轮作为定滑轮，光电编码器轴(3)输出反映位移量的脉冲信号。 
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于热致磁效应的多场耦合综合测试系统，其特征在于，所述的三维磁场测量装置为五点位三维磁场测量装置，包括单片机、磁传感器、多路选择器、模数转换器、磁滞效应消除电路和串口通信电路； 
所述的磁传感器为5个，对称设置于PCB正面的5个点位上，...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗迎社，陈胜铭，罗树凌，邓瑞基，邓彪，李卉，张永忠，任嘉，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：实用新型
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