CN210293907U

CN210293907U - 一种实验加载装置

Info

Publication number: CN210293907U
Application number: CN201921311681.8U
Authority: CN
Inventors: 姜洪源; 于赛
Original assignee: University of Science and Technology of China USTC
Current assignee: University of Science and Technology of China USTC
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2020-04-10
Anticipated expiration: 2029-08-13

Abstract

本实用新型公开了一种实验加载装置，包括固定框架、线性滑台、驱动件、压头夹持组件和样品承载台；线性滑台安装在固定框架上，且线性滑台的滑台上固定有悬臂梁式传感器；驱动件用于驱动滑台沿竖直方向移动；压头夹持组件固定在悬臂梁式传感器的自由端；样品承载台与显微镜载物台面相连，且样品承载台的上方和/或下方设有显微镜物镜。应用上述实验加载装置时，利用驱动件驱动线性滑台上下移动，即可使压头夹持组件所持的压头下压或上提，其中，悬臂梁式传感器能获得压头与样品接触过程中接触力的变化，显微镜物镜能获得接触面图像，方便用户观测记录接触面的演化情况。

Description

一种实验加载装置

技术领域

本实用新型涉及力学试验装置技术领域，更具体地说，涉及一种实验加载装置。

背景技术

软材料(包括很多高分子材料、生物软组织)的应用越来越广泛，它们的力学性能的获取也显得越来越重要。

对于软材料样品，压头接触样品的过程可能会引起材料表面的破坏，而且，很多软材料表面常常表现出一定的粘性，接触区域脱粘的形态也会影响力学性质，因此对接触区域进行全程的显微观测具有很大的意义。

但是，现有技术中并没有既测量压头与软材料的接触力，又对接触面形态观测记录的设备。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种实验加载装置，其具有悬臂梁式传感器和显微镜物镜，既能获得压头与软材料样品接触过程中接触力的变化，又能通过显微镜物镜观测记录接触面的演化情况。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种实验加载装置，包括：

固定框架；

安装在所述固定框架上的线性滑台，所述线性滑台的滑台上固定有悬臂梁式传感器；

驱动件，所述驱动件用于驱动所述线性滑台的滑台沿竖直方向移动；

压头夹持组件，所述压头夹持组件固定在所述悬臂梁式传感器的自由端；

样品承载台，所述样品承载台与显微镜载物台面相连，且样品承载台的上方和/或下方设有显微镜物镜。

优选的，上述试验加载装置中，还包括：

反射件，所述反射件固定在所述压头夹持组件上；

激光位移传感器，所述激光位移传感器位于所述反射件上方，用于检测其与所述反射件之间的距离。

优选的，上述试验加载装置中，所述反射件为平面镜。

优选的，上述试验加载装置中，所述压头夹持组件包括两个侧板和连接两个所述侧板的螺丝钉，其中，第一侧板与所述悬臂梁式传感器固定连接，且所述第一侧板与第二侧板之间夹有压头。

优选的，上述试验加载装置中，所述压头为透明压头。

优选的，上述试验加载装置中，所述样品承载台包括层叠设置的透明玻璃板和环形台面，所述透明玻璃板位于上方，所述环形台面与所述显微镜载物台面相连。

优选的，上述试验加载装置中，所述显微镜物镜，与所述环形台面的透孔上下对应。

本实用新型提供一种实验加载装置，包括固定框架、线性滑台、驱动件、压头夹持组件和样品承载台；线性滑台安装在固定框架上，且线性滑台的滑台上固定有悬臂梁式传感器；驱动件用于驱动滑台沿竖直方向移动；压头夹持组件固定在悬臂梁式传感器的自由端；样品承载台与显微镜载物台面相连，且样品承载台的上方和/或下方设有显微镜物镜。

应用上述实验加载装置时，利用驱动件驱动线性滑台上下移动，即可使压头夹持组件所持的压头下压或上提，其中，悬臂梁式传感器能获得压头与样品接触过程中接触力的变化，显微镜物镜能获得接触面图像，方便用户观测记录接触面的演化情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的实验加载装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的试验加载装置进行一次加载中测得的力与时间关系曲线；

图3为本实用新型实施例提供的试验加载装置进行一次加载中测得的加载深度与时间关系曲线；

其中，图1中：

固定框架1；线性滑台2；驱动件3；悬臂梁式传感器4；压头5；压头夹持组件6；反射件7；激光位移传感器8；样品9；透明玻璃板10；环形台面11；显微镜物镜12、13。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种实验加载装置，其具有悬臂梁式传感器和显微镜物镜，既能获得压头与软材料样品接触过程中接触力的变化，又能通过显微镜物镜观测记录接触面的演化情况。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图3，本实用新型实施例提供一种实验加载装置，其包括固定框架1、线性滑台2、驱动件3、压头夹持组件6和样品承载台；线性滑台2安装在固定框架1上，且线性滑台2的滑台上固定有悬臂梁式传感器4；驱动件3用于驱动线性滑台2的滑台沿竖直方向移动；压头夹持组件6固定在悬臂梁式传感器4的自由端；样品承载台与显微镜载物台面相连，且样品承载台的上方和/或下方设有显微镜物镜。

应用上述实验加载装置时，利用驱动件3驱动线性滑台2上下移动，即可使压头夹持组件6所持压头5下压或上提，其中，悬臂梁式传感器4能获得压头5与样品9接触过程中接触力的变化，显微镜物镜能获得接触面图像，方便用户观测记录接触面的演化情况。

具体的，上述试验加载装置中，固定框架1是用于将线性滑台2固定在桌面或显微镜的扩展台上的转接装置。线性滑台2可以提供单轴加载，并且滑台上提供孔位用以固定悬臂梁式传感器4。驱动件3为步进电机或其他类型的电机。线性滑台2与驱动件3组成的整体也可以替换成其他能电控加载的装置，仅需确保能够驱动悬臂梁式传感器4上下移动即可。在本实施例中，悬臂梁式力传感器4的根部固定在线性滑台2上，因而可以整体进行受控的位移。

进一步的，上述实施例提供的试验加载装置中，还包括反射件7和激光位移传感器8；反射件7固定在压头夹持组件6上；激光位移传感器8位于反射件7上方，用于检测其与反射件7之间的距离。

激光位移传感器8可通过光学杆架或其他简便的装置固定，使得激光出口在反射件7的正上方，反射件7与激光位移传感器8之间的距离发生变化时，激光位移传感器8测量值就会发生变化。反射件7固定在夹持组件6的上侧，避免了悬臂梁式传感器4测力时的变形带来的位置测量误差，因而反射件7的位置变化对应了压头夹持组件6中压头5的位置变化。经过标定，记录激光位移传感器8的输出信息就可以得到压头5的实际压入深度。可以看出，本实施例中，接触力与加载深度的测量是解耦的，可以分别标定测力部分和测加载深度部分，结构简单，便于实验操作。

优选的，反射件7可设置为粘接到夹持组件的上侧，粘接位置需要保证不会对物镜成像造成干扰。反射件7设置为平面镜或其他反射激光良好的表面。

夹持组件6需确保不会对显微镜物镜的观察区域造成遮挡。夹持组件6设置为由两个侧板和两个螺丝钉组成；螺钉连接两个侧板；第一侧板固定在悬臂梁式传感器4的自由端，且第一侧板和第二侧板之间夹有压头5，通过螺丝钉夹紧。可以看出，固定框架1、线性滑台2、驱动件3、悬臂梁式力传感器4、压头夹持组件6构成了试验中加载力和测力部分。应用时，通过上位机控制驱动件3的运动，从而使压头5下压或上提，压头5与样品9接触过程中力的变化通过连接在夹持组件6上的悬臂梁式传感器4获得，这一过程使得加载和测力得以实现。

样品承载台用于承载待测样品9，其可设置为包括层叠设置的透明玻璃板10和环形台面11，透明玻璃板10位于上方，环形台面11与显微镜载物台面相连。待测样品9置于透明玻璃板10之上。透明玻璃板10既提供支撑，又不影响光学成像，可替换成其他有较大刚度的透明板。环形台面11用来连接透明玻璃板10和显微镜载物台面，因而可替换成其他辅助固定又不至影响成像的构件。样品承载台上方和/或下方的显微镜物镜，与环形台面11的透孔上下对应。

如上实施例中，压头5上方和透明玻璃板10下方分别有物镜12和13，方便用户由上方或者下方进行观测，以记录接触面的演化情况。

当待测样品9不透明或只需要一侧显微镜视野时，可以取消物镜13，仅保留物镜12；同时，透明玻璃板10和环形台面11可以一并替换成大刚度的支撑件，无需考虑下侧成像问题。在此实施例中，压头5应选用透明压头，以使上侧的显微镜物镜成像正常，从而记录到接触面的成像。

当待测样品9透明时，也可取消物镜12的部分，仅使用下方观测。在此实施例中，无需考虑压头5的透明与否。此时，物镜13从下方观测，记录到接触区域的形貌变化。

可以看出，在本实用新型实施例提供的试验加载装置中，加载与测力部分、加载深度测量部分、接触面形貌成像部分相互独立，实现了同时进行加载、测力、测实际加载深度和接触面形貌成像的功能。结合上位机的控制，还可以提供多种加载方式控制方法，包括控制线性滑台2的多种运动，通过力反馈控制接触力的变化控制加载，以及通过加载深度反馈控制加载过程。

本实用新型实施例提供的试验加载装置结构简单，便于生产制造，且生产成本低。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种实验加载装置，其特征在于，包括：

固定框架；

2.根据权利要求1所述的实验加载装置，其特征在于，还包括：

反射件，所述反射件固定在所述压头夹持组件上；

3.根据权利要求2所述的实验加载装置，其特征在于，所述反射件为平面镜。

4.根据权利要求1所述的实验加载装置，其特征在于，所述压头夹持组件包括两个侧板和连接两个所述侧板的螺丝钉，其中，第一侧板与所述悬臂梁式传感器固定连接，且所述第一侧板与第二侧板之间夹有压头。

5.根据权利要求4所述的实验加载装置，其特征在于，所述压头为透明压头。

6.根据权利要求1所述的实验加载装置，其特征在于，所述样品承载台包括层叠设置的透明玻璃板和环形台面，所述透明玻璃板位于上方，所述环形台面与所述显微镜载物台面相连。

7.根据权利要求6所述的实验加载装置，其特征在于，所述显微镜物镜，与所述环形台面的透孔上下对应。