CN102879261B - 磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，由电磁控制发射系统和微型三杆件系统组成，其中电磁控制发射系统包括拉压共用的电能提供单元、压缩磁阻式线圈多级发射单元、拉伸磁阻式线圈多级发射单元；微型三杆件系统主要包括双入射杆和拉压共用透射杆。本发明采用了简便的磁阻式线圈多级发射装置作为微型霍普金森杆系统的子弹驱动加载装置，实现了由气动驱动向电磁驱动的转化，同时也实现了驱动装置的小型化和整体结构的简单化；将传统的霍普金森压杆和拉杆装置通过微型三杆件系统的创新设计而有机地结合起来，真正实现了霍普金森杆装置的拉压一体化与微型化。

Description

磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置

技术领域

本发明涉及动态冲击实验力学领域，特别涉及一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置。

背景技术

随着科学技术的不断发展，单纯的冲击压缩实验已经不能真实地反映某些材料的力学物理性能。需要掌握材料在冲击压缩载荷下力学性能的同时也要了解其在冲击拉伸载荷下的性能，比如一些软材料、单晶材料等。材料在两种相反的高应变率载荷作用下的力学性能对于材料的应用有着重要的意义，同时微型试件的动态性能测试也正成为新的需求。

目前，对材料进行冲击实验的装置主要还是停留在单纯的霍普金森压杆或拉杆上，而且子弹的加载方式主要是通过气动加载的形式对子弹进行加载。

国防科学技术大学的陈荣（中国专利公开号：CN101666724A）和湖南大学等均采用一种双向发射气体炮装置实现拉伸与压缩实验的转化。双向发射气体炮根据实验的需要将子弹向左或向右加速。用作霍普金森压杆时，发射装置推动子弹直接撞击压缩入射杆；用作霍普金森拉杆时，发射装置可推动套筒子弹反方向撞击拉伸入射杆末端的法兰。如此实现拉伸和压缩的加载集成为一个实验系统，克服了霍普金森压杆和拉杆需要分别建立两套独立设备的困难，实现了对霍普金森拉杆和压杆的集成，大幅降低了实验装置的成本。但其在由压缩实验转化拉伸实验时，需要重新安装与对中输入杆、输出杆，子弹等，最终导致实验效率不高。由于双向发射气体炮装置的体积庞大，不利于某些特殊霍普金森杆装置的小型化。而且双向气体炮装置成本依然比较昂贵。

C.M.A.Silva等人（An innovative electromagnetic compressive splitHopkinson bar J，2009，5，281）将磁阻式线圈发射装置应用到了直径为25mm的霍普金森压杆装置中，并实现了对纯铅金属的动态力学性能测试。郭伟国等人(Electromagnetic Driving Technique Applied to Split-Hopkinson Pressure BarDevice A，2010，26，682)也在国内开展了一些磁阻式线圈发射方式在霍普金森压杆中的应用研究。磁阻式线圈发射装置相对于气体炮发射装置具有结构简单、成本低、装置体积小、易于实现等优点，有利于霍普金森杆装置的推广与小型化。但是上述磁阻式线圈发射由于装置自身的结构特点等，均未能达到气动加载方式所能实现的应变率水平，且都未能在一个霍普金森杆装置中实现拉伸和压缩的功能。

参考图1及图2，分别示出了现有拉压通用霍普金森杆装置用作压杆和拉杆时的装配示意图。

如图1所示，装置由双向发射气体炮和杆件系统两个部分组成。用作霍普金森压杆时，其中，双向气体发射炮包括：高压气体罐1、进气控制阀门203、第一出气控制阀门201和第二出气控制阀门202、第一连接管301、第二连接管302、第一气体转换接头401、第二气体转换接头402、炮管5、圆柱形顶塞6、顶针7、弹托9和圆柱形子弹10。其中，杆件系统包括：压缩入射杆11、压缩透射杆13和应变片18。圆柱形顶塞6是外径与炮管5内径相同的圆柱，通过螺栓固定在炮管5右侧顶端，用于封闭炮管5右端。在圆柱形顶塞6的插入炮管5内的底面的中心插有一根顶针7，顶针7朝向炮管5内侧，起到限位作用，防止圆柱形子弹10将炮管5侧壁的进气口堵塞。第二出气控制出气阀门202控制高压气罐1中的高压气体经过第二连接管302及第二气体转换接头402到达炮管5，将弹托9和圆柱形子弹10加速向左发射。圆柱形子弹10被加速后撞击压缩入射杆11在杆中形成压缩波，压缩波对压缩试样12进行压缩加载。压缩试样12的应力状态由贴在压缩入射杆11和压缩透射杆13上的应变片18测量得到。

如图2所示，当用作霍普金森拉杆时，其中，双向发射气体炮包括：高压气罐1、进气控制阀门203、第一出气控制阀门201、第二出气控制阀门202、第一连接管301、第二连接管302、第一气体转换接头401、第二气体转换接头402、炮管5、圆筒形顶塞8、顶针7、圆筒形子弹14；其中，杆件系统包括：拉伸入射杆15、拉伸透射杆17和应变片18。圆筒形顶塞8外径与炮管5内径气密滑动配合，内径与拉伸入射杆15的外径滑动配合，通过螺栓固定在炮管5左侧顶端，用于封闭炮管5左侧。在圆筒形顶塞8的插入炮管5内的环状底面均匀插入两根顶针7，顶针7起到限位的作用，防止圆筒形子弹14将炮管5侧壁的进气口堵塞。拉伸入射杆15穿过圆筒形顶塞8，伸到炮管5内。第一出气控制阀门201控制高压气罐1中的高压气体通过第一连接管301及第一气体转换接口401进入炮管5，将圆筒形子弹14加速向右发射。圆筒形子弹14被加速后撞击拉伸入射杆15顶端的法兰（结构或机械零件上垂直于零件轴线突出的边缘，与凸台功能一样，即子弹撞击后可在拉伸入射杆中产生拉伸波），在杆中形成拉伸波，拉伸波对拉伸试样16进行拉伸加载。拉伸试样16的应力状态由贴在拉伸入射杆15和拉伸透射杆上的应变片18测量得到。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，以解决现在的装置在小型化的同时，均未能达到气动加载方式所能实现的应变率水平，且都未能在一套霍普金森拉杆装置中实现拉伸和压缩的功能。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，由电磁控制发射系统和杆件系统组成，其特征在于，其中，

所述电磁控制发射系统，进一步为多级电磁线圈发射系统；所述多级电磁线圈发射系统由拉压共用的电能提供单元、压缩磁阻式线圈多级发射单元、拉伸磁阻式线圈多级发射单元组成；其中，

所述拉压共用的电能提供单元，进一步为拉压实验共用的电能提供单元，包括：电压调节器、两套整流二极管阵列装置、第一级发射电容组、第二级加速电容组；

所述压缩磁阻式线圈多级发射单元与所述拉伸磁阻式线圈多级发射单元结构相同，均包括：双向保险开关、双向触发开关、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管、高强度玻璃管、第一级光电开关、第二级光电开关、第一级磁阻式线圈发射装置、第二级磁阻式线圈发射装置；其中，所述第一级磁阻式线圈发射装置与第二级磁阻式线圈发射装置安装在同一高强度玻璃管上，所述高强度玻璃管通过滑块与支座固定在光学导轨上；

所述杆件系统，进一步为拉压共用的微型三杆件系统；所述拉压共用的微型三杆件系统，由圆柱形子弹、压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆、圆筒形子弹、凸台、吸收装置组成，其中，

所述拉压共用的微型三杆件系统安装在光学导轨的同一水平高度上；

所述压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆组成拉压共用三杆件；其中，所述拉压共用透射杆，当在压缩实验中为压缩透射杆，当在拉伸实验中为拉伸透射杆；所述压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆上分别粘贴有应变片；

所述凸台，安装于所述拉伸入射杆的一端；

所述电压调节器、一套整流二极管阵列装置与第一级发射电容组连接组成第一级充电回路，所述电压调节器、另一套整流二极管阵列装置与第二级加速电容组连接组成第二级充电回路，所述第一级充电回路和第二级充电回路采用并联形式连接；

所述第一级发射电容组、双向触发开关、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第一级磁阻式线圈发射装置连接组成多级电磁线圈发射系统的第一级发射系统放电回路；

所述第二级加速电容组、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第二级磁阻式线圈发射装置、双向保险开关连接组成多级电磁线圈发射系统的第二级发射系统放电回路；

所述第一级光电开关与第二级光电开关产生电压信号以控制第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管和第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管导通与断开；

所述第一级光电开关安装在所述第一级磁阻式线圈发射装置的左端面入口处，控制所述第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开；

所述第二级光电开关安装在所述第二级磁阻式线圈发射装置的左端面入口处，控制所述第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开。

进一步，其中，所述拉压共用透射杆位于压缩入射杆与拉伸入射杆之间，共同安装在所述光学导轨的同一轴线上，组成微型的三杆件系统，当进行压缩实验时，作为压缩透射杆使用；当进行拉伸实验时，作为拉伸透射杆使用。

进一步，其中，通过所述第一级光电开关和第二级光电开关产生光电信号控制所述第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管和所述第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开。

本发明所述磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，具有如下技术效果：

第一、磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置采用了磁阻式线圈多级发射装置作为霍普金森杆系统的子弹驱动加载装置，实现了由气动驱动向电磁驱动的转化，从而也实现了驱动装置的小型化和结构的简单化。

第二、透射杆作为拉压共用杆，在其左右两端分别安装压缩入射杆和拉伸入射杆，组成了拉压一体化的微型三杆件系统，避免了压缩实验转为拉伸实验时需要进行入射杆、透射杆、子弹等的重新安装与对中，真正实现了霍普金森杆装置的拉压一体化。

第三、冲击压缩实验与冲击拉伸实验互不干扰。

第四、多级发射形式可以有效提高子弹的撞击速度，被测试件的加载应变率可达到104s-1以上，解决了现有电磁驱动与气动加载方式所难于实现的应变率水平。

第五、本发明所述电磁式拉压一体化微型霍普金森杆装置具有小型化的特点，是针对微试件的冲击加载实验而设计的，可有效提高加载应变率，且结构简单方便，成本低廉，容易实现。

附图说明

图1是现有技术中的通用霍普金森杆压杆装置示意图。

图2是现有技术中的通用霍普金森杆拉杆装置示意图。

图3是本发明实施例所述的磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置示意图。

图4是本发明实施例所述的磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置的多级电磁线圈发射系统中第一级发射的电路控制模块图。

具体实施方式

在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性连接于所述第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电性连接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

如图3所示，为本发明的一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，由多级电磁控制发射系统（101）和微型杆件系统（102）组成，多级电磁线圈发射系统由电能提供单元、压缩磁阻式线圈多级发射单元、拉伸磁阻式线圈多级发射单元组成，其中电能提供单元是拉压实验共用的电能提供单元，包括

电压调节器（1）、两套整流二极管装置（2）、第一级发射电容组（3）、第二级加速电容组（4）；电压调节器（1）、整流二极管装置（2）与第一级发射电容组（3）依次连接组成第一级充电回路，为第一级磁阻式线圈发射装置（12）存储电能，电压调节器（1）、整流二极管装置（2）与第二级加速电容组（4）依次连接组成第二级充电回路，为第二级磁阻式线圈发射装置（14）存储电能，两路充电回路采用并联形式连接，电压调节器（1）可同时调节两路充电回路的电压值，整流二极管装置（2）将普通交流电转换为电容组所需的直流电，同时防止电容组的直流电荷沿充电回路回流（通交流阻直流作用），第一级发射电容组（3）、第二级加速电容组（4）用于存储电能；

所述的压缩磁阻式线圈多级发射单元与拉伸磁阻式线圈多级发射单元结构相同，包括双向保险开关（5）、双向触发开关（6）、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）、第一级光电开关（11）、第二级光电开关（13）、第一级磁阻式线圈发射装置（12）、第二级磁阻式线圈发射装置（14）；第一级磁阻式线圈发射装置（12）与第二级磁阻式线圈发射装置（14）的长度相等，都安装在高强度玻璃管（9）上，高强度玻璃管（9）固定在光学导轨（22）上；第一级发射电容组（2）、双向触发开关（6）、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）、第一级磁阻式线圈发射装置（12）依次连接组成多级电磁线圈发射系统（101）的第一级发射系统放电回路，第二级加速电容组（4）、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）、第二级磁阻式线圈发射装置（14）、双向保险开关（5）依次连接组成多级电磁线圈发射系统（101）的第二级发射系统放电回路；双向保险开关（5）用于保护第二级发射系统的放电电路；双向触发开关（6）具有手动触发第一级发射系统放电回路的功能；第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）可瞬间导通或断开放电回路（反应时间在纳秒级以内）；第一级磁阻式线圈发射装置（12）与第二级磁阻式线圈发射装置（14）根据电磁感应定律将电能转化为子弹发射所需的动能，第一级光电开关（11）与第二级光电开关（13）是可产生信号以控制第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）和第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）导通与断开的装置，第一级光电开关（10）安装在第一级磁阻式线圈发射装置（12）的左端面入口处，控制第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）的导通与断开，第二级光电开关（13）安装在第二级磁阻式线圈发射装置（14）的左端面入口处，控制第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）的导通与断开；

所述的拉压共用三杆件系统由圆柱形子弹（10）、压缩入射杆（15）、拉压共用透射杆（17）、拉伸入射杆（18）、圆筒形子弹（19）、凸台（20）、吸收装置（21）组成，依次安装在光学导轨（22）的同一水平高度上，其中压缩入射杆（15）、拉压共用透射杆（17）、拉伸入射杆（18）为所述拉压共用微型三杆件系统的三杆件，其直径均为4mm，拉压共用透射杆（17）在压缩实验中作为压缩透射杆，拉伸实验中作为拉伸透射杆，压缩入射杆（15）、拉压共用透射杆（17）、拉伸入射杆（18）上分别粘贴有应变片（16），凸台（20）安装于拉伸入射杆的一端，圆柱形子弹（10）、圆筒形子弹（19）的长度与第一级磁阻式线圈发射装置（12）的长度相等，两种子弹均采用弹托的形式预置在高强度玻璃管（9）内；

将本发明用于霍普金森压杆实验时，电磁发射系统（101）包括电能提供单元、压缩磁阻式线圈多级发射单元。双向保险开关（5）向左端电路闭合，双向触发开关（6）采用左端触发，杆件系统（102）采用圆柱形子弹（10）、压缩入射杆（15）、拉压共用透射杆（17）和应变片（16），其中此时的拉压共用透射杆（17）作为压缩透射杆使用。电磁发射系统的连接图与杆件连接图如图3所示。霍普金森压杆实验的工作过程是：圆柱形子弹（10）预置在第一级光电开关（11）处（如图3所示），第一级光电开关（11）由于被遮挡而产生电压信号驱动第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7），使其处于导通状态，启动双向触发开关（6）的左端触发功能，多级电磁线圈发射系统（101）的第一级发射系统放电回路导通，第一级磁阻式线圈发射装置（11）把第一级发射电容组（3）存储的电能转化为动能，以洛伦磁力的形式将圆柱形子弹（10）向右加速发射出去，圆柱形子弹（10）在高强度玻璃管（9）内加速穿过第一级磁阻式线圈发射装置（12），直至圆柱形子弹（10）的末端经过第一级光电开关（11）后，光电信号消失，第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）迅速断开第一级发射系统放电回路，多级发射的第一级加速完成；圆柱形子弹（10）在惯性作用下继续向右运动，当圆柱形子弹（10）的前端运动至第二级光电开关（13）处，第二级光电开关（13）由于被遮挡而产生光电信号驱动第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8），使其处于导通状态，多级电磁线圈发射系统（101）的第二级发射系统放电回路导通，圆柱形子弹（10）在第二级磁阻式线圈发射装置（14）产生的洛伦磁力的作用下再一次加速向右运动，圆柱形子弹（10）在高强度玻璃管（9）内加速穿过第二级磁阻式线圈发射装置（14），直至圆柱形子弹（10）的末端经过第二级光电开关（13）后，光电信号消失，第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）迅速断开第二级发射系统放电回路，多级发射的第二级加速完成；经过多级加速后的圆柱形子弹（10）撞击压缩入射杆（15）在杆中形成压缩波，压缩波对夹在压缩入射杆（15）与拉压共用透射杆（17）之间的试样进行压缩加载，试样的应力状态由贴在压缩入射杆（15）和拉压共用透射杆（17）上的应变片16测量得到。加载完成后的应力脉冲经过拉伸入射杆（18）传入吸收装置（21）而被吸收；

将本发明用于霍普金森拉杆实验时，电磁发射系统（101）包括电能提供单元、拉伸磁阻式线圈多级发射单元。双向保险开关（5）向右端电路闭合，双向触发开关（6）采用右端触发，杆件系统采用圆筒形子弹（19）、拉伸入射杆（18）、拉压共用透射杆（17）、应变片（16）和吸收装置（21），此时的拉压共用透射杆（17）作为拉伸透射杆使用。电磁发射系统的连接图与杆件连接图如图3所示。霍普金森拉杆实验的工作过程是：圆筒形子弹（19）预置在第一级光电开关（11）处（如图3所示），第一级光电开关（11）由于被遮挡而产生电压信号驱动第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7），使其处于导通状态，启动双向触发开关（6）的右端触发功能，多级电磁线圈发射系统（101）的第一级发射系统放电回路导通，第一级磁阻式线圈发射装置（12）把第一级发射电容组（3）存储的电能转化为动能，以洛伦磁力的形式将圆筒形子弹（19）向右加速发射出去，圆筒形子弹（19）在高强度玻璃管（9）内加速穿过第一级磁阻式线圈发射装置（12），直至圆筒形子弹（19）的末端经过第一级光电开关（11）后，光电信号消失，第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）迅速断开第一级发射系统放电回路，多级发射的第一级加速完成；圆筒形子弹（19）在惯性作用下继续向右运动，当圆筒形子弹（19）的前端运动至第二级光电开关（13）的处，第二级光电开关（13）被遮挡而产生光电信号驱动第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8），使其处于导通状态，多级电磁线圈发射系统（101）的第二级发射系统放电回路导通，圆筒形子弹（19）在第二级磁阻式线圈发射装置（14）产生的洛伦磁力作用下再一次加速向右运动，圆筒形子弹（19）在高强度玻璃管（9）内加速穿过第二级磁阻式线圈发射装置（14），直至圆筒形子弹（19）的末端经过第二级光电开关（13）后，光电信号消失，第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管（8）迅速断开第二级发射系统放电回路，多级发射的第二级加速完成；经过多级加速后的圆筒形子弹（19）撞击拉伸入射杆（18）右端的凸台（20），在杆中形成拉伸波，拉伸波对装卡在拉伸入射杆（18）与拉压共用透射杆（17）之间的试样进行拉伸加载，试样的应力状态由贴在拉伸入射杆（18）和拉压共用透射杆（17）上的应变片（16）测量得到。在凸台（20）上形成的压缩波经过传递后被吸收装置（21）吸收；

图4是多级电磁线圈发射系统（101）中第一级发射的电路控制模块图。第一级发射系统由第一级发射电容组（3）、双向触发开关（6）、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）、第一级光电开关（11）、第一级磁阻式线圈发射装置（12）组成。圆柱形子弹（10）或圆筒形子弹（19）前端的初始位置预置在第一级光电开关（11）的凹槽内（如图3所示），被遮挡的第一级光电开关（11）在蓝极与红极之间产生12V的电压信号，并作用在第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）的S极（源极）与G极（栅极）间，第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）在电压信号的作用下迅速导通G极与D极（漏极）的电路，此时启动双向触发开关（6）后第一级发射系统放电回路导通，基于电磁感应定律，子弹从初始位置运动至第一级磁阻式线圈发射装置（12）长度的二分之一过程中，子弹始终受到正向的洛伦磁力作用，当子弹的运动距离超过第一级磁阻式线圈发射装置（12）长度的二分之一时，超过部分的子弹长度将受到反向洛伦磁力的作用，剩余部分子弹长度依然受正向洛伦磁力的作用，由于剩余部分子弹长度大于超过部分的子弹长度，子弹整体依然受正向洛伦磁力的作用；直至子弹完全进入第一级磁阻式线圈发射装置（12）内，子弹所受的正反向洛伦磁力大小相等，子弹整体不受力作用；此时圆柱形子弹（10）或圆筒形子弹（19）的末端恰好经过第一级光电开关（11）的凹槽，电压信号消失，第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管（7）断开G极与D极的电路，第一级发射系统放电回路断开，子弹受到的正反向洛伦磁力消失，避免了子弹由于继续向前运动而出现反向洛伦磁力大于正向洛伦磁力导致的子弹减速现象，这样子弹的第一级加速完成。在此由于第二级发射系统放电回路的导通或断开原理与第一级发射系统放电回路相同，这里不在详细赘述。

本发明所述磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，具有如下技术效果：

第一、磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置采用了磁阻式线圈多级发射装置作为霍普金森杆系统的子弹驱动加载装置，实现了由气动驱动向电磁驱动的转化，从而也实现了驱动装置的小型化和结构的简单化。

第二、透射杆作为拉压共用杆，在其左右两端分别安装压缩入射杆和拉伸入射杆，组成了拉压一体化的微型三杆件系统，避免了压缩实验转为拉伸实验时需要进行入射杆、透射杆、子弹等的重新安装与对中，真正实现了霍普金森杆装置的拉压一体化。

第三、冲击压缩实验与冲击拉伸实验互不干扰。

第四、多级发射形式可以有效提高子弹的撞击速度，被测试件的加载应变率可达到10⁴s^-1以上，解决了现有电磁驱动与气动加载方式所难于实现的应变率水平。

第五、本发明所述电磁式拉压一体化微型霍普金森杆装置具有小型化的特点，是针对微试件的冲击加载实验而设计的，可有效提高加载应变率，且结构简单方便，成本低廉，容易实现。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，由电磁控制发射系统和杆件系统组成，其特征在于，其中，

所述电磁控制发射系统，进一步为多级电磁线圈发射系统；所述多级电磁线圈发射系统由拉压共用的电能提供单元、压缩磁阻式线圈多级发射单元、拉伸磁阻式线圈多级发射单元组成；其中，

所述拉压共用的电能提供单元，进一步为拉压实验共用的电能提供单元，包括：电压调节器、两套整流二极管阵列装置、第一级发射电容组、第二级加速电容组；

所述压缩磁阻式线圈多级发射单元与所述拉伸磁阻式线圈多级发射单元结构相同，均包括：双向保险开关、双向触发开关、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管、高强度玻璃管、第一级光电开关、第二级光电开关、第一级磁阻式线圈发射装置、第二级磁阻式线圈发射装置；其中，所述第一级磁阻式线圈发射装置与第二级磁阻式线圈发射装置安装在同一高强度玻璃管上，所述高强度玻璃管通过滑块与支座固定在光学导轨上；

所述杆件系统，进一步为拉压共用的微型三杆件系统；所述拉压共用的微型三杆件系统，由圆柱形子弹、压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆、圆筒形子弹、凸台、吸收装置组成，其中，

所述拉压共用的微型三杆件系统依次安装在光学导轨的同一水平高度上；

所述压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆组成拉压共用微型三杆件系统的三杆件；其中，所述拉压共用透射杆，当在压缩实验中为压缩透射杆，当在拉伸实验中为拉伸透射杆；所述压缩入射杆、拉压共用透射杆、拉伸入射杆上分别粘贴有应变片；

所述凸台，安装于所述拉伸入射杆的右端；

所述电压调节器、一套整流二极管阵列装置与第一级发射电容组连接组成第一级充电回路，所述电压调节器、另一套整流二极管阵列装置与第二级加速电容组连接组成第二级充电回路，所述第一级充电回路和第二级充电回路采用并联形式连接；

所述第一级发射电容组、双向触发开关、第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第一级磁阻式线圈发射装置连接组成多级电磁线圈发射系统的第一级发射系统放电回路；

所述第二级加速电容组、第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管、第二级磁阻式线圈发射装置、双向保险开关连接组成多级电磁线圈发射系统的第二级发射系统放电回路；

所述第一级光电开关与第二级光电开关产生电压信号以控制第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管和第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管导通与断开；

所述第一级光电开关安装在所述第一级磁阻式线圈发射装置的左端面入口处，控制所述第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开；

所述第二级光电开关安装在所述第二级磁阻式线圈发射装置的左端面入口处，控制所述第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开。

2.如权利要求1所述的磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，其特征在于，所述拉压共用透射杆位于压缩入射杆与拉伸入射杆之间，共同安装在所述光学导轨的同一轴线上，组成微型的三杆件系统，当进行压缩实验时，作为压缩透射杆使用；当进行拉伸实验时，作为拉伸透射杆使用。

3.如权利要求1所述的磁阻式拉压一体化微型霍普金森杆装置，其特征在于，通过所述第一级光电开关和第二级光电开关产生光电信号控制所述第一级高压金属氧化物硅场效应晶体管和所述第二级高压金属氧化物硅场效应晶体管的导通与断开。

Images