CN210005438U - 原位拉曼拉伸测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种原位拉曼拉伸测试装置，涉及拉曼拉伸测试领域，包括拉伸架、滑轨、滑块、中心板、双向丝杆、丝杆螺母、驱动机构；所述滑轨包括两条固定滑轨和四个移动滑轨，两条固定滑轨相互平行固定连接在所述拉伸架的两侧，四个移动滑轨分别固定连接在四个滑块上；四个滑块分为两组，每组的两个滑块分别通过所述移动滑轨与两侧的固定滑轨滑动配合；每组的两个滑块之间分别固定连接有一个中心板；所述双向丝杆与所述固定滑轨平行设置，两个丝杆螺母分别连接在两个螺纹段上，两个中心板分别与两个丝杆螺母固定连接；所述驱动机构驱动所述双向丝杆转动。本实用新型的优点在于：能够适用于拉曼光谱仪进行原位拉曼光谱分析。
Description
技术领域
本实用新型涉及拉曼拉伸测试领域，尤其涉及一种原位拉曼拉伸测试装置。
背景技术
自从1929年发现拉曼现象以来，它主要被化学家和物理学家们用来研究分子对称性以及晶体中的振动模式。1970年代早期，Anastasakis和其他研究人员指出了拉曼光谱在研究晶体形态效应中的重要性，如声子变形电位(PDP)。这种PDP方法的确定使得能够在许多单晶材料中进行应力测量。在八十年代后期则报道了在轴向拉伸应变下6μm直径碳纤维的“准”声子变形电位的实验拉曼测量。报告的值是碳纤维中不同拉曼活性模式的拉曼峰位置与施加的轴向应变之间的线性关系的斜率，并且作者将其称为“拉曼频率计量因子”。这使得能够测量复合材料中的局部纤维应变，并开创了实验复合材料力学的新时代。该技术首次实现了对复合材料中关键现象的实验研究，如应力集中现象；同时也增加了对其他物理现象的基本理解，如蠕变行为、界面耐久性等现象。
目前，针对材料的微观结构表征，拉曼光谱技术是其中最为有效的一种检测手段，但现有技术对材料微观结构研究往往是在非原位表征结构下进行，相应的模型和机理也都是依据上述条件而确定的。然而，在许多情况下，这些机制的解释有两个主要实验极限值得商榷。首先，对于部分韧性材料而言，由于其塑性不稳定性而经历明显颈缩的情况下，过去广泛使用的常规机械测试和使用标称应力-应变曲线不适合揭示它们的真实机械在规定的温度和应变速率下的行为。为了进行定量测量，在拉伸试验的整个过程中必须考虑拉伸样品颈缩区的几何变化。其次，传统的分析技术存在与其相当精细的仪器设置相关的常见困难，通常成本高且体积大，这在大多数情况下需要事后分析，并具有破坏性采样程序以及结构损坏的严重风险。为了精确测量，必须考虑变形的实时微观结构演变，特别是避免在样品卸载后发生的材料回收。为此，设计开发一款适用于拉曼光谱仪的原位拉伸测试装置对于研究材料的微观结构具有十分重要的意义。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够适用于拉曼光谱仪进行原位拉曼光谱分析的原位拉曼拉伸测试装置。
本实用新型是通过以下技术方案解决上述技术问题的：原位拉曼拉伸测试装置，包括拉伸架(1)、滑轨(2)、滑块(3)、中心板(4)、双向丝杆(5)、丝杆螺母(6)、驱动机构；所述滑轨(2)包括两条固定滑轨(21)和四个移动滑轨(22)，两条固定滑轨(2)相互平行固定连接在所述拉伸架(1)的两侧，四个移动滑轨(22)分别固定连接在四个滑块(3)上，所述移动滑轨(22)与所述固定滑轨(21)平行设置；四个滑块(3)分为两组，每组的两个滑块(3)分别通过所述移动滑轨(22)与两侧的固定滑轨(21)滑动配合，每组的两个滑块(3)之间分别固定连接有一个中心板(4)；所述双向丝杆(5)与所述固定滑轨(21)平行设置，所述双向丝杆(5)的两侧设有螺纹方向相反的两个螺纹段，两个丝杆螺母(6)分别连接在两个螺纹段上，两个中心板(4)分别与两个丝杆螺母(6)固定连接；所述驱动机构驱动所述双向丝杆(5)转动。
该装置根据现有拉曼光谱仪的结构特征，结合拉伸测试装置的基本原理，通过独特的结构设计，保证了该装置能够与各类拉曼光谱仪的结构进行有效耦合，匹配上现有的各类高精度拉曼光谱仪，从而实现拉曼光谱的原位在线采集功能；该装置通过驱动机构驱动双向丝杆转动，双向丝杆的转动经丝杆螺母转换为两个中心板的对向运动，对样品进行反向对称拉伸，可以连续、多角度地对样品进行拉曼光谱数据的在线采集，实现对样品微晶结构、形态、力学性能等演变的真实记录，揭示其深层结构和作用机制。
双向丝杆采用高精度滚珠丝杆，双向丝杆与丝杆螺母配合，可以保证相对运动的高精度、低阻力；双向丝杆的轴径与导程根据使用者所需的拉力计算后合理选择，其有效行程根据其应用可以在10-1-101mm量级范围内选择。
滑块和中心板在固定滑轨与移动滑轨的导向和约束下做同步反向运动，固定滑轨、移动滑轨、滑块、中心板的设置方式可以保证在单丝杆控制的情况下，最大程度地减小样品因拉伸而反作用到中心板上的力引起的不利形变。
作为优化的技术方案，所述拉伸架(1)包括顶板、底板、侧板，所述顶板、底板均水平设置，两个侧板竖直设置，构成中空的长方体框架；两条固定滑轨(21)均竖直设置并分别与左右两个侧板固定连接；四个滑块(3)分为上下两组，每组左右各一个，每组的两个滑块(3)分别通过所述移动滑轨(22)与左右两侧的固定滑轨(21)在竖直方向上滑动配合。拉伸架为装置的其他部分提供直接或间接的支撑，使装置成为有机的整体。
作为优化的技术方案，所述拉伸架(1)、中心板(4)采用铝合金或不锈钢。
作为优化的技术方案，所述双向丝杆(5)的两端分别通过轴承连接所述拉伸架(1)。通过轴承实现双向丝杆与拉伸架的相对转动。
作为优化的技术方案，该装置还包括拉力传感器(7)、控制器，所述拉力传感器(7)与其中一个中心板(4)固定连接，所述拉力传感器(7)、驱动机构连接所述控制器。。拉力传感器对作用在样品上的拉力进行测量，并将拉力转换成标准的模拟信号或数字信号传送到控制器，控制器根据拉力传感器反馈的拉力数据和使用者的需求计算、判断，做出控制响应，再传送给电机执行，实现样品拉伸的闭环控制。
作为优化的技术方案，该装置还包括两个样品夹头(8)；两个样品夹头(8)其中一个与所述拉力传感器(7)固定连接，另一个与另一侧的中心板(4)固定连接；所述样品夹头(8)上设有螺纹孔。方便固定样品。
作为优化的技术方案，所述驱动机构包括电机(10)、联轴器(11)、蜗杆(12)、蜗轮，所述电机(10)通过所述联轴器(11)连接所述蜗杆(12)的一端，所述蜗杆(12)的另一端传动所述蜗轮，所述蜗轮连接在所述双向丝杆(5)上，所述蜗轮与所述双向丝杆(5)同轴转动。电机提供源驱动力，经蜗轮蜗杆减速、变向后，再由双向丝杆转换为向上下两个方向拉伸的力，电机的扭矩以及蜗轮蜗杆的减速比选择与双向丝杆的导程等参数结合，实现样品处的拉力在102-103N量级范围内可选。
作为优化的技术方案，所述驱动机构还包括内套筒(13)、角轴承(14)、紧固螺母(15)；所述内套筒(13)的一端与所述电机(10)固定连接，所述联轴器(11)、蜗杆(12)、角轴承(14)、紧固螺母(15)均装在所述内套筒(13)内；两个角轴承(14)分别与所述内套筒(13)固定连接，所述蜗杆(12)的两端分别穿过两个角轴承(14)；两个紧固螺母(15)分别连接在所述蜗杆(12)的两端并分别位于两个角轴承(14)的外侧。通过角轴承和紧固螺母保证蜗杆转动的同轴度。
作为优化的技术方案，所述驱动机构还包括调节座(16)，所述调节座(16)与所述拉伸架(1)固定连接，所述调节座(16)套在所述内套筒(13)的外部；所述调节座(16)的侧壁上设有销孔(17)，所述内套筒(13)的侧壁上对应所述销孔(17)的位置设有通孔，所述销孔(17)通过对应的通孔连通所述内套筒(13)的内部。
作为优化的技术方案，所述调节座(16)上靠近所述蜗轮的一端设有顶丝孔，所述顶丝孔的轴线垂直于所述销孔(17)的轴线，所述顶丝孔中设有顶丝。通过顶丝可以对蜗轮蜗杆的中心距进行微调，用于调节蜗轮蜗杆的配合紧密程度，以达到最佳的传动配合。
本实用新型的优点在于：该装置根据现有拉曼光谱仪的结构特征，结合拉伸测试装置的基本原理，通过独特的结构设计，保证了该装置能够与各类拉曼光谱仪的结构进行有效耦合，匹配上现有的各类高精度拉曼光谱仪，从而实现拉曼光谱的原位在线采集功能；该装置通过驱动机构驱动双向丝杆转动，双向丝杆的转动经丝杆螺母转换为两个中心板的对向运动，对样品进行反向对称拉伸，并可以连续、多角度地对样品进行拉曼光谱数据的在线采集，实现对样品微晶结构、形态、力学性能等演变的真实记录，揭示其深层结构和作用机制。
附图说明
图1是本实用新型实施例原位拉曼拉伸测试装置的结构示意图。
图2是本实用新型实施例驱动机构的剖面示意图。
具体实施方式
实施例一
如图1-2所示，原位拉曼拉伸测试装置，包括拉伸架1、滑轨2、滑块3、中心板4、双向丝杆5、丝杆螺母6、驱动机构、控制器。
拉伸架1包括顶板、底板、侧板，顶板、底板均水平设置，两个侧板竖直设置，构成中空的长方体框架；拉伸架1的底板与旋转台固定连接，通过旋转台使拉伸架旋转，实现样品相对入射光源的角度变化，使样品在光入射方向厚度薄，以保证样品相对入射光源有大于或等于140°并尽量大的光谱分析、检测角度范围；拉伸架1采用硬质铝合金精加工而成。
滑轨2包括两条固定滑轨21和四个移动滑轨22，两条固定滑轨21均竖直设置并分别与拉伸架1的左右两个侧板固定连接，四个移动滑轨22均竖直设置并分别固定连接在四个滑块3的一侧。
四个滑块3分为上下两组，每组左右各一个，每组的两个滑块3分别通过移动滑轨22与左右两侧的固定滑轨21在竖直方向上滑动配合。
每组的两个滑块3之间分别固定连接有一个中心板4，两个中心板4相对的一侧中间分别设有长方体的凹槽，两个凹槽的开口相对，中心板4采用硬质铝合金精加工而成。
双向丝杆5竖直设置并贯穿拉伸架1的顶板和底板，双向丝杆5的两端分别通过轴承连接拉伸架1的顶板和底板；双向丝杆5的上下两侧对称设有螺纹方向相反的两个螺纹段，两个丝杆螺母6分别连接在两个螺纹段上，两个中心板4分别与两个丝杆螺母6固定连接。
拉力传感器7固定连接在上侧的中心板4的凹槽中，两个样品夹头8其中一个与拉力传感器7固定连接，另一个固定连接在下侧的中心板4的凹槽中，样品夹头8的侧面设有螺纹孔，样品9的两端分别通过螺栓与两个样品夹头8固定连接。
驱动机构包括电机10、联轴器11、蜗杆12、蜗轮(图中未示出)、内套筒13、角轴承14、紧固螺母15、调节座16。
电机10采用伺服电机，电机10通过外驱动器连接控制器，拉力传感器7连接控制器。
电机10的输出轴通过联轴器11连接蜗杆12的一端，蜗杆12的另一端传动蜗轮；蜗轮连接在双向丝杆5的下侧螺纹段的下方，蜗轮与双向丝杆5同轴转动。
内套筒13的一端与电机10固定连接，联轴器11、蜗杆12、角轴承14、紧固螺母15均装在内套筒13内；两个角轴承14分别与内套筒13固定连接，蜗杆12的两端分别穿过两个角轴承14；两个紧固螺母15分别连接在蜗杆12的两端并分别位于两个角轴承14的外侧。
调节座16与拉伸架1的底板固定连接，调节座16套在内套筒13的外部，调节座16的侧壁上设有两个销孔17；两个销孔17的轴线的夹角为180°，内套筒13的侧壁上对应两个销孔17的位置设有两个通孔，两个销孔17分别通过对应的通孔连通内套筒13的内部。调节座16上靠近蜗轮的一端设有顶丝孔(图中未示出)，顶丝孔的轴线垂直于销孔17的轴线，顶丝孔中设有顶丝。
该原位拉曼拉伸测试装置的使用步骤为：首先控制电机10将两个样品夹头8移动到相隔较远的位置，然后将其中一个样品夹头8与样品9的一端固定连接，再控制电机10将两个样品夹头8互相靠近，直到样品9到达可与另一个样品夹头8固定的位置，之后将样品9的另一端与另一个样品夹头8固定连接，完成样品9的安装；然后将该装置置于拉曼光谱学线站上，与旋转台固定连接，对准光路后，通过相应的控制软件实现拉伸和角度控制，同时启动拉曼光谱采集、分析设备，在不同角度、拉伸力、形变等条件下采集拉曼光谱数据即可。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于：
拉伸架1、中心板4均采用不锈钢精加工而成。
拉力传感器7固定连接在下侧的中心板4的凹槽中，两个样品夹头8其中一个与拉力传感器7固定连接，另一个固定连接在上侧的中心板4的凹槽中。
电机10采用步进电机。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：包括拉伸架(1)、滑轨(2)、滑块(3)、中心板(4)、双向丝杆(5)、丝杆螺母(6)、驱动机构；所述滑轨(2)包括两条固定滑轨(21)和四个移动滑轨(22)，两条固定滑轨(2)相互平行固定连接在所述拉伸架(1)的两侧，四个移动滑轨(22)分别固定连接在四个滑块(3)上，所述移动滑轨(22)与所述固定滑轨(21)平行设置；四个滑块(3)分为两组，每组的两个滑块(3)分别通过所述移动滑轨(22)与两侧的固定滑轨(21)滑动配合，每组的两个滑块(3)之间分别固定连接有一个中心板(4)；所述双向丝杆(5)与所述固定滑轨(21)平行设置，所述双向丝杆(5)的两侧设有螺纹方向相反的两个螺纹段，两个丝杆螺母(6)分别连接在两个螺纹段上，两个中心板(4)分别与两个丝杆螺母(6)固定连接；所述驱动机构驱动所述双向丝杆(5)转动。
2.如权利要求1所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述拉伸架(1)包括顶板、底板、侧板，所述顶板、底板均水平设置，两个侧板竖直设置，构成中空的长方体框架；两条固定滑轨(21)均竖直设置并分别与左右两个侧板固定连接；四个滑块(3)分为上下两组，每组左右各一个，每组的两个滑块(3)分别通过所述移动滑轨(22)与左右两侧的固定滑轨(21)在竖直方向上滑动配合。
3.如权利要求1所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述拉伸架(1)、中心板(4)采用铝合金或不锈钢。
4.如权利要求1所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述双向丝杆(5)的两端分别通过轴承连接所述拉伸架(1)。
5.如权利要求1所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：该装置还包括拉力传感器(7)、控制器，所述拉力传感器(7)与其中一个中心板(4)固定连接，所述拉力传感器(7)、驱动机构连接所述控制器。
6.如权利要求5所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：该装置还包括两个样品夹头(8)；两个样品夹头(8)其中一个与所述拉力传感器(7)固定连接，另一个与另一侧的中心板(4)固定连接；所述样品夹头(8)上设有螺纹孔。
7.如权利要求1-6任一项所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机(10)、联轴器(11)、蜗杆(12)、蜗轮，所述电机(10)通过所述联轴器(11)连接所述蜗杆(12)的一端，所述蜗杆(12)的另一端传动所述蜗轮，所述蜗轮连接在所述双向丝杆(5)上，所述蜗轮与所述双向丝杆(5)同轴转动。
8.如权利要求7所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述驱动机构还包括内套筒(13)、角轴承(14)、紧固螺母(15)；所述内套筒(13)的一端与所述电机(10)固定连接，所述联轴器(11)、蜗杆(12)、角轴承(14)、紧固螺母(15)均装在所述内套筒(13)内；两个角轴承(14)分别与所述内套筒(13)固定连接，所述蜗杆(12)的两端分别穿过两个角轴承(14)；两个紧固螺母(15)分别连接在所述蜗杆(12)的两端并分别位于两个角轴承(14)的外侧。
9.如权利要求8所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述驱动机构还包括调节座(16)，所述调节座(16)与所述拉伸架(1)固定连接，所述调节座(16)套在所述内套筒(13)的外部；所述调节座(16)的侧壁上设有销孔(17)，所述内套筒(13)的侧壁上对应所述销孔(17)的位置设有通孔，所述销孔(17)通过对应的通孔连通所述内套筒(13)的内部。
10.如权利要求9所述的原位拉曼拉伸测试装置，其特征在于：所述调节座(16)上靠近所述蜗轮的一端设有顶丝孔，所述顶丝孔的轴线垂直于所述销孔(17)的轴线，所述顶丝孔中设有顶丝。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201920626711.8U CN210005438U (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 原位拉曼拉伸测试装置 |
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| CN201920626711.8U CN210005438U (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 原位拉曼拉伸测试装置 |
Publications (1)
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| CN210005438U true CN210005438U (zh) | 2020-01-31 |
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| CN201920626711.8U Active CN210005438U (zh) | 2019-05-05 | 2019-05-05 | 原位拉曼拉伸测试装置 |
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| CN (1) | CN210005438U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111781187A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-10-16 | 哈尔滨工业大学 | 一种纤维状样品双向拉应力显微拉曼样品台 |
| CN112113844A (zh) * | 2020-09-25 | 2020-12-22 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种原位机械性能测试装置及测试方法 |
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2019
- 2019-05-05 CN CN201920626711.8U patent/CN210005438U/zh active Active
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