-
—般说来,单轴拉伸测试装置主要包括五个部分，分别为驱动器、力传感器、位移传感器、机械框架和试样相关部分。其中试样相关部分又包括试样的制作、试样的对中夹持和保护框架的释放等。
- 上一篇：农村家庭养老国内外研究现状
- 下一篇：乳化剂国内外研究现状
1.3.1 驱动方式9862
国内外微构件拉伸测试的驱动方式一般有步进马达、压电、电磁、线性马达等。Ogawa[1]采用线性马达作为驱动方式，加载较为连续，但中途无法停止。Tsuchiya[1]等人使用步进马达作为驱动方式，载荷呈台阶状，但中途可以停止。电磁驱动是一种较为理想的驱动方式，它具有很好的线性、低滞后性、无摩擦，能直接进行精确控制等特点；运动的磁铁或线圈相对于结构具有很小的惯性，在磁力作用下能实现沿轴向自动对中，从而消除横向力，同时也能降低振动。在得到电磁力与电流的线性关系后，可通过施加变化电流控制力的大小，从而克服微拉伸装置中微小力的测量困难。
图1.4 电磁力驱动实验装置
目前，使用压电式激励器[2,3]作为驱动方式的较多，主要用计算机编程控制压电单元释放位移，从而带动夹头提供驱动力，但压电单元中有蠕变、滞后和非线性等问题，至今未能很好解决[5]。
清华大学温诗铸的拉伸装置使用载流线圈驱动磁铁运动的动磁驱动方式。利用磁力驱动拉杆，对试样施加拉伸载荷。驱动力的大小受磁场梯度的控制，而磁场梯度取决于电流的大小，因此可实现精确控制，使得磁场梯度和驱动力与线圈激励电流呈线性关系[6]。但是，目前微构件拉伸测试使用压电陶瓷驱动器作为驱动方式的较多。
1.3.2 载荷测量
对线性或步进马达、压电式激励器等驱动方式，载荷大小需经力传感器测量。目前， 已有量程为0.1N的商品化力传感器，一般用标准砝码标定传感器的精度，分辨率约为1mN。
Mazza[1]等人的拉伸装置的载荷测量非常巧妙。他们用计算机通过压电控制器去控制压电单元产生拉力，载荷大小用电子分析天平测量。这种天平可以看成是一种电磁力平衡式称重传感器，它是利用电磁力平衡重力原理制成的。当加上或卸除载荷时，称盘位置发生变化,从而带动线圈移动，位移传感器将此位置改变转化为电信号，经PID(比例-积分-微分)调节器、放大器后，以电流形式反馈到线圈中，使电磁力与被称物体的重力相平衡，称盘恢复到接近原来的平衡位置。因此，反馈电流与被称物体的重量成正比关系，只要测出该反馈电流，就可知道被称物体重量的大小。该天平的最大量程为12N，分辨率为10uN,具体装置原理见图1-5[1]所示。
图1.5 天平实验装置
1.3.3 位移测量
位移测量主要有平均位移和全场位移测量两种方法。平均位移测量又包括双视场标 记法、干涉应变计标记法、光纤法、平板电容法、散斑干涉法等。全场位移测量包括散 斑法、标记法等。
Ogawa釆用双视场标记法测量位移。他事先在试样表面上沉积两个厚度为50nm的氧化铬标记点，再用高放大倍率光学显微镜观察试样的变形。由于视场较小，他设计了双视场的光学显微镜，通过在两个视场分别观察各自标记点的运动，最终测量出两个标记点之间的位移。这种方法可以达到1μm的分辨率或更高一些。这种位移测量方法简单方便，而且不与拉伸试样接触，是一种理想的无接触测量方法。但由于把标记点沉积在微构件试样上，所以有可能对测试数据产生影响。Ogawa的实验装置与双视场标记测位移法见图1.6a和b[1]所示。
图1.6 Ogawa的测试装置
Sharpe等人[9]采用干涉应变计标记法测量位移。他设计制作了多晶硅试样，有效标距段的宽为600μm、厚为3.5μm，制作时在有效标距段内沉积上厚为0.5μm、宽为20μm的两条金线，金线之间间距为300μm。在激光(波长632.8nm)照射下，从带有斜度的两条金线边缘反射的光，经干涉后可得到较清晰的干涉条纹。两金线之间的位移测量分辨率可达1μm或更高。如果再沿试样长度方向沉积两条平行金线，就可测量试样的泊松比。其实验装置原理图及干涉应变计标记法测位移见图1-7[1]所示。