CN104777050B - 一种阻变薄膜低温弯扭测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阻变薄膜低温弯扭测试仪及测试方法，该测试仪包括：对阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲的弯扭装置；控制弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度并测量阻变薄膜在弯扭测试过程中的伏安特性曲线的测控系统；根据测控系统的控制指令为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境的低温系统；本发明的测试仪及测试方法能同时或分别实现弯曲和扭曲实验，且能适应不同长度、宽度的试验样品，结构简单，操作方便；可调节弯曲、扭曲的角度，实现不同程度的弯扭实验，可应用于各种柔性薄膜，尤其是满足低温下对于阻变薄膜的疲劳性检测，以满足相应电子器件投入应用前的寿命的估测，保证产品的质量的测试仪器。

Description

一种阻变薄膜低温弯扭测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及柔性电子器件疲劳测试技术领域，具体涉及一种阻变薄膜低温弯扭测试仪及测试方法。

背景技术

近年来，柔性电子器件，特别是柔性薄膜阻变器件的研究和应用已十分广泛，如柔性电池，柔性显示屏，柔性手机，柔性存储器等，这些器件因体积小，功能新颖而受到人们广泛的关注。与传统的刚性或立体电子器件相比，柔性薄膜器件有着质量轻、柔韧性好、抗摔、易于加工等诸多优点。柔性薄膜器件的研发正处于初期的阶段，柔性薄膜器件的性能的稳定性在投入生产之前还有待于检验。传统的疲劳检测装置多应用于金属材料，易对柔性薄膜造成伤害，且有弯折次数不易控制，没有专业性的疲劳检测工具等缺点。因此急需一种对弯扭的疲劳以及性能检测的疲劳测试装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻变薄膜低温弯扭测试仪及测试方法。

本发明的技术方案是：

一种阻变薄膜低温弯扭测试仪，包括：

对阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲的弯扭装置；

控制弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度并测量阻变薄膜在弯扭测试过程中的伏安特性曲线的测控系统；

根据测控系统的控制指令为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境的低温系统；

所述弯扭装置置于低温系统内部，测控系统分别与低温系统、弯扭装置连接。

所述弯扭装置包括滑台支架、步进电机、可调角夹具、直式夹具；

可调角夹具、直式夹具位于滑台支架上；

滑台支架上安装有支撑立柱、第一可动立柱、第二可动立柱；

步进电机固定在滑台支架一端，步进电机的输出轴与支撑立柱之间连接有丝杆，丝杆与固定有滑块的丝母连接，使滑块在步进电机的输出轴与支撑立柱之间运动，可调角夹具一端固定在滑块上，可调角夹具另一端固定于支撑立柱；

直式夹具安装在第一可动立柱、第二可动立柱之间；第一可动立柱与支撑立柱之间安装减速齿轮组，丝杆穿过支撑立柱连接减速齿轮组高速齿轮的左端，低速齿轮的右端穿过第一可动立柱与直式夹具一端连接，直式夹具的另一端连接到第二可动立柱。

所述滑块两侧的滑台支架上分别设有感应式行程开关。

所述可调角夹具包括相向设置的结构相同的两部分，两部分均包括阻尼铰链、角度刻度盘、微型定位销、支撑杆、支撑滚子、下部弧形的薄膜夹子、夹具支架；

下部弧形的薄膜夹子与阻尼铰链连为一体，阻尼铰链与夹具支架相连，薄膜夹子内部涂柔性橡胶；

支撑杆上固定支撑滚子，角度刻度盘安装于夹具支架外侧，支撑杆与角度刻度盘之间通过微型定位销定位；

可调角夹具的两个夹具支架分别固定在滑块和支撑立柱上。

所述低温系统包括制冷机、换气扇、低温箱和温湿度感应器；

制冷机通过管道安装于低温箱一侧的低温循环口；

换气扇安装于低温循环口对侧的低温箱侧壁的换气口；

弯扭装置、温湿度感应器放置于低温箱内。

所述测控系统包括步进电机控制器、步进电机驱动器、电压电流测试装置；

步进电机控制器的控制输入端与上位机相连，步进电机驱动器的控制输入端与控制器控制输出端相连，步进电机驱动器的控制输出端与弯扭装置的步进电机相连，弯扭装置上方安装伏安特性测试装置，伏安特性测试装置的输出端与上位机相连。

所述低温箱采用可开盖的亚力克板保温箱，低温箱一侧侧壁的底部开有步进电机控制线路与电压电流测试装置线路的密封口，低温箱的箱体与上盖经铰链连接，低温箱的上盖四周附有硅胶密封圈，低温箱的上盖外部安装把手，低温箱的箱体下方通过螺丝钉安装橡胶垫脚。

采用所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪进行阻变薄膜低温弯扭测试的方法，包括以下步骤：

步骤1：设定弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度；

步骤2：将阻变薄膜夹在弯扭装置的夹具上，测控系统测量低温系统中的阻变薄膜的伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机；

步骤3：排除低温系统内的温湿空气后，低温系统开始制冷，为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境；

步骤4：测控系统控制弯扭装置按照设定的弯扭速度、扭转角度，使阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲，即阻变薄膜低温弯扭测试；

步骤5：达到设定的弯扭次数后，抽出低温系统中的冷空气；

步骤6：测控系统测量低温系统中的阻变薄膜的伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机，阻变薄膜低温弯扭测试结束。

本发明的有益效果：

1）能同时或分别实现弯曲和扭曲实验，且能适应不同长度、宽度的试验样品，结构简单，操作方便；

2）可调节弯曲、扭曲的角度，实现不同程度的弯扭实验；

3）弯扭装置有效排除了弯扭之外的疲劳破坏，保证了实验的准确性；

4）自动控制测试次数，往返速度，采集实验数据，实现了数据的自动测控，节省人力、时间；

5）加入了低温系统，有效模拟低温下的实验情形，实验数据更具说服力；

6）可应用于各种柔性薄膜，尤其是满足低温下对于阻变薄膜的疲劳性检测，以满足相应电子器件投入应用前的寿命的估测，保证产品的质量的测试仪器。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的弯扭装置结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的弯扭装置的可调角夹具的俯视图；

图3是本发明具体实施方式的弯扭装置的可调角夹具的主视图；

图4是本发明具体实施方式的低温系统结构示意图；

图5是本发明具体实施方式的控制信号传递框图；

图6是本发明具体实施方式的弯曲结果曲线；

图7是本发明具体实施方式的扭转结果曲线；

图中：1-步进电机，2联轴器，3-丝杆，4-薄膜夹子，5-薄膜，6-支撑滚子，7-角度刻盘， 8-支撑立柱，9-第一可动立柱， 10-直式夹具，11-第二可动立柱，12-滑台支架，13-螺栓，14-锥齿轮，15-滑块，16-感应式行程开关；17-螺纹孔，18-阻尼铰链，19-支撑滚子，20-夹具支架，21-薄膜夹子，22-支撑杆，23-微型定位销，24-角度刻度盘，26-温湿度感应器，27-密封口，28-箱体，29-管道，30-低温循环口，31-硅胶密封圈，32-铰链，33-把手，34-上盖，35-换气扇。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

一种阻变薄膜低温弯扭测试仪，包括：

对阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲的弯扭装置；

控制弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度并测量阻变薄膜在弯扭测试过程中的伏安特性曲线的测控系统；

根据测控系统的控制指令为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境的低温系统；

弯扭装置置于低温系统内部，测控系统分别与低温系统、弯扭装置连接。

如图1所示，弯扭装置包括滑台支架12、步进电机1、可调角夹具、直式夹具10；

步进电机1采用型号为57BYG250-67。

可调角夹具、直式夹具10位于滑台支架12上；

支撑立柱8安装在滑台支架12中部，支撑立柱8安装在滑台支架12中部，内部安装轴承，步进电机1的输出轴连接端部连接丝杆3，丝杆3穿过支撑立柱8内部的轴承，丝杆3另一端连接减速齿轮组14高速齿轮的左端。第一可动立柱9设置在减速齿轮组14低速齿轮的右端，减速齿轮组14低速齿轮的右端穿过第一可动立柱9与直式夹具10一端连接，直式夹具10的另一端连接到第二可动立柱11，第二可动立柱11通过螺栓13固定在滑台支架12上。减速齿轮组14采用锥齿轮系。

步进电机1通过螺栓固定在滑台支架12一端，步进电机1的输出轴与支撑立柱8之间连接有丝杆3，步进电机1转轴经联轴器2连丝杆3，丝杆3与固定有滑块15的丝母连接，丝母旋于丝杆3上，使滑块15在步进电机1的输出轴与支撑立柱8之间运动，丝母置于滑块15内部，可调角夹具一端经螺纹孔17用螺栓固定在滑块15上，可调角夹具另一端固定于支撑立柱8，滑块15上具有双排可动螺母，用于调节可调角夹具位置，滑块15两侧的滑台支架12上分别设有感应式行程开关16，控制阻变薄膜弯扭的程度。

如图2和图3所示，可调角夹具包括相向设置的结构相同的两部分，两部分均包括阻尼铰链18、角度刻度盘24、微型定位销23、支撑杆22、支撑滚子19、下部弧形的薄膜夹子4、夹具支架20。

支撑杆22通过铆钉安装于夹具支架20外侧，在支撑杆22上固定支撑滚子19，角度刻度盘24通过铆钉安装于夹具支架20外侧，支撑杆22与角度刻度盘24之间通过微型定位销23定位。

下部弧形的薄膜夹子4与阻尼铰链18连为一体，阻尼铰链18通过螺栓与夹具支架20相连，薄膜夹子4内部涂柔性橡胶，保护阻变薄膜并且提高夹持可靠性，薄膜夹子4下部呈弧形与支撑滚子19一起减少阻变薄膜夹持根部的应力集中。

可调角夹具的两个夹具支架分别固定在滑块15和支撑立柱8上。

如图4所示，低温系统包括制冷机、换气扇35、低温箱、温湿度感应器26；制冷机通过管道29安装于低温箱一侧的低温循环口30；管道29采用PE伸缩软管。换气扇35安装于低温循环口30对侧的低温箱侧壁的换气口。弯扭装置放置于低温箱内。制冷机的型号为SAC-45，换气扇35的型号为FD-150，温湿度感应器26的型号为TH603A，温湿度感应器26放置在低温箱内前壁。

低温箱采用可开盖的亚力克板保温箱，低温箱一侧侧壁的底部开有步进电机控制线路与伏安特性测试装置线路的密封口27，低温箱的箱体28与上盖34经铰链32连接，低温箱的上盖34四周用胶粘附有硅胶密封圈31，，起到密封的作用，低温箱的上盖34外部通过螺钉安装把手33，低温箱的箱体28下方通过螺丝钉安装橡胶垫脚。

如图5所示，测控系统包括步进电机控制器、步进电机驱动器、伏安特性测试装置；步进电机控制器采用SPC-02控制器，步进电机驱动器采用TB6560单轴驱动器，伏安特性测试装置安装在低温箱的箱体28内侧壁的上部。

步进电机控制器的控制输入端与上位机相连，步进电机驱动器的控制输入端与控制器控制输出端相连，步进电机驱动器的控制输出端与弯扭装置的步进电机相连，弯扭装置上方安装伏安特性测试装置，伏安特性测试装置的输出端与上位机相连。

采用阻变薄膜低温弯扭测试仪进行阻变薄膜低温弯扭测试的方法，包括以下步骤：

步骤1：设定弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度；

将SPC-02控制器的USB接到上位机上，设定弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度；

打开低温箱的上盖，调整感应式行程开关的位置，以确定阻变薄膜扭转的角度（通过行进的长度，借以控制扭转角度）；

步骤2：将阻变薄膜夹在弯扭装置的夹具上，测控系统测量伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机；

调整滑块在丝杆上的位置，使可调角夹具两部分之间宽度可顺利安装阻变薄膜；调整阻尼铰链的角度至30°，用薄膜夹子将阻变薄膜夹住；调整支撑滚子的高度，将阻变薄膜平缓的放于支撑滚子上方，同理将阻变薄膜夹于直式夹具；调整第二可动立柱的位置，以适应待测阻变薄膜的长度；

步骤3：排除低温系统内的温湿空气后，低温系统开始制冷，为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境；

关闭低温箱的上盖，打开右侧微型换气扇，排除箱体内温湿空气；

三分钟后，打开制冷机，开始制冷，降低低温箱内温度；

制冷三分钟后，关闭换气扇；

观察温湿度感应器，待适宜温度后关闭制冷机； SPC-02控制器控制TB6560单轴驱动器，继而控制57BYG250-67步进电机，步进电机通过联轴器带动丝杆转动，配合丝母将转动化为滑块的往复运动，进而实现阻变薄膜的弯曲；丝杆端部的旋转带动锥齿轮系的旋转，通过变换传动比带动直式夹具的扭转，实现阻变薄膜低温弯扭测试；

步骤4：测控系统控制弯扭装置按照设定的弯扭速度、扭转角度，使阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲，即阻变薄膜低温弯扭测试；

步骤5：达到设定的弯扭次数后，抽出低温系统中的冷空气；

达到设定的弯扭次数后阻变薄膜低温弯扭测试停止；

打开换气扇，抽出冷空气；

步骤6：测控系统测量低温系统中的阻变薄膜的伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机，阻变薄膜低温弯扭测试结束。

打开低温箱的上盖，用伏安特性测试装置测量电流电压变化即伏安特性曲线；

将伏安特性曲线传至上位机，阻变薄膜低温弯扭测试结束。

举例来说，用PFBT包埋ZnO的阻变薄膜，弯扭实验后，对照未经弯扭前其阻变薄膜的开关特性明显下降，具体数据见表1、表2：

表1 阻变薄膜弯曲次数对开关比影响表

表2 阻变薄膜扭转次数对开关比影响表

弯曲和扭转结果曲线分别如图6、7所示。

实验结果表明阻变薄膜经弯曲，扭转试验后，其开关比随着试验次数的增加逐渐变小。

实验结束关闭各路电源取出阻变薄膜，阻变薄膜低温弯扭疲劳测试仪即进入停机阶段。

Claims (7)

1.一种阻变薄膜低温弯扭测试仪，包括：

对阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲的弯扭装置；

控制弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度并测量阻变薄膜在弯扭测试过程中的伏安特性曲线的测控系统；

根据测控系统的控制指令为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境的低温系统；

所述弯扭装置置于低温系统内部，测控系统分别与低温系统、弯扭装置连接；

其特征在于，所述弯扭装置包括滑台支架、步进电机、可调角夹具、直式夹具；

可调角夹具、直式夹具位于滑台支架上；

滑台支架上安装有支撑立柱、第一可动立柱、第二可动立柱；

步进电机固定在滑台支架一端，步进电机的输出轴与支撑立柱之间连接有丝杆，丝杆与固定有滑块的丝母连接，使滑块在步进电机的输出轴与支撑立柱之间运动，可调角夹具一端固定在滑块上，可调角夹具另一端固定于支撑立柱；

直式夹具安装在第一可动立柱、第二可动立柱之间；第一可动立柱与支撑立柱之间安装减速齿轮组，丝杆穿过支撑立柱连接减速齿轮组高速齿轮的左端，减速齿轮组低速齿轮的右端穿过第一可动立柱与直式夹具一端连接，直式夹具的另一端连接到第二可动立柱。

2.根据权利要求1所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪，其特征在于，所述滑块两侧的滑台支架上分别设有感应式行程开关。

3.根据权利要求1所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪，其特征在于，所述可调角夹具包括相向设置的结构相同的两部分，两部分均包括阻尼铰链、角度刻度盘、微型定位销、支撑杆、支撑滚子、下部弧形的薄膜夹子、夹具支架；

下部弧形的薄膜夹子与阻尼铰链连为一体，阻尼铰链与夹具支架相连，薄膜夹子内部涂柔性橡胶；

支撑杆上固定支撑滚子，角度刻度盘安装于夹具支架外侧，支撑杆与角度刻度盘之间通过微型定位销定位；

可调角夹具的两个夹具支架分别固定在滑块和支撑立柱上。

4.根据权利要求1所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪，其特征在于，所述低温系统包括制冷机、换气扇、低温箱和温湿度感应器；

制冷机通过管道安装于低温箱一侧的低温循环口；

换气扇安装于低温循环口对侧的低温箱侧壁的换气口；

弯扭装置、温湿度感应器放置于低温箱内。

5.根据权利要求1所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪，其特征在于，所述测控系统包括步进电机控制器、步进电机驱动器、电压电流测试装置；

步进电机控制器的控制输入端与上位机相连，步进电机驱动器的控制输入端与控制器控制输出端相连，步进电机驱动器的控制输出端与弯扭装置的步进电机相连，弯扭装置上方安装伏安特性测试装置，伏安特性测试装置的输出端与上位机相连。

6.根据权利要求4所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪，其特征在于，所述低温箱采用可开盖的亚力克板保温箱，低温箱一侧侧壁的底部开有步进电机控制线路与电压电流测试装置线路的密封口，低温箱的箱体与上盖经铰链连接，低温箱的上盖四周附有硅胶密封圈，低温箱的上盖外部安装把手，低温箱的箱体下方通过螺丝钉安装橡胶垫脚。

7.采用权利要求1~6中任一项所述的阻变薄膜低温弯扭测试仪进行阻变薄膜低温弯扭测试的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：设定弯扭装置的弯扭次数、弯扭速度、弯曲程度、扭转角度；

步骤2：将阻变薄膜夹在弯扭装置的夹具上，测控系统测量低温系统中的阻变薄膜的伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机；

步骤3：排除低温系统内的温湿空气后，低温系统开始制冷，为阻变薄膜提供弯扭测试所需低温环境；

步骤4：测控系统控制弯扭装置按照设定的弯扭速度、扭转角度，使阻变薄膜进行可调节角度的弯曲和扭曲，即阻变薄膜低温弯扭测试；

步骤5：达到设定的弯扭次数后，抽出低温系统中的冷空气；

步骤6：测控系统测量低温系统中的阻变薄膜的伏安特性曲线，并将测量结果传至上位机，阻变薄膜低温弯扭测试结束。