專利名稱：材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀器測量類，尤其涉及材料顯微靜力測量的裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，對新型功能材料、納米材料，以及微電子器件、微機械的開發(fā)、材料力學(xué)量等方面，急需簡單、可靠、非接觸式的，且具有位移、變形、應(yīng)力、轉(zhuǎn)角等測試功能的測試裝置和方法。但目前公知的材料顯微靜力測量的儀器及控制方法，一方面是采用常規(guī)的顯微鏡，在試件的表面上貼制有測試紙來進行觀察和測量，但其觀察效果差，測量精度低，無法滿足對上述材料的細(xì)微觀察和精確測量。另一方面采用先進、昂貴、操作方法繁多的電子顯微鏡，但由于缺乏測量方法，同樣也無法對新型功能材料、納米材料的微觀構(gòu)造，及材料力學(xué)等方面進行細(xì)微觀察和精確測量，因而給新材料，新設(shè)備的研究、制造等都帶來許多的不便和困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置及方法，解決上述難題，以滿足人們對新型功能材料、納米材料、新設(shè)備等方面細(xì)微觀察和精確測量的需要。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置，由顯微鏡、靜力加載裝置、信號采集器、圖像采集卡、微處理器、顯示器、光源器和電源構(gòu)成。本發(fā)明在顯微鏡上設(shè)置有靜力加載裝置，顯微鏡的目鏡處設(shè)置有信號采集器，信號采集器由導(dǎo)線與圖像采集卡、微處理器、顯示器順序連接，微處理器并由導(dǎo)線分別與電源、靜力加載裝置連接，光源器還由導(dǎo)線與電源連接。
材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置的控制方法，包括下列步驟1，開始；2，調(diào)節(jié)試件位置初加載，施加光源；3，采集測量信號，并輸入圖像采集卡進行A/D轉(zhuǎn)換及存儲；4，由微處理器對圖像采集卡輸入的測量數(shù)據(jù)信號進行計算和處理，并作信號判斷，若是，則顯示輸出結(jié)果；并，設(shè)置靜力增量載荷、調(diào)節(jié)光學(xué)成像系統(tǒng)，重復(fù)3，4的步驟，直至完成試件材料顯微結(jié)構(gòu)的靜力載荷測試。
由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，因而具有以下的優(yōu)點1.顯微成像部分載物臺與顯微物鏡之間調(diào)節(jié)焦距達150mm，可放置大型材料、構(gòu)件及加載設(shè)備等，便于在力場作用下，對材料的位移、變形、應(yīng)變、應(yīng)力進行測量，同時也可對材料微結(jié)構(gòu)組織形貌進行觀測。
2.配置不同放大倍數(shù)的顯微物鏡，可進行不同靈敏度和試件精度表面位移的測量。在x50情況下，精度可達0.1nm。
3.測控裝置上設(shè)備配有X-Y移動臺架，和中心定位調(diào)節(jié)加載裝置，便于試件中心的快速定位和高精度調(diào)節(jié)。
4.測控裝置自行調(diào)節(jié)控制，顯示器或打印機即時輸出測量結(jié)果，操作方便，測量精確。


圖1是本發(fā)明的一種控制裝置的形狀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的一種控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖3是本發(fā)明的一種控制方法流程示意圖。
圖中1，顯微鏡 2，顯微目鏡 3，靜力加載裝置 3-1，夾具 3-2，動滑塊3-3，調(diào)節(jié)螺桿 3-4，電機 4，采集裝置 5，圖像采集卡 6，電源7，微處理器8，顯示器 9，光源器10，試件具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施作如下詳述在圖1中，顯微鏡1的載物臺上設(shè)置有靜力加載裝置3。顯微鏡1可采用配置不同放大倍數(shù)的顯微物鏡，如OLYMPUS型工業(yè)顯微鏡，其最小放大倍數(shù)為50倍，最大放大倍數(shù)為2000倍，并配有長焦距物鏡。顯微鏡1也可采用偏光顯微鏡，其放大倍數(shù)可隨所測試件細(xì)微結(jié)構(gòu)的不同而選擇不同的型號。顯微鏡1上設(shè)置有光源器9，其有導(dǎo)線與電源6連接，用于觀察測量光源。顯微鏡1載物臺與顯微物鏡之間設(shè)置有160-200mm的空間，用于放制置大塊體材料、構(gòu)件，并可放置加載設(shè)備，及操作時可方便調(diào)節(jié)焦距達150mm以上，便于在力場作用下，對材料的微結(jié)構(gòu)組織形貌及位移、變形、應(yīng)變、應(yīng)力等進行測量和觀測。顯微鏡1上的顯微目鏡2處設(shè)置有采集裝置4，采集裝置4可采用攝像機，直接將顯微目鏡2所攝取的試件10的材料顯微結(jié)構(gòu)圖像轉(zhuǎn)換為電信號，通過圖像采集卡5輸入微處理器7。載物臺上設(shè)置的靜力加載裝置3，可采用中心定位式的靜力加載裝置；其中心定位式的靜力加載裝置3上設(shè)置有調(diào)節(jié)螺桿3-3，調(diào)節(jié)螺桿3-3上設(shè)置有左右方向相反的螺紋；左右方向相反的螺紋處分別設(shè)置有兩動滑塊3-2，兩動滑塊3-2上分別設(shè)置有夾具3-1，兩夾具3-1的中心部用于放置測試材料10。調(diào)節(jié)螺桿3-3的一端設(shè)置有趨動電機(及變速齒輪)3-4，電機3-4并有導(dǎo)線與微處理器7連接。當(dāng)微處理器7對靜力加載裝置3調(diào)控靜力載荷時，可輸出控制電源趨動電機3-4及調(diào)節(jié)螺桿3-3旋轉(zhuǎn)，使調(diào)節(jié)螺桿3-3上設(shè)置的兩動滑塊3-2同時朝相反方向拉伸，從而保持試件10在觀察中心快速定位，和達到調(diào)節(jié)靜力載荷的目的。
為進行不同靈敏度和試件精度表面的位移、及材料靜力力學(xué)量參數(shù)的測量，可在顯微鏡1的測控裝置上設(shè)有X-Y移動臺架，便于對試件10進行平面和垂直方向的觀察和測量。
在圖2中，信號采集器4由導(dǎo)線與圖像采集卡5、微處理器7、顯示器8順序連接，微處理器7并由導(dǎo)線分別與電源6、靜力加載裝置3連接，光源器9還由導(dǎo)線與電源6連接。其中，信號采集器4，用于將光學(xué)成像系統(tǒng)在力場下所成的材料微結(jié)構(gòu)組織形貌及位移、變形、應(yīng)變、應(yīng)力等散斑圖像抽樣成模擬電信號，輸送到圖像采集卡6及微處理器7中進行存儲和處理。其可采用CCD型攝像機，如WV-CP410/G型的攝像機。
圖像采集卡5，其內(nèi)帶有A/D轉(zhuǎn)換，用于將信號采集器4抽樣的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號，完成A/D轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)測量信號輸入微處理器7；其可采用CA-CPE-1000型，該采集卡的A/D轉(zhuǎn)換器可采用PCI總線結(jié)構(gòu)與微處理器7相連，最大分辯率為768 X576 X 32bit，灰度精度為±1/256，點陣擾動不大于10ns。
微處理器7，用于對圖像采集卡所輸入的數(shù)字散斑場按照一定的處理程序進行計算、處理；其可采用奔騰233或更高類型的微處理器，內(nèi)存要求64M以上。
顯示器8，用于顯示微處理器7的計算結(jié)果，可采用彩色顯示器或彩色打印機，直接以圖像或紙件的方式顯示材料顯微結(jié)構(gòu)的力學(xué)測量結(jié)果。
光源器9，用于觀察測量光源，可采用反射式光源，也可采用透射式光源，或偏光式光源。
電源6，可直接將市電220V交流電經(jīng)降壓，整流，濾波，穩(wěn)壓，成為控制裝置及微處理器7等元器件所需的直流電源。
在圖3中，1，開始，接通市電220V交流電源，及啟動微處理器(計算機)7。
2，將試件10緊固置于靜力加載裝置3的兩夾具3-1上，并由微處理器(計算機)7向趨動電機3-4輸出初次加載的控制電源，使中心定位式的靜力加載裝置3上的兩動滑塊3-2產(chǎn)生反向靜拉力，使試件10快速定位處于顯微鏡1的目鏡2下端的中心。并操作調(diào)節(jié)光學(xué)成像系統(tǒng)，使得試件10所觀測部分成為清晰的圖像。
3，由設(shè)置在顯微鏡1的目鏡2上端的信號采集器(CCD型攝像機)4，攝取其觀察區(qū)域內(nèi)初載靜拉力試件10的散斑灰度場電信號，輸送到圖像采集卡5進行A/D轉(zhuǎn)換及存儲，并將測量的數(shù)據(jù)信號輸送到微處理器7。
4，微處理器7對由圖像采集卡5輸入的初載靜拉力試件10的散斑灰度場電信號，進行計算和處理；并將初載靜拉力試件10的散斑灰度分布場處理的(如x向位移場(u)、應(yīng)變場(εx、εxy)，y向位移場(v)、應(yīng)變場(εy、εxy)及其應(yīng)力場等)電信號，輸送到顯示器8。
顯示器8將微處理器7輸入的初載靜拉力試件10的散斑灰度場的處理電信號，直接顯示其數(shù)據(jù)或圖像的測量結(jié)果，也可輸出數(shù)據(jù)或圖像打印的測量結(jié)果。
微處理器7在對圖像采集卡5輸入的初載靜拉力試件10的散斑灰度分布場的電信號，進行計算和處理時，繼續(xù)向靜力加載裝置3輸出設(shè)置的靜力增量載荷，以及操作調(diào)節(jié)光源器9的光學(xué)成像系統(tǒng)，以得到試件10的清晰觀測圖像。并重復(fù)上述3，4的步驟，直至完成試件材料顯微結(jié)構(gòu)的全部，和全過程的靜力載荷測試。并由顯示器8輸出測量試件10的材料微結(jié)構(gòu)組織的形貌及位移、變形、應(yīng)變、應(yīng)力等全部和全過程的測試結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置，由顯微鏡、靜力加載裝置、信號采集器、圖像采集卡、微處理器、顯示器、光源器和電源構(gòu)成，其特征在于，顯微鏡上設(shè)置有靜力加載裝置，顯微鏡的目鏡處設(shè)置有信號采集器，信號采集器由導(dǎo)線與圖像采集卡、微處理器、顯示器順序連接，微處理器并由導(dǎo)線分別與電源、靜力加載裝置連接，光源器還由導(dǎo)線與電源連接。
2.一種材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置的控制方法，包括下列步驟1)開始；2)調(diào)節(jié)試件位置初加載，施加光源；3)采集測量信號，并輸入圖像采集卡進行A/D轉(zhuǎn)換及存儲；4)由微處理器對圖像采集卡輸入的測量數(shù)據(jù)信號進行計算和處理，并作信號判斷，若是，則顯示輸出結(jié)果；并，設(shè)置靜力增量載荷、調(diào)節(jié)光學(xué)成像系統(tǒng)，重復(fù)3)、4)的步驟，直至完成試件材料顯微結(jié)構(gòu)的靜力載荷測試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置，其特征在于，信號采集器為攝像機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種材料顯微結(jié)構(gòu)測試儀的靜力載荷測控裝置，其特征在于，靜力加載裝置為中心定位調(diào)節(jié)加載式裝置。
全文摘要
本發(fā)明在顯微鏡上設(shè)置有靜力加載裝置,顯微目鏡處設(shè)有信號采集器,信號采集器由導(dǎo)線與圖像采集卡、微處理器、顯示器順序連接,微處理器并由導(dǎo)線分別與電源、靜力加載裝置連接,光源器還由導(dǎo)線與電源連接?？刂品椒ㄓ?1,開始;2,調(diào)節(jié)試件位置初加載,施加光源;3,采集測量信號,并輸入圖像采集卡進行A/D轉(zhuǎn)換及存儲;4,由微處理器對圖像采集卡輸入的測量數(shù)據(jù)信號進行計算和處理,并作信號判斷,若是,則顯示輸出結(jié)果;并,設(shè)置靜力增量載荷、調(diào)節(jié)光學(xué)成像系統(tǒng),重復(fù)3,4的步驟,直至完成試件材料顯微結(jié)構(gòu)的靜力載荷測試。由此本發(fā)明在對材料的位移、變形、應(yīng)變、應(yīng)力,和微結(jié)構(gòu)組織形貌觀測時具有測量精確、快速方便。
文檔編號G01N3/08GK1380540SQ02116908
公開日2002年11月20日 申請日期2002年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月26日
發(fā)明者李鴻琦, 邢冬梅, 佟景偉, 馬世虎, 李林安, 王世斌 申請人:天津大學(xué)