专利名称：一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法
技术领域：
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法，适用于测量样品的磁致伸缩，尤其适用于横截面积较小的棒状样品的磁致伸缩。
背景技术：
在外磁场的作用下，铁磁材料的尺度会发生变化，这种现象称为磁致伸缩现象。磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料，磁致伸缩系数无疑是最关键的一个磁学参数，由于磁致伸缩系数的量级较小，在10_3-10_7范围，因此实现准确测量是一个技术难题。、
根据现有的技术条件，磁致伸缩系数的测量方法有小角转动法，应变电阻法，光学法，隧道探头法和电容法。小角转动法适用于测量带状或丝状材料的磁致伸缩系数，其原理是在不同张力的作用下通过调节直流偏场的大小以使偏转角保持恒定，因此可调节的因素比较多，张力大小，直流偏场以及偏转角都会影响最终的测量结果，但目前带状或丝状材料的磁致伸缩系数测量仍以小角转动法为主。应变电阻法适用于测量薄膜材料或不规则小样品的磁致伸缩系数，其原理是把作为桥臂的电阻应变片贴在待测样品上，将样品长度的变化转化为电阻的变化进行测量.由于测量过程中样品温度、磁电阻效应等因素的影响，电路中会出现较严重的漂移现象，导致测量难以准确进行，但应变电阻法测量环节中样品制备较为简单，不需要特殊的设计结构，因此应用较为普遍。光学法也适用于测量块体样品的磁致伸缩系数，通过激光器光路检测样品自由端长度的变化量，测量精度高，但激光设备较昂贵，制造成本高。隧道探头法是最新发展的一种磁致伸缩测量方法，用于测量丝状样品的磁致伸缩系数。电容法是根据平行板电容的原理，在外加磁场下，通过测量被测样品与传感器极板之间的电容变化，平板电容器的电容与两极板的间距成反比关系，间接测量样品的伸长或缩短量。其中，电容法比小角转动法和应变电阻法具有更高的测量精度，原理简单。万红等(万红，邱佚，谢海涛，斯永敏，扬德明，《电容位移法精确测量磁性薄膜的磁致伸缩系数》，功能材料，2002，vol. 33，第262-264页)利用该原理测量了薄膜样品的磁致伸缩系数，但没有直接测量到薄膜样品的弯曲变形和外加磁场的关系，而是在两者之间通过电容位移测量仪间接找对应关系，这无疑就增加了测量不确定性。B. Kundys等(B. Kundys, Yu.Bukhantsev, and S. Vasiliev et al.，Threeterminal capacitance technique formagnetostriction and thermal expansion measurements, Review of ScientificInstruments, 2004, vol. 75，2192-2196.)利用电容法测量样品的磁致伸缩系数，被测样品一端固定，一端通过杠杆与可移动电极相连，与固定电极形成一组电容，为单通道测量方法。因为磁致伸缩系数的数量级很小，在10_3-10_7范围，因此固定样品或与杠杆连接环节带来的机械误差会对测量结果造成影响。以上这些因素对测量样品的磁致伸缩特性带来了不利影响，影响了测量的准确性
发明内容
针对上述问题，本发明的一个目的是提供一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其结构设计简单，灵敏度高，精度稳定性好，成本低，可实现不接触式测量样品磁致伸缩系数。本发明的另一个目的是提供一种使用上述装置测量磁致伸缩的方法。本发明的理论依据是平行板电容的电容与极板间距离的关系满足
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权利要求
1.一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置，用于测量两端平面互相平行的样品(14)，其特征在于该装置包括 样品位置及探头位置调整机构(1)，位于底座(15)上，包括样品支架(3)，用于固定一个上述样品(14)，样品(14)两端有两个可调节的传感器(6-1，6-2)，传感器(6-1，6-2)前端有第一探头电极(8-1)和第二探头电极(8-2)，探头电极(8-1，8-2)与样品(14)的同轴布置，样品(14)的两端平面分别与探头电极(8-1，8-2)构成空气介质电容； 位移数据处理系统(2)，包括分别通过电缆与两个放大器(10)的一端连接的第一电气箱通道(11)和第二电气箱通道(12)，并且两个放大器(10)的另一端分别通过传感器电缆(9)与两个传感器(6-1，6-2)连接； 位于样品位置及探头位置调整机构(I)两端的外加磁场(18); 样品(14)及传感器外壳通过导线(13)接地。
2.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述样品(14)为棒状样品。
3.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述样品支架(3)为半圆形凹槽，通过限位弹簧片(4)将样品(14)固定在样品支架上。
4.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述样品(14)两端面通过导电胶分别粘接铜片用于样品电极。
5.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述两个传感器(6-1，6-2)通过开口槽(7)固定。
6.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述探头电极(8-1，8-2)通过紧固件(19)分别固定在传感器(6-1，6-2)的前端。
7.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述两传感器(6-1，6-2)的外侧有调节螺纹杆(17)的螺纹支架(16)，通过调节螺纹杆(17)分别调节两传感器(6-1,6-2)的横向位置。
8.如权利要求I所述的双通道电容法测量磁致伸缩的装置，其特征在于所述装置还包括磁场测量装置。
9.一种采用权利要求I所述装置测量磁致伸缩的方法，其特征在于该方法包括如下步骤 ①样品准备固定样品并制备样品电极； ②设备校准调整探头电极(8-1，8-2)位置，形成的固定电极与样品电极之间的初始距离，同时设置测量通道读数在设备量程之内； ③测量在外加磁场(18)的作用下，测量样品两端与探头电极分别形成的两组电容器的电容变化；得到的数据通过位移数据处理系统(2)处理后，在第一电气箱通道(11)和第二电气箱通道(12)所对应的读数之和即为样品(14)的磁致伸缩量。
10.如权利要求9所述的测量磁致伸缩的方法，其特征在于在所述样品准备步骤，样品(14)的两端面通过导电胶粘结铜片(5)，并将样品(14)放置于样品支架(3)上，通过限位弹簧片(4)，形成可动的样品电极。
11.如权利要求9所述的测量磁致伸缩的方法，其特征在于所述设备校准步骤为测量前通过螺纹杆(17)调节螺纹支架(16)的位置，从而调节传感器(6-1，6-2)的横向位置，设置探头电极(8-1，8-2)所形成的固定电极与样品电极之间的初始距离，同时设置第一电气箱通道(11)和第二电气箱通道(12 )所对应读数在其量程之内。
12.如权利要求9所述的测量磁致伸缩的方法，其特征在于所述初始距离为60-61u mD
13.如权利要求9或11所述的测量磁致伸缩的方法，其特征在于第一电气箱通道(11)和第二电气箱通道(12)的量程分别为0-1000nm。
14.如权利要求9所述的的测量磁致伸缩的方法，其特征在于所述样品(14)的端面直径或线性尺寸为2-20mm。
全文摘要
本发明属于测量技术领域，具体涉及一种双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法，该装置包括样品位置及探头位置调整机构(1)，位于样品位置及探头位置调整机构(1)两端的外加磁场(18)，以及具有第一电气箱通道(11)和第二电气箱通道(12)的位移数据处理系统(2)。本发明根据平行板电容原理，在外加磁场下，通过测量两组样品(14)所形成的可动的样品电极与探头电极(8-1，8-2)所形成的固定电极之间的电容变化，间接测量样品的伸长或缩短量，完成磁致伸缩测量并通过双通道显示。本发明的双通道电容法测量磁致伸缩的装置及其方法具有结构设计简单，测量精度高，可靠性强的优点。
文档编号G01R33/18GK102707248SQ20121017491
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者倪晓俊, 冯硕, 卢志超, 周少雄, 李德仁, 薄希辉, 郭金花 申请人:安泰科技股份有限公司