專(zhuān)利名稱(chēng)：微力學(xué)測(cè)試儀及其測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)試微尺度試樣力學(xué)性能的儀器，具體的說(shuō)，涉及一種用拉伸、彎曲、剪切、扭轉(zhuǎn)等方式對(duì)微尺度試樣的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試的儀器及其測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
微電子機(jī)械(MEMS)行業(yè)的發(fā)展迫切需要可靠測(cè)試微尺度試樣的力學(xué)性能。目前，用于微尺度試樣力學(xué)性能的測(cè)試的儀器，主要有納米壓痕儀，該儀器的特點(diǎn)是擅長(zhǎng)對(duì)試樣進(jìn)行壓痕實(shí)驗(yàn)，即壓頭在試樣表面壓入一定深度，通過(guò)獲得的加卸載曲線(xiàn)，根據(jù)相關(guān)的力學(xué)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到被測(cè)試樣的硬度和模量等力學(xué)參數(shù)。這種儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)決定了其擅長(zhǎng)“壓”的測(cè)試方式，而不能進(jìn)行拉伸、剪切、扭轉(zhuǎn)等測(cè)試。而單軸拉伸測(cè)試具有力學(xué)模型簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)分析方便、得到的結(jié)果意義直觀(guān)明確等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在宏觀(guān)力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域被廣泛采用，因此人們迫切希望采用單軸拉伸的方法研究微尺度試樣的力學(xué)性能。
于是有人嘗試將傳統(tǒng)宏觀(guān)的材料試驗(yàn)機(jī)的載荷和位移分辨力進(jìn)行提高，應(yīng)用于微尺度試樣的力學(xué)性能測(cè)試。但是由于傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的方式，其載荷測(cè)量采用應(yīng)變片式的載荷傳感器，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了該類(lèi)儀器在應(yīng)用于微尺度試樣的力學(xué)性能測(cè)試時(shí)無(wú)法獲得更為理想的測(cè)量精度，另外，在測(cè)量微尺度試樣的微小的載荷(力)和位移時(shí)，儀器本身的結(jié)構(gòu)響應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試結(jié)果的可靠性。因此迫切需要研制一種新的測(cè)試儀器及配套的數(shù)據(jù)處理方法，用于對(duì)微尺度試樣進(jìn)行拉伸測(cè)試，在微尺度力學(xué)測(cè)試領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)材料試驗(yàn)機(jī)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種針對(duì)微尺度試樣的進(jìn)行單軸拉伸測(cè)試的儀器及其測(cè)試方法，以獲得微尺度試樣的力學(xué)性能。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括一信號(hào)發(fā)生模塊和一信號(hào)采集模塊；一輸入端與信號(hào)發(fā)生模塊電連接的功率放大器；一用來(lái)對(duì)試樣進(jìn)行加載的測(cè)試儀主機(jī)，該測(cè)試儀主機(jī)和功率放大器輸出端以及計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集模塊電連接；所述測(cè)試儀主機(jī)包括一主機(jī)框架，該框架包括一底座1、一側(cè)板15；一固定安裝在主機(jī)框架1底座上的磁鋼13；依次固連的線(xiàn)圈框架14、拉伸軸2、下夾具10，其中線(xiàn)圈框架14套在磁鋼13的內(nèi)磁極上，拉伸軸2上固連懸浮彈簧組11，懸浮彈簧組11的另一端與測(cè)試儀主機(jī)框架固連；一纏繞在線(xiàn)圈框架14上的線(xiàn)圈12；一豎直安裝在側(cè)板15上的電動(dòng)立柱6；一安裝在拉伸軸2上的活動(dòng)電極板3；一安裝在電動(dòng)立柱6上可沿電動(dòng)立柱6上下移動(dòng)的懸臂梁7；一安裝在懸臂梁7下側(cè)的上定位臺(tái)8，該上定位臺(tái)8是二維微調(diào)機(jī)構(gòu)；一安裝在主機(jī)框架上的高分辨力位移傳感器5。
所述高分辨力位移傳感器為非接觸式位移傳感器，所述非接觸式位移傳感器為電容式位移傳感器、電渦流位移傳感器或光纖位移傳感器。
所述測(cè)試儀主機(jī)中的非接觸式位移傳感器為電容式位移傳感器，所述測(cè)試儀主機(jī)還包括一安裝在位移傳感器5下側(cè)的位移傳感器電極板4，該位移傳感器電極板4與活動(dòng)電極板3構(gòu)成電容。
本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，包括下述步驟1)用計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀主機(jī)工作；2)用計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集模塊采集位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；3)將采集的位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別換算為位移和載荷值；4)對(duì)步驟3)中得到的一系列位移值和載荷值，按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出被測(cè)試樣的楊氏模量和強(qiáng)度極限。
所述步驟3)中，包括下述子步驟31)將采集的位移和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位移和載荷值；32)將步驟31)得到的載荷值減去懸浮彈簧上分擔(dān)的載荷，得到真正作用在試樣上的載荷；33)將步驟31)中得到的位移減去框架變形引起的位移，得到試樣上真正的位移。
所述步驟4)中，包括下述子步驟41)由步驟3)中得出的位移和載荷值得到位移-載荷曲線(xiàn)；42)根據(jù)位移-載荷曲線(xiàn)，按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出被測(cè)試樣的楊氏模量。
所述步驟4)中，步驟42)還包括子步驟42a)，步驟42a)為從載荷-位移曲線(xiàn)上找到試樣發(fā)生斷裂的時(shí)刻對(duì)應(yīng)的載荷，用該載荷除以試樣標(biāo)距段的橫截面積得到強(qiáng)度極限。
所述步驟32)中懸浮彈簧上分擔(dān)的載荷等于懸浮彈簧剛度和步驟31)中得到的位移的乘積。
所述步驟33)中框架變形引起的位移等于步驟32)中得到的載荷除以微力學(xué)測(cè)試儀主機(jī)框架剛度。
由于采用電磁加載方式，使得測(cè)試儀的分辨力得以大幅度提高，這是目前常規(guī)材料試驗(yàn)機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。由于可以通過(guò)拉伸的方法直接對(duì)微尺度試樣進(jìn)行測(cè)試，因而和壓痕法相比可以得到意義更為直觀(guān)明確的楊氏模量、強(qiáng)度極限等力學(xué)參數(shù)，為微尺度力學(xué)測(cè)試開(kāi)辟新的領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀測(cè)試系統(tǒng)示意圖；圖2為微力學(xué)測(cè)試儀主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為用本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀測(cè)試得出的康銅絲拉伸試驗(yàn)曲線(xiàn)；圖4為本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀主機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型圖；圖5為本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀測(cè)試方法流程圖。
圖6為功率放大器電路圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明圖1所示的是本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀的組成框圖，包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括一信號(hào)發(fā)生模塊和一信號(hào)采集模塊；一輸入端與信號(hào)發(fā)生模塊電連接的功率放大器；一與功率放大器輸出端電連接的測(cè)試儀主機(jī)，該測(cè)試儀主機(jī)向計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集模塊反饋位移信號(hào)和載荷信號(hào)。
本實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)生模塊采用阿爾泰公司的PCI2007A，信號(hào)采集模塊采用凌華公司的DAQ2006，功率放大器的電路圖如圖6所示，其中為SYN-25-D12A開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源，DM4C-DV20為三位半數(shù)字面板表，ELH0021為功率運(yùn)算放大器。該功放的電路為普通功放電路，其優(yōu)點(diǎn)在于采用了低噪聲的ELH0021作為為功率運(yùn)算放大器，使得整個(gè)功放的噪聲降低。在進(jìn)行微尺度力學(xué)測(cè)試時(shí)，如果換用其它型號(hào)噪聲較大的功放，本發(fā)明提供的儀器仍然可以運(yùn)行，只是測(cè)量精度變差，測(cè)量微小信號(hào)的能力降低，甚至在小信號(hào)情況下無(wú)法獲得有用的測(cè)試數(shù)據(jù)。
測(cè)試儀主機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括主機(jī)框架、拉伸軸2、活動(dòng)電極板3、位移傳感器電極板4、電容式位移傳感器5、電動(dòng)立柱6、懸臂梁7、上定位臺(tái)8、上夾具9、下夾具10、懸浮彈簧組11、線(xiàn)圈12、磁鋼13、線(xiàn)圈框架14。其中主機(jī)框架包括底座1和側(cè)板15，磁鋼13固定在底座1中央，該磁鋼13的磁隙內(nèi)形成一近似均勻的磁場(chǎng)，線(xiàn)圈框架14套放在磁鋼13的內(nèi)磁極上，置于該近似均勻磁場(chǎng)中。線(xiàn)圈框架14上繞有線(xiàn)圈12，其頂部與拉伸軸2固連，拉伸軸2頂部固定安裝有下夾具10。在拉伸軸2側(cè)面安裝懸浮彈簧組11，該懸浮彈簧組11由上下兩組彈簧組成，其中彈簧呈水平狀態(tài)，一端固連在作用軸上，另一端固連在儀器框架上。線(xiàn)圈框架14、拉伸軸2和下夾具10固連而成的整體由懸浮彈簧組11懸浮支撐，可以在豎直方向上自由運(yùn)動(dòng)。
在主機(jī)框架的側(cè)板15的上豎直安裝一電動(dòng)立柱6，該電動(dòng)立柱6上安裝有懸臂梁7，該懸臂梁7由電動(dòng)立柱6承載，可以上下調(diào)節(jié)高度，以便于測(cè)試不同長(zhǎng)度的試樣。懸臂梁7的下側(cè)固定安裝一上定位臺(tái)8，該上定位臺(tái)8為二維微調(diào)機(jī)構(gòu)(本實(shí)施例采用卓立漢光公司生產(chǎn)的TSMW13-XY-1A整體式位移臺(tái))，其下側(cè)中部安裝有上夾具9，通過(guò)上定位臺(tái)8可以調(diào)節(jié)上夾具9的位置，以便于和下夾具10對(duì)中。
本發(fā)明中采用非接觸式高分辨力位移傳感器作為被測(cè)試樣的拉伸位移測(cè)量裝置，本實(shí)施例中采用電容式位移傳感器，也可以采用光學(xué)類(lèi)非接觸式位移傳感器。其測(cè)量原理為兩電極板相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)電容的變化和距離變化之間在一定范圍內(nèi)為線(xiàn)性關(guān)系。本實(shí)施例中，電容式位移傳感器5安裝在電動(dòng)立柱6上，位移傳感器5下側(cè)安裝有位移傳感器電極板4，該位移傳感器電極板4與安裝在拉伸軸2上的活動(dòng)電極板3構(gòu)成電容，根據(jù)電容的變化可測(cè)量出活動(dòng)電極板3的位移。
本實(shí)施例中，功率放大器的輸出端與測(cè)試儀主機(jī)中的線(xiàn)圈12電連接。測(cè)試儀主機(jī)中的位移傳感器與計(jì)算機(jī)中的信號(hào)采集模塊電連接。
本實(shí)施例中的非接觸式高分辨力位移傳感器采用的是電容式位移傳感器，該位移傳感器也可以采用電渦流位移傳感器或光纖位移傳感器，這是本專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的。
利用本發(fā)明提供的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法如下在測(cè)試時(shí)，先將被測(cè)試樣安裝在上定位臺(tái)下側(cè)的上夾具和拉伸軸上側(cè)的下夾具之間，然后進(jìn)行如下步驟(如圖5所示)步驟101用計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
步驟102步驟101中產(chǎn)生的電壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)功率放大器放大。
步驟103用放大后的信號(hào)驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀主機(jī)工作。其驅(qū)動(dòng)原理為載流線(xiàn)圈在均勻磁場(chǎng)中受電磁力，電磁力的大小與電流成正比，即F∝I。式中F為電磁力，I為通過(guò)線(xiàn)圈的電流。若使用本實(shí)施例中的儀器，線(xiàn)圈12處于磁鋼13產(chǎn)生的均勻磁場(chǎng)中，當(dāng)電流通過(guò)線(xiàn)圈12時(shí)，線(xiàn)圈12受到一個(gè)豎直向下的力，帶動(dòng)拉伸軸2及下夾具10向下運(yùn)動(dòng)，從而將被測(cè)試樣拉伸。
步驟104用計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集模塊采集位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中位移信號(hào)是采集位移傳感器的電壓信號(hào)，線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由信號(hào)采集模塊直接在線(xiàn)圈上采集。當(dāng)位移傳感器采用本實(shí)施例中的電容式位移傳感器時(shí)，根據(jù)電容式位移傳感器的電極板4與活動(dòng)電極板3之間電容的變化可測(cè)量出活動(dòng)電極板3的位移，即得出了被測(cè)試樣的拉伸位移量。
步驟105步驟104中采集到的位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)換算得到位移值和載荷值(該換算方法將在下文中詳述)。
步驟106判斷是否滿(mǎn)足試驗(yàn)條件。該試驗(yàn)條件為載荷是否達(dá)到試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的設(shè)定值，或位移是否達(dá)到開(kāi)始時(shí)的設(shè)定值，或試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間是否達(dá)到試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)的設(shè)定值。若判斷為是，進(jìn)入步驟107；若判斷為否，回到步驟101重新開(kāi)始測(cè)試。
步驟107根據(jù)步驟105中得到的一系列位移值和載荷值，按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理(其原理及過(guò)程將在下文中詳述)。
步驟108得出并輸出結(jié)果。
步驟105、107中的數(shù)據(jù)處理的原理及過(guò)程敘述如下圖4為微力學(xué)測(cè)試儀主機(jī)的動(dòng)力學(xué)模型圖，其中m為慣性質(zhì)量，包括電磁線(xiàn)圈及拉伸軸在內(nèi)的由懸浮彈簧懸浮的質(zhì)量；Ci為儀器的阻尼；Kf為儀器框架剛度；Ks為懸浮彈簧剛度；S為試樣剛度；Cs為試樣阻尼；Fe(t)為電磁驅(qū)動(dòng)力，和通過(guò)線(xiàn)圈的電流成正比，F(xiàn)e(t)∝I(t)。
對(duì)于準(zhǔn)靜態(tài)的試驗(yàn)過(guò)程，可以將儀器和試樣的整體響應(yīng)看作是靜力學(xué)問(wèn)題處理，kx＝Fe(t)(1)式中，k=(S-1+Kf-1)-1+Ks]]>為等效剛度，x表示位移量。
對(duì)于動(dòng)態(tài)試驗(yàn)過(guò)程，就需要把儀器和試樣的整體響應(yīng)看作是動(dòng)力學(xué)問(wèn)題處理，mx··+cx·+kx=Fe(t)---(2)]]>
式中，c＝ci+cs為等效阻尼系數(shù)， 表示加速度， 表示速度。
由于對(duì)微小試樣的拉伸測(cè)試多是在準(zhǔn)靜態(tài)情況下完成的，因此本實(shí)施例將按照準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程闡述。
根據(jù)以上分析，對(duì)計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集模塊采集到的位移信號(hào)和載荷信號(hào)進(jìn)行處理。將采集的位移信號(hào)稱(chēng)為dV，采集的載荷信號(hào)稱(chēng)為FV，轉(zhuǎn)化為位移和載荷值為draw＝dV×sdFraw＝FV×Sf(3)式中draw稱(chēng)為原始位移；Sd為位移靈敏度系數(shù)，通過(guò)對(duì)位移傳感器標(biāo)定獲得；Fraw稱(chēng)為原始載荷；Sf為載荷靈敏度系數(shù)，通過(guò)對(duì)電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)標(biāo)定獲得。
如圖4所示，電容式位移傳感器5測(cè)量的位移并非試樣真正的變形，其中包含框架變形；同樣，測(cè)量的電磁力也并非試樣上的載荷，其中包含作用在懸浮彈簧上的載荷。在微力學(xué)測(cè)量領(lǐng)域，這些影響因素都不能忽略掉。為了獲得試樣上的真實(shí)位移和載荷值，必須對(duì)原始位移和載荷進(jìn)行處理，根據(jù)圖4，可以得出d=draw-FKf]]>F＝Fraw-Ks×draw(4)式中d為試樣上的位移(即試樣的變形)；Kf為測(cè)試儀主機(jī)框架剛度，通過(guò)對(duì)框架進(jìn)行拉伸測(cè)試獲得；F為作用在試樣上的載荷；Ks為懸浮彈簧剛度，通過(guò)對(duì)儀器進(jìn)行空載測(cè)試獲得。
由此，被測(cè)試樣的楊氏模量為E=ΔFΔd×LA---(5)]]>式中 為被測(cè)試樣在彈性拉伸段的剛度，L為試樣的標(biāo)距長(zhǎng)度，A為試樣的截面積。
使用本發(fā)明提供的儀器，對(duì)康銅絲試樣進(jìn)行了拉伸測(cè)試。圖3為拉伸實(shí)驗(yàn)的位移-載荷曲線(xiàn)，康銅絲直徑為30μm，標(biāo)距為57mm。可以從加卸載曲線(xiàn)中計(jì)算出被測(cè)康銅絲的楊氏模量為170GPa。
容易理解，使用本發(fā)明提供的儀器也可以方便地測(cè)出被測(cè)試樣的強(qiáng)度極限。強(qiáng)度極限是試樣拉斷時(shí)的最大應(yīng)力，因此從載荷-位移曲線(xiàn)上可以找到試樣發(fā)生斷裂的時(shí)刻對(duì)應(yīng)的載荷，用該載荷除以試樣標(biāo)距段的橫截面積就得到強(qiáng)度極限。
另外，針對(duì)不同試樣的測(cè)試需要，該儀器也可以進(jìn)行彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切等測(cè)試。
本發(fā)明提供的測(cè)試儀器和測(cè)試方法是針對(duì)微尺度試樣的力學(xué)性能測(cè)量而設(shè)計(jì)的。由于目前MEMS的迅速發(fā)展，使得微尺度材料和結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能測(cè)量的成為一個(gè)迫切問(wèn)題。本發(fā)明可以可靠地對(duì)MEMS常用材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行拉伸測(cè)試，得到的測(cè)試結(jié)果意義直觀(guān)明確，極大地提高了測(cè)量精度，將拉伸測(cè)試方法引入到微尺度領(lǐng)域。并且該測(cè)量裝置體積小、重量輕，自動(dòng)化程度高，使用方便。
權(quán)利要求
1.一種微力學(xué)測(cè)試儀包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括一信號(hào)發(fā)生模塊和一信號(hào)采集模塊；一輸入端與信號(hào)發(fā)生模塊電連接的功率放大器；一用來(lái)對(duì)試樣進(jìn)行加載的測(cè)試儀主機(jī)，該測(cè)試儀主機(jī)和功率放大器輸出端以及計(jì)算機(jī)的信號(hào)采集模塊電連接；所述測(cè)試儀主機(jī)包括一主機(jī)框架，該框架包括一底座(1)、一側(cè)板(15)；一固定安裝在主機(jī)框架(1)底座上的磁鋼(13)；依次固連的線(xiàn)圈框架(14)、拉伸軸(2)、下夾具(10)，其中線(xiàn)圈框架(14)套在磁鋼(13)的內(nèi)磁極上，拉伸軸(2)上固連懸浮彈簧組(11)，懸浮彈簧組(11)的另一端與測(cè)試儀主機(jī)框架固連；一纏繞在線(xiàn)圈框架(14)上的線(xiàn)圈(12)；一安裝在拉伸軸(2)上的活動(dòng)電極板(3)；一豎直安裝在側(cè)板(15)上的電動(dòng)立柱(6)；一安裝在電動(dòng)立柱(6)上可沿電動(dòng)立柱(6)上下移動(dòng)的懸臂梁(7)；一安裝在懸臂梁(7)下側(cè)的上定位臺(tái)(8)，該上定位臺(tái)(8)是二維微調(diào)機(jī)構(gòu)；一安裝在主機(jī)框架上的高分辨力位移傳感器(5)。
2.按權(quán)利要求1所述的微力學(xué)測(cè)試儀，其特征在于所述高分辨力位移傳感器為非接觸式位移傳感器，所述非接觸式位移傳感器為電容式位移傳感器、或電渦流位移傳感器、光纖位移傳感器。
3.按權(quán)利要求1所述的微力學(xué)測(cè)試儀，其特征在于所述測(cè)試儀主機(jī)中的非接觸式位移傳感器為電容式位移傳感器，所述測(cè)試儀主機(jī)還包括一安裝在位移傳感器(5)下側(cè)的位移傳感器電極板(4)，該位移傳感器電極板(4)與活動(dòng)電極板(3)構(gòu)成電容。
4.一種微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，包括下述步驟1)用計(jì)算機(jī)控制信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一電壓信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀主機(jī)工作；2)用計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集模塊采集位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；3)將采集的位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分別換算為位移和載荷值；4)對(duì)步驟3)中得到的一系列位移值和載荷值，按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出被測(cè)試樣的楊氏模量和強(qiáng)度極限。
5.按權(quán)利要求4所述的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，其特征在于所述步驟3)中，包括下述子步驟31)將采集的位移和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的位移和載荷值；32)將步驟31)得到的載荷值減去懸浮彈簧上分擔(dān)的載荷，得到真正作用在試33)將步驟31)中得到的位移減去框架變形引起的位移，得到試樣上真正的位移。
6.按權(quán)利要求4所述的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，其特征在于所述步驟4)中，包括下述子步驟41)由步驟3)中得出的位移和載荷值得到位移-載荷曲線(xiàn)；42)根據(jù)位移-載荷曲線(xiàn)，按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出被測(cè)試樣的楊氏模量。
7.按權(quán)利要求6所述的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，其特征在于步驟42)還包括子步驟42a)，步驟42a)為從載荷-位移曲線(xiàn)上找到試樣發(fā)生斷裂的時(shí)刻對(duì)應(yīng)的載荷，用該載荷除以試樣標(biāo)距段的橫截面積得到強(qiáng)度極限。
8.按權(quán)利要求5所述的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，其特征在于所述步驟32)中懸浮彈簧上分擔(dān)的載荷等于懸浮彈簧剛度和步驟31)中得到的位移的乘積。
9.按權(quán)利要求5所述的微力學(xué)測(cè)試儀的測(cè)試方法，其特征在于所述步驟33)中框架變形引起的位移等于步驟32)中得到的載荷除以微力學(xué)測(cè)試儀主機(jī)框架剛度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微力學(xué)測(cè)試儀及其測(cè)試方法。該試儀包括一計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)包括一信號(hào)發(fā)生模塊和一信號(hào)采集模塊；一輸入端與信號(hào)發(fā)生模塊電連接的功率放大器；一用來(lái)對(duì)試樣進(jìn)行加載的測(cè)試儀主機(jī)。測(cè)試方法包括信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生一電壓信號(hào)，經(jīng)功率放大器放大后驅(qū)動(dòng)測(cè)試儀主機(jī)工作；信號(hào)采集模塊采集位移信號(hào)和線(xiàn)圈的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；將采集到的信號(hào)換算為位移和載荷值；按照力學(xué)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出被測(cè)試樣的楊氏模量和強(qiáng)度極限。由于采用電磁加載方式，使得本測(cè)試儀的分辨力大幅度提高。
文檔編號(hào)G01N3/00GK1752734SQ20041008014
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月24日
發(fā)明者張?zhí)┤A, 郇勇, 楊業(yè)敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所