CN115219533A - 一种多功能的多场耦合x射线原位测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，可与同步辐射光源、X光机等设备配合使用，包括为需要测试的试件提供制冷、加热、气氛场和磁场的温度模块、摇摆平台、旋转模块以及带动旋转模块做向内靠拢或者向外分开的运动的机构，摇摆平台、旋转模块以及带动旋转模块做向内靠拢或者向外分开的运动的机构协同配合为试件提供拉伸/压缩、扭转、拉扭/压扭等运动，摇摆平台和旋转模块使得试件开展力学试验时可实现各种角度的X射线衍射成像以及X射线断层扫描；本发明能够研究复杂工况下服役材料的力学性能，对于原位测试领域来说具有重要意义。

Description

一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置

技术领域

本发明属于原位测试装置领域，涉及一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置。

背景技术

X射线衍射是分析法是研究物质的物相和晶体结构的主要方法，它不损伤样品，且无污染、快捷、测量精度高、能得到有关晶体完整性的大量信息。X射线断层扫描在不进行染色、切片、切割或交叉切片的情况下，可以很容易地了解到内部结构、几何结构和组成，这两种表征技术都是非常重要的样品分析手段。

同步辐射光源中发射出高能的同步辐射X射线分辨率更高，成像时间更短，与普通的X射线相比，能够对样品更好地进行表征。

同步辐射光源的体积非常巨大，一般实验室里X光机尺寸在一两米左右，而同步辐射光源的周长可以达到几百米甚至是一公里以上，用在一般实验室中的X射线衍射仪衍射角度易于调整，然而同步辐射X射线的衍射角度却难以调整，即在同步辐射光源下进行X射线衍射具备一定的难度。

被广泛应用在航空航天、轨道交通、海洋工程等重要领域的构件往往服役于复杂恶劣的环境，如月球探测器需要在-133℃～127℃的高低温交变载荷及二氧化碳、水汽和氧等复杂气氛场下服役，然而目前利用X射线(尤其是同步辐射X射线)来研究构件力学性能的原位测试装置通常只能实现单一温度场与力场的耦合加载，且只能单独开展X射线衍射或是X射线断层扫描试验，难以满足研究者的各种研究需求。

磁场、气氛场、温度场、应力场都是重要的物理环境，为了研究构件在各种复杂服役环境下的力学性能及损伤机理，亟需开发一种能与X射线以及同步辐射光源都兼容的多功能多场耦合原位测试装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，该装置通过摇摆平台和旋转模块能分别对试件开展各个角度的X射线衍射、X射线断层扫描等实验，通过圆筒状的加热管实现试件的均匀加热，通过加热管内管壁上均匀分布的气孔向试件迅速通入气体，通过向螺旋管状制冷管内通入不同的冷却介质实现试件的均匀制冷，通过亥姆霍兹线圈提供交直流磁场以及均匀磁场，通过力学加载部件对试件施加拉伸/压缩、扭转、拉扭/压扭等载荷。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，为需要检测的试件提供拉伸/压缩、扭转、拉扭/压扭、制冷、加热、气氛场和磁场，整体结构立式布置，包括一个沿竖直方向设置的矩形板状的底板，底板的一个角上固定设置有拉伸电机，拉伸电机的输出轴的轴线与底板所在的平面平行且与底板的中线垂直，拉伸电机的输出轴连接并驱动一个竖直设置的传动轴转动，传动轴连接并驱动两个平行且对称设置的双向丝杠转动，两块矩形板状的底座分别通过各自背面上部的两个丝杠螺母和背面下部的两个丝杠螺母与两个双向丝杠的同向螺纹段螺纹连接进而将两个底座跨接在两个双向丝杠上，每块底座的上部和下部均固定设置有滑块，底座通过滑块与对称设置在底板上的两根导轨滑动连接，通过两个双向丝杠的转动驱动两块底座沿导轨做向内靠拢或者向外分开的运动；

两个底座之间有一个箱体结构的温度模块固定设置在底板上，需要检测的试件位于温度模块内并由温度模块为其提供制冷、加热、气氛和磁场，两个底座上各设置有一个旋转模块，两个旋转模块对称设置，两个旋转模块的夹具从温度模块的两侧伸入并夹持试件的两端并为试件提供无限角度旋转加载，以实现X射线断层扫描，同时通过两个底座向外分开的运动为试件提供拉伸加载；

底板背面中心处通过一个摇摆平台连接在位于底板后方的外部的试验台面上，摇摆平台可以带动底板在外部的试验台面上做竖直方向的俯仰动作、左右方向的倾斜动作和前后方向的升降动作，以实现试件在各个角度的衍射；

测试用的外部光源射出的光线经过温度模块照射在试件上之后再穿过底板和外部的试验台面后，由外部的光线接收装置接收。

进一步的技术方案包括：

温度模块包括一个前部开口的矩形箱体结构的后盖板、设置在后盖板内的加热管、位于加热管内的缠绕成螺旋管状的制冷管、位于加热管两端的亥姆霍兹线圈以及盖合封闭后盖板前部开口的前盖板，前盖板上开有圆形的前窗体，后盖板的后面板上开有与前窗体对称设置的圆形的后窗体，加热管上开有一组对称设置且与前窗体和后窗体对应并连通的圆形通孔，底板上开有与后窗体对应的圆形通孔结构的透射孔，前窗体、后窗体、加热管管壁上的两个圆形通孔以及底板上的透射孔形成用于透过同步辐射X射线的通道；

加热管为双层管壁且两层管壁之间有空腔的筒状结构，制冷管固定在加热管内管壁的内表面上，制冷管的两端管口通过设置在后盖板两个侧表面上的一号接口伸出后盖板，加热管的外管壁上有两个向前伸出的与加热管两层管壁之间的空腔连通的加热管连通管，两个加热管连通管由前盖板伸出，加热管的内管壁上有多个间隔均匀设置的与加热管两层管壁之间的空腔连通的内管壁通孔，加热管的两层管壁之间布置有两根电热丝，加热管的一个端面上布置有两个端子，两根电热丝分别由两个端子引出，两根电热丝从后盖板上面板上的二号接口穿出，加热管的另一个端面上安装有一个温度传感器，温度传感器的引线通过后盖板上面板上的三号接口穿出，前盖板的内表面上设置有矩形的密封圈凹槽，一个矩形密封圈设置在密封圈凹槽内并位于前盖板和后盖板之间用于密封，两端的亥姆霍兹线圈固定在一个矩形的线圈连接板的两端，后盖板的两个侧面板开有对称设置的圆形通孔，两个亥姆霍兹线圈的圆形通孔、加热管内管壁形成的圆柱状腔体以及后盖板两个侧面板的圆形通孔同轴。

加热管中的电热丝与外部的加热电源连接，温度传感器的引线和加热电源与外部的温度控制器连接，制冷管与外部的带有低温液体泵的低温液体瓶连通为制冷管通入制冷介质，低温液体瓶的低温液体泵与温度控制器连接。

旋转模块包括通过旋转电机座固定在底座上的旋转电机，旋转电机的输出轴的轴线与底板所在的平面平行且与底板的中线垂直，旋转电机的输出轴固定连接有一个小齿轮，小齿轮与一个大齿轮啮合，大齿轮固定在一个旋转轴的后部，旋转轴的后端通过一个拉压力传感器与一个夹具连接，夹具穿过后盖板两个侧面板的圆形通孔后伸入加热管中，两个旋转模块的夹具从位于加热管中的试件的两端夹紧试件，两个旋转模块的旋转轴与后盖板两个侧面板的圆形通孔之间各有一个环形的密封圈用于密封。

前盖板中央开有圆形通孔结构的前窗体安装孔，前窗体安装在前窗体安装孔中，前盖板的前表面左右两端各焊接有一个方便拆卸前盖板的把手以及两个位于把手内侧的用以穿过两个加热管连通管的第五接口。

后盖板中央开有圆形通孔结构的后窗体安装孔，后窗体安装在后窗体安装孔中，后盖板的内壁和外壁之间是中空的，后盖板上有第四接口将后盖板的内壁和外壁之间的空腔与外部连通。

摇摆平台包括一个带有三角形镂空部的三角形板结构的下支撑架以及与下支撑架结构相同且间隔对称设置的上支撑架，上支撑架和下支撑架之间有三个电动缸分别位于三个角点上，电动缸的缸体与下支撑架的角点铰接，电动缸的伸缩杆与上支撑架的角点铰接，上支撑架的上表面与底板的后表面固定连接，下支撑架的下表面与测试试验时外部的试验台面固定连接，上支撑架的一个边的侧面固定连接有一个角度传感器，底板上的观测孔位于下支撑架的三角形镂空部在底板上的投影内。

拉伸电机通过拉伸电机座固定在底板上，拉伸电机的输出轴的端部通过一个固定设置的锥齿轮与传动轴顶端的锥齿轮啮合，传动轴上间隔设置有两段蜗杆，两个双向丝杠前端通过蜗轮与对应的蜗杆啮合，双向丝杠的两端分别通过丝杠支撑座和丝杠固定座支撑在底板上。

温度模块通过一个温度模块安装架固定设置在底板的上表面上，温度模块安装架包括一个中部镂空的安装框，温度模块的后盖板的后表面固定在安装框上，安装框的四个角点通过四个固定柱固定在底板的上表面上。

与现有技术相比本发明的有益效果为：

1.圆筒型加热管和螺旋状制冷管不仅可给试件创造变温温度场，可使试件迅速受热，而且能够使试件均匀受热。

2.通过向加热管中通入各种气体，可模拟试件在真实工况下的各种气氛环境，整个加热管的内管壁上均匀分布的气孔可以使得气体迅速充满加热管，减少了通气时间，提升了通气效率。

3.制冷的低温区间分为低温、极低温、超低温区间，按所需低温区间向制冷管中通入不同的制冷介质，从而避免了制冷资源的浪费。当需要对温度模块进行室温冷却时，只需要向制冷管中通入冷却水即可使温度模块恢复到常温。

4.该原位力学测试装置可与常规X光机兼容，且能与同步辐射光源集成，实现了试件基于X射线的衍射成像和断层扫描。

5.摇摆平台使得该装置不仅可开展X射线衍射试验，还能开展多角度的X射线衍射试验。

6.摇摆平台上安装的角度传感器可实时反馈角度数据，从而实现了对摇摆平台的精准角度控制。以实现各个角度的X射线衍射试验。

7双向丝杠对试件进行同时拉伸或压缩，可以保证试件的观测区域始终位于X射线视野中央，即试件的观测区域位置不变。

8.拉伸电机和旋转电机的共同使用使得试件可开展的拉伸/压缩试验，扭转试验以及拉扭/压扭复合试验。

9.通过温度传感器将温度信号反馈给温度控制器，从而实现精准控温。

10.亥姆霍兹线圈可提供交、直流磁场以及均匀磁场，且其结构简单，均匀区体积大，使用空间开阔，操作简便。

11.前窗体和后窗体采用分体式设计，在保证安装尺寸不变的情况下可以使用平板状、半球状或是半圆柱状的铍窗、铝窗或是聚酰亚胺窗等，以对比不同形状和不同材质窗体下试件的成像区别。

12.后盖板的内外壁之间是中空的，向内外壁空腔抽真空即可实现真空隔热保温，真空保温的保温方式使得后盖板无需保温材料就实现了保温，而且真空保温的保温效果比一般的保温方法保温效果好。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明提供的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置的结构示意图。

图2是本发明提供的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置的结构示意图，图中去掉了温度模块和温度模块安装架。

图3是本发明提供的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置的后视图。

图4是本发明中的摇摆平台的结构示意图。

图5是本发明中的温度模块的爆炸图。

图6是本发明中的亥姆霍兹线圈的结构示意图。

图7是本发明中的加热管的结构示意图。

图8是本发明中的加热管的剖视图。

图9是本发明中的温度模块的温度控制线路示意图。

图10是本发明中的前盖板的结构示意图。

图11是本发明中的后盖板的正视图。

图12是图11中F-F方向的剖视图。

图13是本发明中的温度模块安装架的结构示意图。

图14是X射线衍射成像示意图。

图15是X射线断层扫描示意图。

图中：1.底板，2.拉伸电机，3.拉伸电机座，4.锥齿轮，5.蜗杆，6.蜗轮，7.传动轴，8.传动轴支撑座，9.丝杠支撑座，10.丝杠螺母，11.底座，12.旋转轴支撑座，13.旋转轴，14.拉压力传感器，15.夹具，16.试件，17.大齿轮，18.小齿轮，19.旋转电机座，20.旋转电机，21.丝杠固定座，22.滑块，23.导轨，24.双向丝杠，25.摇摆平台，26.温度模块，27.温度模块安装架，251.下支撑架，252.电动缸，253.角度传感器，254.上支撑架，261.前盖板，262.后盖板，263.加热管，264.制冷管，265，亥姆霍兹线圈，266.前窗体，267.矩形密封圈，268.密封圈，269.后窗体，2610.温度传感器，A.第一接口，B.第二接口，C.第三接口，D.第四接口，E.第五接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述：

本发明提供了一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，为需要检测的试件16提供拉伸/压缩、扭转、拉扭/压扭、制冷、加热、气氛场和磁场，整体结构立式布置，如图1和2所示，包括一个沿竖直方向设置的矩形板状的底板1，底板1的一个角上固定设置有拉伸电机2，拉伸电机2的输出轴的轴线与底板1所在的平面平行且与底板1的中线垂直，拉伸电机2的输出轴连接并驱动一个竖直设置的传动轴7转动，传动轴7连接并驱动两个平行且对称设置的双向丝杠24转动，两块矩形板状的底座11分别通过各自背面上部的两个丝杠螺母10和背面下部的两个丝杠螺母10与两个双向丝杠24的同向螺纹段螺纹连接进而将两个底座11跨接在两个双向丝杠24上，每块底座11的上部和下部均固定设置有滑块22，底座11通过滑块22与对称设置在底板1上的两根导轨23滑动连接，通过两个双向丝杠24的转动驱动两块底座11沿导轨23做向内靠拢或者向外分开的运动；

两个底座11之间有一个箱体结构的温度模块26固定设置在底板1上，需要检测的试件16位于温度模块26内并由温度模块26为其提供制冷、加热、气氛和磁场，两个底座11上各设置有一个旋转模块，两个旋转模块对称设置，两个旋转模块的夹具15从温度模块26的两侧伸入并夹持试件16的两端并为试件16提供旋转加载，同时通过两个底座11向外分开的运动为试件16提供拉伸加载；

如图3和4所示，底板1背面中心处通过一个摇摆平台25连接在位于底板1后方的外部的试验台面上，摇摆平台25包括一个带有三角形镂空部的三角形板结构的下支撑架251以及与下支撑架251结构相同且间隔对称设置的上支撑架254，上支撑架254和下支撑架251之间有三个电动缸252分别位于三个角点上，电动缸252的缸体与下支撑架251的角点上设置的与下支撑架251的表面垂直的铰接耳铰接，电动缸252的伸缩杆与上支撑架254的角点上设置的与上支撑架254的表面垂直的铰接耳铰接，上支撑架254的上表面与底板1的后表面固定连接，下支撑架251的下表面与测试试验时外部的试验台面固定连接，上支撑架254的一个边的侧面固定连接有一个角度传感器253，底板1上的观测孔位于下支撑架251的三角形镂空部在底板1上的投影内。电动缸252的精度高，控制三支电动缸252的伸缩杆分别伸出不同的高度，即可完成摇摆平台25的俯仰、倾斜和升降运动，从而可以模拟出整个装置的各种空间运动姿态。角度传感器253实时监测摇摆平台25的俯仰角，并将角度数据反馈给控制系统以调节角度。由于X射线光束位置不变，所以可通过摇摆平台25使得装置能够开展各个角度的X射线衍射试验。

测试用的外部光源射出的光线经过温度模块26照射在试件16上之后再穿过底板1和外部的试验台面后，由外部的光线接收装置接收。

如图5所示，温度模块26包括一个前部开口的矩形箱体结构的后盖板262、设置在后盖板262内的加热管263、位于加热管263内的缠绕成螺旋管状的制冷管264、位于加热管263两端的亥姆霍兹线圈265以及盖合封闭后盖板262前部开口的前盖板261，后盖板262中央开有圆形通孔结构的后窗体安装孔，后窗体269安装在后窗体安装孔中，前盖板261的前面板上开有与后窗体269对称设置的前窗体266，加热管263上开有一组对称设置且与前窗体266和后窗体269对应并连通的圆形通孔，底板1上开有与后窗体269对应的圆形通孔结构的透射孔，前窗体266、后窗体269、加热管263管壁上的两个圆形通孔以及底板1上的透射孔形成用于透过同步辐射X射线的通道。

加热管263为双层管壁且两层管壁之间有空腔的筒状结构，制冷管264固定在加热管263内管壁的内表面上，制冷管264的两端管口通过设置在后盖板262两个侧表面上的一号接口A伸出后盖板262，加热管263的外管壁上有两个向前伸出的与加热管263两层管壁之间的空腔连通的加热管连通管，两个加热管连通管由前盖板261伸出，加热管263的两层管壁之间布置有两根电热丝，加热管263的一个端面上布置有两个端子，两根电热丝分别由两个端子引出，两根电热丝从后盖板262上壁上的二号接口B穿出，加热管263的另一个端面上安装有一个温度传感器2610，温度传感器2610为接触式的热电阻传感器，温度传感器2610的引线通过后盖板262上壁上的三号接口C穿出。如图7和8所示，加热管263的内管壁上有多个间隔均匀设置的与加热管263两层管壁之间的空腔连通的内管壁通孔，需要模拟试件16在气氛环境下的工况时，由加热管263外表面的两根中空管结构的加热管连通管通入所需种类的气体，气体从加热管263内管壁和外管壁之间的中空结构向加热管263内表面扩散，从而实现创造气体氛围的功能，当不需要通入气体时，采用密封端盖等密封装置堵住加热管连通管的管口即可。加热管263可由任何导热性好的材料制成，如银块、铜块等，能实现迅速导热。前盖板261的内表面上设置有矩形的密封圈凹槽，一个矩形密封圈267设置在密封圈凹槽内并位于前盖板261和后盖板262之间用于密封。如图6所示，由两个半径和匝数完全相同的线圈平行排列组成的位于后盖板262两侧的亥姆霍兹线圈265固定在一个矩形的线圈连接板的两端，线圈连接板固定在后盖板262的其中一个侧面板的内表面上，后盖板262的两个面板开有对称设置的圆形通孔，两个亥姆霍兹线圈265的圆形通孔、加热管263内管壁形成的圆柱状腔体以及后盖板262两个侧面板的圆形通孔同轴。

如图9所示，温度模块具体的温度控制过程如下：加热管263中的电热丝与外部的加热电源连接，温度传感器2610的引线和加热电源与外部的温度控制器连接，制冷管264与外部的带有低温液体泵的低温液体瓶连通为制冷管264通入制冷介质，低温液体瓶的低温液体泵与温度控制器连接。当试件16需要升温时，温度传感器2610测量试件16的实时温度，并将温度反馈给温度控制器。由温度控制器控制制冷介质的流量，同时启动电热丝加热，电热丝的热量迅速传递到加热管263中，达到冷热的相对平衡，实现温度的升高；当试件16需要按低温、极低温、超低温区间进行梯度降温时，给温度控制器设置一定的温降速率，以控制通入制冷管264内的不同制冷介质的流量，从而实现降温。在温度试验结束后，为避免升温后温度模块26的损伤，通过向制冷管内部通入冷却介质对温度模块26进行降温，以达到保护的目的。

如图1和2所示，旋转模块包括通过旋转电机座19固定在底座11上的旋转电机20，旋转电机20的输出轴的轴线与底板1所在的平面平行且与底板1的中线垂直，旋转电机20的壳体固定在旋转电机座19的侧板上，旋转电机20的输出轴穿过旋转电机座19侧板，旋转电机20的输出轴固定连接有一个小齿轮18，小齿轮18与一个大齿轮17啮合，大齿轮17固定在一个旋转轴13的后部，旋转轴13的后端通过一个拉压力传感器14与一个夹具15连接，夹具15穿过后盖板262两个侧面板的圆形通孔后伸入加热管263中，两个旋转模块的夹具15从位于加热管263中的试件16的两端夹紧试件16，两个旋转模块的旋转轴13与后盖板262两个侧面板的圆形通孔之间各有一个环形的密封圈268用于密封。

如图10所示，前盖板261中央开有圆形通孔结构的前窗体安装孔，用来安装不同尺寸和形状的前窗体266，前盖板261的前表面左右两端个焊接有一个方便拆卸前盖板261的把手以及两个位于把手内侧的用以穿过两个加热管连通管的第五接口E。

如图11和12所示，后盖板262中央开设有圆形通孔结构的后窗体安装孔，在安装尺寸不变的情况下，可安装不同尺寸和形状的后窗体269。后盖板262的内壁和外壁之间为中空结构，后盖板262上有第四接口D将后盖板262的内壁和外壁之间的空腔与外部连通，在升温或降温的过程中，可通过向第四接口D抽真空的方式进行保温隔热。

如图1和2所示，拉伸电机2通过拉伸电机座3固定在底板1上，拉伸电机2的输出轴的端部通过一个固定设置的锥齿轮4与传动轴7顶端的锥齿轮4啮合，传动轴7上间隔设置有两段蜗杆5，两个双向丝杠24前端通过蜗轮6与对应的蜗杆5啮合，双向丝杠24的两端分别通过丝杠支撑座9和丝杠固定座21支撑在底板1上。

如图1所示，温度模块26通过一个温度模块安装架27固定设置在底板1的上表面上。如图13所示，温度模块安装架27包括一个中部镂空的安装框，温度模块26的后盖板262的后表面固定在安装框上，安装框的四个角点通过四个固定柱固定在底板1的上表面上。

使用发明提供的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置进行多种不同测试试验的工作原理和工作过程如下：

如图14所示，若装置开展X射线衍射试验，试件16可进行拉伸试验/压缩试验、扭转试验或拉扭/压扭试验，需要进行拉伸/压缩试验时，启动拉伸电机2，关闭旋转电机20，双向丝杠24带动固定连接在底座11上的旋转轴13向外张开或是向内靠拢，从而实现对试件16的拉伸/压缩；当进行扭转试验时，旋转模块中的两个旋转电机20一个正转，一个反转，并分别带动与之同轴连接的小齿轮18正转和反转，两个小齿轮18通过与两个大齿轮17啮合将不同方向的转矩传递给试件16，从而实现试件16的扭转；当需要进行拉扭/压扭试验时，同时启动拉伸电机2和旋转电机20，试件同时受拉扭或压扭；此时，同步辐射X射线穿过前窗体266，打过试件26上，当入射的同步辐射X射线满足布拉格定律时，会产生X射线衍射现象，通过调整摇摆平台25中电动缸252的伸长或缩短，控制X射线的衍射角度，从而实现试件16在不同方向发生的衍射，探测器能够接收到X射线，并将X射线转换成衍射图谱。通过对衍射图谱分析，可以得出试件16的残余应力、织构取向、物相组成及结构信息。

如图15所示，若装置开展X射线断层扫描试验，试件可进行拉伸/压缩试验，此时启动拉伸电机2，启动两个旋转电机20，且两个旋转电机20同时正转或是反转，从而带动试件16旋转，单色X射线穿过前窗体266，透过试件16，并透过后窗体269，试件16旋转180度(同步辐射X射线断层扫描试验)或360度(常规X射线断层扫描试验)时，探测器(光线接收装置)记录试件16旋转过程中各个角度的投影像，利用图像重建技术，观察试件16的内部缺陷分布及缺陷演化过程。

在开展X射线衍射试验或是X射线断层扫描试验时，若需创造高温或低温环境，就对加热管263以及制冷管264进行升温或是降温，在进行变温时，通过向后盖板的第四接口D抽真空进行保温隔热；若需制造气氛场，就通过加热管连通管向加热管263通入所需气体，气体通过气孔迅速充满加热管263；若需创造均匀磁场，就对亥姆霍兹线圈265通磁。

Claims (9)

1.一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，为需要检测的试件(16)提供拉伸/压缩、扭转、拉扭/压扭、制冷、加热、气氛场和磁场，整体结构立式布置，其特征在于，包括一个沿竖直方向设置的矩形板状的底板(1)，底板(1)的一个角上固定设置有拉伸电机(2)，拉伸电机(2)的输出轴的轴线与底板(1)所在的平面平行且与底板(1)的中线垂直，拉伸电机(2)的输出轴连接并驱动一个竖直设置的传动轴(7)转动，传动轴(7)连接并驱动两个平行且对称设置的双向丝杠(24)转动，两块矩形板状的底座(11)分别通过各自背面上部的两个丝杠螺母(10)和背面下部的两个丝杠螺母(10)与两个双向丝杠(24)的同向螺纹段螺纹连接进而将两个底座(11)跨接在两个双向丝杠(24)上，每块底座(11)的上部和下部均固定设置有滑块(22)，底座(11)通过滑块(22)与对称设置在底板(1)上的两根导轨(23)滑动连接，通过两个双向丝杠(24)的转动驱动两块底座(11)沿导轨(23)做向内靠拢或者向外分开的运动；

两个底座(11)之间有一个箱体结构的温度模块(26)固定设置在底板(1)上，需要检测的试件(16)位于温度模块(26)内并由温度模块(26)为其提供制冷、加热、气氛和磁场，两个底座(11)上各设置有一个旋转模块，两个旋转模块对称设置，两个旋转模块的夹具(15)从温度模块(26)的两侧伸入并夹持试件(16)的两端并为试件(16)提供无限角度旋转加载，以实现X射线断层扫描，同时通过两个底座(11)向外分开的运动为试件(16)提供拉伸加载；

底板(1)背面中心处通过一个摇摆平台(25)连接在位于底板(1)后方的外部的试验台面上，摇摆平台(25)可以带动底板(1)在外部的试验台面上做竖直方向的俯仰动作、左右方向的倾斜动作和前后方向的升降动作，以实现试件(16)在各个角度的衍射；

测试用的外部光源射出的光线经过温度模块(26)照射在试件(16)上之后再穿过底板(1)和外部的试验台面后，由外部的光线接收装置接收。

2.根据权利要求1所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，温度模块(26)包括一个前部开口的矩形箱体结构的后盖板(262)、设置在后盖板(262)内的加热管(263)、位于加热管(263)内的缠绕成螺旋管状的制冷管(264)、位于加热管(263)两端的亥姆霍兹线圈(265)以及盖合封闭后盖板(262)前部开口的前盖板(261)，前盖板(261)上开有圆形的前窗体(266)，后盖板(262)的后面板上开有与前窗体(266)对称设置的圆形的后窗体(269)，加热管(263)上开有一组对称设置且与前窗体(266)和后窗体(269)对应并连通的圆形通孔，底板(1)上开有与后窗体(269)对应的圆形通孔结构的透射孔，前窗体(266)、后窗体(269)、加热管(263)管壁上的两个圆形通孔以及底板(1)上的透射孔形成用于透过同步辐射X射线的通道；

加热管(263)为双层管壁且两层管壁之间有空腔的筒状结构，制冷管(264)固定在加热管(263)内管壁的内表面上，制冷管(264)的两端管口通过设置在后盖板(262)两个侧表面上的一号接口(A)伸出后盖板(262)，加热管(263)的外管壁上有两个向前伸出的与加热管(263)两层管壁之间的空腔连通的加热管连通管，两个加热管连通管由前盖板(261)伸出，加热管(263)的内管壁上有多个间隔均匀设置的与加热管(263)两层管壁之间的空腔连通的内管壁通孔，加热管(263)的两层管壁之间布置有两根电热丝，加热管(263)的一个端面上布置有两个端子，两根电热丝分别由两个端子引出，两根电热丝从后盖板(262)上面板上的二号接口(B)穿出，加热管(263)的另一个端面上安装有一个温度传感器(2610)，温度传感器(2610)的引线通过后盖板(262)上面板上的三号接口(C)穿出，前盖板(261)的内表面上设置有矩形的密封圈凹槽，一个矩形密封圈(267)设置在密封圈凹槽内并位于前盖板(261)和后盖板(262)之间用于密封，两端的亥姆霍兹线圈(265)固定在一个矩形的线圈连接板的两端，后盖板(262)的两个侧面板开有对称设置的圆形通孔，两个亥姆霍兹线圈(265)的圆形通孔、加热管(263)内管壁形成的圆柱状腔体以及后盖板(262)两个侧面板的圆形通孔同轴。

3.根据权利要求2所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，加热管(263)中的电热丝与外部的加热电源连接，温度传感器(2610)的引线和加热电源与外部的温度控制器连接，制冷管(264)与外部的带有低温液体泵的低温液体瓶连通为制冷管(264)通入制冷介质，低温液体瓶的低温液体泵与温度控制器连接。

4.根据权利要求2所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，旋转模块包括通过旋转电机座(19)固定在底座(11)上的旋转电机(20)，旋转电机(20)的输出轴的轴线与底板(1)所在的平面平行且与底板(1)的中线垂直，旋转电机(20)的输出轴固定连接有一个小齿轮(18)，小齿轮(18)与一个大齿轮(17)啮合，大齿轮(17)固定在一个旋转轴(13)的后部，旋转轴(13)的后端通过一个拉压力传感器(14)与一个夹具(15)连接，夹具(15)穿过后盖板(262)两个侧面板的圆形通孔后伸入加热管(263)中，两个旋转模块的夹具(15)从位于加热管(263)中的试件(16)的两端夹紧试件(16)，两个旋转模块的旋转轴(13)与后盖板(262)两个侧面板的圆形通孔之间各有一个环形的密封圈(268)用于密封。

5.根据权利要求2所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，前盖板(261)中央开有圆形通孔结构的前窗体安装孔，前窗体(266)安装在前窗体安装孔中，前盖板(261)的前表面左右两端各焊接有一个方便拆卸前盖板(261)的把手以及两个位于把手内侧的用以穿过两个加热管连通管的第五接口(E)。

6.根据权利要求2所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，后盖板(262)中央开有圆形通孔结构的后窗体安装孔，后窗体(269)安装在后窗体安装孔中，后盖板(262)的内壁和外壁之间是中空的，后盖板(262)上有第四接口(D)将后盖板(262)的内壁和外壁之间的空腔与外部连通。

7.根据权利要求1所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，摇摆平台(25)包括一个带有三角形镂空部的三角形板结构的下支撑架(251)以及与下支撑架(251)结构相同且间隔对称设置的上支撑架(254)，上支撑架(254)和下支撑架(251)之间有三个电动缸(252)分别位于三个角点上，电动缸(252)的缸体与下支撑架(251)的角点铰接，电动缸(252)的伸缩杆与上支撑架(254)的角点铰接，上支撑架(254)的上表面与底板(1)的后表面固定连接，下支撑架(251)的下表面与测试试验时外部的试验台面固定连接，上支撑架(254)的一个边的侧面固定连接有一个角度传感器(253)，底板(1)上的观测孔位于下支撑架(251)的三角形镂空部在底板(1)上的投影内。

8.根据权利要求1所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，拉伸电机(2)通过拉伸电机座(3)固定在底板(1)上，拉伸电机(2)的输出轴的端部通过一个固定设置的锥齿轮(4)与传动轴(7)顶端的锥齿轮(4)啮合，传动轴(7)上间隔设置有两段蜗杆(5)，两个双向丝杠(24)前端通过蜗轮(6)与对应的蜗杆(5)啮合，双向丝杠(24)的两端分别通过丝杠支撑座(9)和丝杠固定座(21)支撑在底板(1)上。

9.根据权利要求1所述的一种多功能的多场耦合X射线原位测试装置，其特征在于，温度模块(26)通过一个温度模块安装架(27)固定设置在底板(1)的上表面上，温度模块安装架(27)包括一个中部镂空的安装框，温度模块(26)的后盖板(262)的后表面固定在安装框上，安装框的四个角点通过四个固定柱固定在底板(1)的上表面上。

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