CN116973257A - 一种三轴多样品杨氏模量测量装置、***及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三轴多样品杨氏模量测量装置、***及测试方法。测量***包括电控平移台、三轴多样品杨氏模量测量装置、多孔支撑底座和光学平台，所述电控平移台包括Y轴平移台和Z轴平移台，两个所述Z轴平移台相对的垂直设于光学平台上，所述三轴多样品杨氏模量测量装置安装于两个Z轴平移台之间，所述Y轴平移台水平安装于光学平台上，且Y轴平移台位于两个Z轴平移台之间，所述多孔支撑底座安装于Y轴平移台上。本发明可以根据所确定的合适距离，在所有样品同一位置测试完成后，通过电控平移台的滚珠丝杠精准移动到所需的距离，既节约了时间又保证了测试精度。

Description

一种三轴多样品杨氏模量测量装置、***及测试方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，更具体地说，特别涉及一种三轴多样品杨氏模量测量装置、***及测试方法。

背景技术

纳米压痕仪作为一种高精度测量材料杨氏模量的装置，常被研究人员用于测量一些强度较差的粘弹性水凝胶材料(例如低浓度的海藻酸钠、明胶等)。国际上现有的纳米压痕仪通过力传感器得到位移-力的数据，而后可根据赫兹模型或其他数学模型进行测试。当前国际上研究人员所使用的纳米压痕仪通常每次只能测试单个样品的一个位置。为了消毒随机误差，要求每个样品需要测量多个位置的数据才具有可靠性，测量实验也要求至少需要3个及以上的样品以保证数据的可靠性。因此，当样品根据顺序依次测量，随着时间的推移，对于一些会受到温度或交联时间影响的材料则会产生较大误差。为此，需设计一种新的测试装置以同时测量多个样品进而减小误差。当使用数学模型计算同一样品上多个位置的数据时，要求这些位置需要间隔一定的距离。如果采用人工移动，则较容易存在误差，需使用自动化装置进行移动。综上，设计一种可用于多个样品同时测量的三轴多样品杨氏模量测量装置及***显得十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三轴多样品杨氏模量测量装置、***及测试方法，以克服现有技术所存在的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种三轴多样品杨氏模量测量装置，包括双向多样品测量支撑杆、拉压力传感器、探针和压头，所述双向多样品测量支撑杆包括固定板、横板和支撑杆，所述横板的两端均设有固定板，所述横板的两侧均设有多个支撑杆，每个支撑杆均独立连接有拉压力传感器，每个所述拉压力传感器上安装有探针，所述压头设于探针的下端。

进一步地，每个所述拉压力传感器均通过螺栓可拆卸式安装于支撑杆上。

本发明还提供一种三轴多样品杨氏模量测量***，包括电控平移台、上述的三轴多样品杨氏模量测量装置、多孔支撑底座和光学平台，所述电控平移台包括Y轴平移台和Z轴平移台，两个所述Z轴平移台相对的垂直设于光学平台上，所述三轴多样品杨氏模量测量装置安装于两个Z轴平移台之间，所述Y轴平移台水平安装于光学平台上，且Y轴平移台位于两个Z轴平移台之间，所述多孔支撑底座安装于Y轴平移台上。

进一步地，所述多孔支撑底座包括支撑板和凸台，所述支撑板的上端面设有双排的安装孔，作为料槽并设有刻度线。双排的安装孔与双向多样品测量支撑杆的支撑杆相对应，所述凸台设于支撑板的下端面，所述凸台用于与Y轴平移台连接。

进一步地，还包括与电控平移台连接的PLC控制电路。

本发明还提供一种根据上述的三轴多样品杨氏模量测量***的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将样品置于所述多孔支撑底座上，确保样品高度处在料槽的同一刻度线；

S2、控制Y轴平移台移动将样品移动至设定的第一位置；

S3、控制两个Z轴平移台下移当样品与压头接触后并继续下移到设定位置后回升，采集第一组数据；

S4、重复执行步骤S2-S3直至完成n个位置的数据采集，形成第二至第n组数据；

S5、将第一至第n组数据传输至终端。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明设计了可用于多个样品同时测量和可以精准移动位置的三轴多样品杨氏模量测量装置和多孔支撑底座，三轴多样品杨氏模量测量装置简单便携易于更换，且样品之间不会互相干涉，可随时根据需要进行尺寸拓展和更换；本发明的测量***可以实现多组样品同时进行测量避免了由于其余样品等待测试的时间误差或者样品逐个制备损失的大量实验时间。且可以根据所确定的合适距离，在所有样品同一位置测试完成后，通过电控平移台的滚珠丝杠精准移动到所需的距离。与此同时，通过在多孔位辅助夹具设定刻度线可以确保样品处于同一高度避免由于样品高度不一致所带来的误差。故本发明既节约了时间又保证了测试精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明三轴多样品杨氏模量测量***处于测试前的总装图。

图2是本发明中三轴多样品杨氏模量测量装置的结构图。

图3是本发明中双向多样品测量支撑杆的结构图。

图4是本发明中多孔支撑底座的结构图。

图5是本发明三轴多样品杨氏模量测量***处于测试后的总装图。

图中：电控平移台1、三轴多样品杨氏模量测量装置2、多孔支撑底座3、光学平台4、双向多样品测量支撑杆5、螺栓6、拉压力传感器7、探针8、压头9、支撑板30、安装孔31、凸台32、固定板50、横板51、支撑杆52。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图2-图3所示，本实施例公开了一种三轴多样品杨氏模量测量装置，包括双向多样品测量支撑杆5、拉压力传感器7、探针8和压头9，双向多样品测量支撑杆5包括固定板50、横板51和支撑杆52，横板51的两端均设有固定板50，横板51的两侧均设有多个支撑杆52，每个支撑杆52均独立连接有拉压力传感器7，每个拉压力传感器7上安装有探针8，压头9设于探针8的下端。

具体的，每个所述拉压力传感器7均通过螺栓6可拆卸式安装于支撑杆52上。

参阅图1和图5所示，本发明还提供一种三轴多样品杨氏模量测量***，包括电控平移台1、上述的三轴多样品杨氏模量测量装置2、多孔支撑底座3和光学平台4，所述电控平移台1包括Y轴平移台和Z轴平移台，两个所述Z轴平移台相对的垂直设于光学平台4上，所述三轴多样品杨氏模量测量装置2安装于两个Z轴平移台之间，所述Y轴平移台水平安装于光学平台4上，且Y轴平移台位于两个Z轴平移台之间，所述多孔支撑底座3安装于Y轴平移台上。

具体的，多孔支撑底座3是根据三轴多样品杨氏模量测量装置2的结构进行设计，需放置样品并使压头9可接触到样品，同时多孔支撑底座3需固定在电控平移台上。根据测试样品的形状不同，夹具形状不同。在此，以直长方体样品形状进行设计出多孔支撑底座3。同时，多孔支撑底座3开螺纹孔用于与平移台连接。

参阅图4所示，所述多孔支撑底座3包括支撑板30和凸台32，所述支撑板30的上端面设有双排的安装孔31，安装孔作为料槽并设有刻度线以保证所有样品处于同一高度。双排的安装孔31与双向多样品测量支撑杆5的支撑杆52相对应，所述凸台32设于支撑板30的下端面，所述凸台32用于与Y轴平移台连接。

本发明还包括与电控平移台1连接的PLC控制电路，以便于控制电控平移台1。

本发明所述三轴多样品杨氏模量测量***的组装方法：

步骤1：将2根Z轴平移台使用螺栓安装在垂直于光学平台4方向(Z轴方向)，并根据所设计的三轴多样品杨氏模量测量装置间隔一定距离.

步骤2：将Y轴平移台通过螺栓水平安装在光学平台4上，与Z轴方向垂直。

步骤3：将多孔支撑底座3通过螺栓安装在Y轴平移台上；

步骤4：将探针8与圆球压头9组装好，将其安装在拉压力传感器7上。若干拉压力传感器7通过螺栓6与支撑杆62连接。连接完成后，形成三轴多样品杨氏模量测量装置2。将三轴多样品杨氏模量测量装置2与2根垂直的Z轴平移台通过螺栓连接。

由此形成一套三轴多样品杨氏模量测试***，可以对多个软材料样品的杨氏模量进行测试。

本发明还提供一种根据上述的三轴多样品杨氏模量测量***的测量方法，包括以下步骤：

步骤S1、将样品对应的材料倒入长方体模具中，样品置于所述多孔支撑底座上，通过支撑底座的刻度线确保所有样品处于同一高度。而后令样品在一定的温度/交联剂等交联条件作用下完成交联。

步骤S2、利用PLC控制电路控制控制Y轴平移台移动将样品移动至设定的第一位置。

步骤S3、利用PLC控制电路控制两个Z轴平移台下移当样品与压头接触后并继续下移到设定位置后回升(如图5所示)，采集第一组数据。

步骤S4、重复执行步骤S2-S3直至完成n个位置的数据采集，形成第二至第n组数据(例如：利用PLC控制电路控制步进电机令Y轴平移台移动，将样品移动到设定的第二位置，2根Z轴平移台在步进电机的驱动下使压头下移与样品接触后并继续下移到合适位置后回升，采集第二组数据)，此后这些样品每个位置的测试都按照设计的水平距离与垂直位移进行移动，测试至少9个点以上的位置。

步骤S5、将第一至第n组数据传输至电脑终端。

本发明设计了可用于多个样品同时测量和可以精准移动位置的三轴多样品杨氏模量测量装置和多孔支撑底座，三轴多样品杨氏模量测量装置简单便携易于更换，且样品之间不会互相干涉，可随时根据需要进行尺寸拓展和更换；本发明的测量***可以实现多组样品同时进行测量避免了由于其余样品等待测试的时间误差或者样品逐个制备损失的大量实验时间。且可以根据所确定的合适距离，在所有样品同一位置测试完成后，通过电控平移台的滚珠丝杠精准移动到所需的距离。与此同时，通过在多孔位辅助夹具设定刻度线可以确保样品处于同一高度避免由于样品高度不一致所带来的误差。故本发明既节约了时间又保证了测试精度。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三轴多样品杨氏模量测量装置，其特征在于，包括双向多样品测量支撑杆、拉压力传感器、探针和压头，所述双向多样品测量支撑杆包括固定板、横板和支撑杆，所述横板的两端均设有固定板，所述横板的两侧均设有多个支撑杆，每个支撑杆均独立连接有拉压力传感器，每个所述拉压力传感器上安装有探针，所述压头设于探针的下端。

2.根据权利要求1所述的三轴多样品杨氏模量测量装置，其特征在于，每个所述拉压力传感器均通过螺栓可拆卸式安装于支撑杆上。

3.一种三轴多样品杨氏模量测量***，其特征在于，包括电控平移台、权利要求1或2所述的三轴多样品杨氏模量测量装置、多孔支撑底座和光学平台，所述电控平移台包括Y轴平移台和Z轴平移台，两个所述Z轴平移台相对的垂直设于光学平台上，所述三轴多样品杨氏模量测量装置安装于两个Z轴平移台之间，所述Y轴平移台水平安装于光学平台上，且Y轴平移台位于两个Z轴平移台之间，所述多孔支撑底座安装于Y轴平移台上。

4.根据权利要求3所述的三轴多样品杨氏模量测量***，其特征在于，所述多孔支撑底座包括支撑板和凸台，所述支撑板的上端面设有双排的安装孔作为料槽并设有刻度线，双排的安装孔与双向多样品测量支撑杆的支撑杆相对应，所述凸台设于支撑板的下端面，所述凸台用于与Y轴平移台连接。

5.根据权利要求3所述的三轴多样品杨氏模量测量***，其特征在于，还包括与电控平移台连接的PLC控制电路。

6.一种根据权利要求3-5任意一项所述的三轴多样品杨氏模量测量***的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将样品置于所述多孔支撑底座上，确保样品高度处在料槽的同一刻度线；

S2、控制Y轴平移台移动将样品移动至设定的第一位置；

S3、控制两个Z轴平移台下移当样品与压头接触后并继续下移到设定位置后回升，采集第一组数据；

S4、重复执行步骤S2-S3直至完成n个位置的数据采集，形成第二至第n组数据；

S5、将第一至第n组数据传输至终端。