多场耦合加载微纳米压入测试系统和测试方法

摘要

本发明涉及一种多场耦合加载微纳米压入测试系统和测试方法。该系统包括机械加载与测量子系统、磁场加载与测量子系统、电场加载与测量子系统和循环油浴热场加载与测量子系统，可变磁场的施加是通过控制流经电磁铁的电流大小来实现；可变电场的施加是通过高精度稳压电源来实现，通过调整正负电极在试样的位置分布来实现电场在试样不同方向上的施加；在加热区对硅油进行加热，通过油路流至油浴腔，通过热传导经试样台对试样进行加热。本发明装置原理可靠，结构紧凑，具有较高的实用价值，可精确地检测电磁固体薄膜材料的微纳米尺度物理力学性质。

主权项

一种多场耦合加载微纳米压入测试方法，其特征是，电场、磁场、温度、载荷或位移大小由信号发生器产生驱动信号，经由功率放大器进行控制，电场、磁场、温度、载荷或位移信号由相应的传感器感知并输出，由A/D采集卡进行采集；所述测试方法的步骤如下：步骤101，通过计算机对拟定的实验加载条件进行设置；所述实验加载条件包括磁场大小、电场大小、温度、载荷或位移加载函数；步骤102，由计算机通过信号发生模块产生控制电场、磁场和温度的驱动信号；步骤103，由功率放大器对步骤102中输出的驱动信号进行放大，输出电流信号；步骤104，经功率放大器放大后的电流信号，驱动高精度稳压电源输出电压信号来实现电场的施加、驱动电源调节输出的流经永磁铁的电流大小来实现磁场的施加，驱动控制箱调节加热丝的功率来实现热场的施加；步骤105，由A/D采集卡采集电场、磁场和温度传感器信号；步骤106，对传感器采集的信号进行换算，得到试样区的电场强度、极化强度、磁场强度和温度大小；步骤107，判断是否符合试验条件，即电场、磁场和温度均达到预设值；若判断为是，进入步骤108；若判断为否，回到步骤102重新开始测试；步骤108，由信号发生器产生载荷或位移驱动信号；步骤109，步骤108中输出的驱动信号经功率放大器进行放大，使其能够产生足够的载荷，输出电流信号；步骤110，经功率放大器放大后的电流信号驱动机械加载模块运动，通过压电堆驱动单元驱动压头压入试样；步骤111，A/D采集卡采集载荷和位移传感器信号；步骤112，将步骤111中采集的信号进行换算得到载荷和位移值；步骤113，判断是否符合试验条件，即载荷或位移达到预设值；若判断为是，进入步骤114；若判断为否，回到步骤108重新开始测试；步骤114，在数据处理系统中，按照力学模型对测得的载荷和位移值进行计算处理，得到压入硬度和接触刚度，进而分析得到磁场强度、电场强度、温度单独或耦合作用对于材料压入硬度和接触刚度影响的关系曲线，输出计算结果，测试工作结束。