CN211061330U - 一种微颗粒强度测量仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微颗粒强度测量仪，涉及显微测量领域，包括显微装置、移动载台、移动支架、微力传感器和信息处理装置，所述移动载台上放置有样品或样品载片，所述移动支架上固定有微力传感器，所述微力传感器上安装有施力装置，所述施力装置用于对样品施加作用力，所述微力传感器和显微装置均与信息处理装置通过电性连接。本实用新型设计的微颗粒强度测量仪可以测量包括所有尺度在1微米至1毫米范围内的微颗粒，从而获得微米尺度样品的各类材料性能参数，有效的提升微尺度材料的研发效率，大大的缩短了工业产品的开发过程。

Description

一种微颗粒强度测量仪

技术领域

本实用新型涉及显微测量领域，具体而言，涉及一种微颗粒强度测量仪。

背景技术

材料及产品的机械性能测量是现代化工业产品开发及生产过程中不可缺少的步骤。近三十年来随着生物技术及纳米材料科学的发展，以微颗粒及超细纤维形态出现的各类微尺度材料及产品不断涌现，如缓释药物、淀粉、洗衣粉、缓释香水等等许多产品，它们通过生产工艺及配方使得产品颗粒的尺寸分布处于要求的范围及合适的分布比例。在微米尺度的尺寸范围内，粉状材料的颗粒与颗粒之间及颗粒与其他界面(如传输管道管壁)的相互作用会对其生产及使用过程产生影响。

而微颗粒的机械性能是决定何种颗粒成份、结构及尺寸能获得所需要的最终产品的关键因素。与之相对应的微尺度产品机械性能测量技术及仪器也随之成为微尺寸产品和生产工艺开发及优化的首要目标。但目前市面上缺少对这些微颗粒的机械性能进行准确测量的仪器，导致工业产品的开发和生产过程中具有较大的阻力。

实用新型内容

本实用新型解决的问题是目前缺少对微颗粒的机械性能进行准确测量的仪器，导致工业产品的开发缓慢。

为解决上述问题，本实用新型提供一种微颗粒强度测量仪，包括显微装置、移动载台、移动支架、微力传感器和信息处理装置，所述移动载台上用于放置样品或样品载片，所述移动支架上固定有微力传感器，所述微力传感器上安装有施力装置，所述施力装置用于直接对所述样品或对所述样品载片上的所述样品施加作用力，所述微力传感器和显微装置均与信息处理装置通过电性连接。

优选地，所述显微装置包括至少一个显微镜和至少一个镜头支架，所述显微镜固定在所述镜头支架上。

优选地，所述镜头支架为多轴调节支架，所述镜头支架支撑显微镜在水平方向和竖直方向上的移动。

优选地，所述移动载台包括夹持平台和第一移动平台，所述夹持平台上设置有夹片，所述夹片用于固定所述样品或所述样品载片，所述夹持平台安装在所述第一移动平台上，所述第一移动平台支撑所述夹持平台在水平方向和竖直方向上的移动。

优选地，所述移动支架包括第二移动平台和安装架，所述微力传感器安装在所述安装架上，所述安装架安装在所述第二移动平台上，所述第二移动平台支撑所述安装架在水平方向上的移动。

优选地，所述安装架上设置有驱动电机，所述驱动电机用于调节所述安装架在竖直方向上的升降。

优选地，所述显微装置、所述移动载台、所述移动支架、所述微力传感器和所述信息处理装置均安装在底盘上，所述底盘为平面底板。

优选地，所述施力装置为第一探针，所述第一探针安装在所述微力传感器上。

优选地，所述施力装置为夹持器，所述夹持器设有两个，分别设置在微力传感器和移动载台上，所述样品被两个所述夹持器夹持。

优选地，所述施力装置为第二探针，所述第二探针安装在所述微力传感器上，所述移动载台上固定有所述样品载片，在第二探针远离所述微力传感器的一端设置有剪切片，所述剪切片用于沿水平方向剪切所述样品。

本实用新型设计的微颗粒强度测量仪可以测量包括所有尺度在1微米至1毫米范围内的弹性、粘弹性、塑性的颗粒和团簇，包括各类微生物细胞、微生物细胞碎片、动植物细胞、动植物细胞碎片等，以及经过各类微包装的流体、固体乃至气泡等颗粒状样品，从而获得微米尺度样品的总体机械强度、受外力情况下的形变、恢复、疲劳和破损等过程的数据、影像以及结合各类理论模型通过数据分析得到的如强度、弹性、粘弹性、塑性等等各类材料性能参数，通过显微装置对微颗粒进行观察，再通过移动支架和移动载台的配合对微颗粒的位置进行调节，从而使微力传感器上的施力装置对样品进行压缩或拉伸或剪切等操作，从而有效的发现微颗粒的各类材料性能参数，并将材料有针对性的投入到不同产品的研发当中，有效的提升微尺度材料的研发效率，大大的缩短了工业产品的开发过程。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的微颗粒强度测量仪第一使用状态的结构图；

图2为图1中I部区域的放大图；

图3为本实用新型实施例提供的微颗粒强度测量仪第二使用状态的结构图；

图4为图3中II部区域的放大图；

图5为本实用新型实施例提供的微颗粒强度测量仪第三使用状态的结构图；

图6为图5中III部区域的放大图。

附图标记说明：

1-显微装置，2-移动载台，3-移动支架，4-微力传感器，5-信息处理装置，6-底盘，7-显微镜，8-镜头支架，9-视屏监视器，10-夹持平台，11-第一移动平台，12-第二移动平台，13-安装架，14-驱动电机，15-第一探针，16-夹持器，17-第二探针，18-剪切片。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，各实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。本文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。对于实施例公开的结构、产品等而言，由于其与实施例公开的部分相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

本实用新型实施例提供一种微颗粒强度测量仪，在本实施例中，结合图1所示，包括显微装置1、移动载台2、移动支架3、微力传感器4和信息处理装置5，移动载台2上用于放置样品或样品载片，移动支架3上固定有微力传感器4，微力传感器4上安装有施力装置，施力装置用于直接对样品或对样品载片上的样品施加作用力，微力传感器4和显微装置1均与信息处理装置5通过电性连接。

本实施例中微颗粒强度测量仪可以测量包括所有尺度在1微米至1毫米范围内的弹性、粘弹性、塑性的颗粒和团簇，包括各类微生物细胞、微生物细胞碎片、动植物细胞、动植物细胞碎片等，以及经过各类微包装的流体、固体乃至气泡等颗粒状样品，从而获得微米尺度样品的总体机械强度、受外力情况下的形变、恢复、疲劳和破损等过程的数据、影像以及结合各类理论模型通过数据分析得到的如强度、弹性、粘弹性、塑性等等各类材料性能参数，通过显微装置1对微颗粒进行观察，再通过移动支架3和移动载台2的配合对微颗粒的位置进行调节，从而使微力传感器4上的施力装置对样品进行压缩或拉伸或剪切等操作，从而有效的发现微颗粒的各类材料性能参数，并将材料有针对性的投入到不同产品的研发当中，有效的提升微尺度材料的研发效率，大大的缩短了工业产品的开发过程。

其中，显微装置1、移动载台2、移动支架3、微力传感器4和信息处理装置5均安装在底盘6上，底盘6为高精度平面底板，保证各个机械部件及装置的安装精度和使用精度，其中底盘6的上表面与水平面平行，底盘6的上表面与竖直面垂直。

显微装置1包括至少一个显微镜7和至少一个镜头支架8，其中，显微镜固定在镜头支架上，在本实施例中，显微镜7和镜头支架8均设置为两个，用于多角度的观察样品状态，视频显微镜由视频相机及显微光学镜头组成用来观察及监测施力装置、样品等的调整、校验及测量过程，镜头支架8为多轴调节支架，其中多轴调节指的是物体至少在XY或XZ等两个轴向上进行来回的运动，在本实施例中，多轴调节支架为至少可以在两个轴向上进行来回运动的支架结构，其根据操作需要多轴调节支架可以选择三轴平移、单轴转动及两轴俯仰等多种自由度的组合，在本实施例中，镜头支架8采用三轴平移的结构，镜头支架8支撑显微镜7在水平方向和竖直方向上的移动。

显微装置1还包括一个视屏监视器9，视屏监视器9与显微镜7电性连接，显微镜7将拍摄到的画面通过信号线传输到视屏监视器7上，并由视屏监视器7进行显示，从而可以实时监控仪器调整及测量过程。

移动载台2包括夹持平台10和第一移动平台11，夹持平台10为一水平延伸出的平台，夹持平台10上用于放置样品或样品载片，进一步地，夹持平台10上设置有夹片，夹片可以为弹性金属片，也可以为旋紧式的夹子，用于将样品或样品载片进行夹紧，固定样品或样品载片的位置，夹持平台10安装在第一移动平台11上，第一移动平台11为三轴平移载台，即支持第一移动平台11在上下前后左右六个方向移动，从而使得第一移动平台11支撑夹持平台10在水平方向和竖直方向上的移动，较佳地，在第一移动平台11上设置有手动控制位移的手柄、千分尺、电控促动器即其他位移驱动装置，可以使第一移动平台11既可以通过手动进行控制，也可以通过信息处理装置5进行控制。

移动支架3包括第二移动平台12和安装架13，微力传感器4安装在安装架13上，安装架13安装在第二移动平台12上，具体地，安装架13包括一竖直杆和一水平杆，安装架13的竖直杆的底部安装在第二移动平台12上，安装架13的水平杆的端部安装有微力传感器4，进一步地，在安装架13上设置有驱动电机14，驱动电机14用于调节安装架13在竖直方向上的升降，具体地，驱动电机14可以调节安装架13水平杆的升降，从而控制施力装置的位置，使施力装置对样品施力，从而对样品的各个参数进行测量。

第二移动平台12支撑安装架13在水平方向上的移动，第二移动平台12为二轴平移载台，即支持第二移动平台12在前后左右四个方向上的移动，从而调整施力装置和样品的位置，便于后续的测量，较佳地，在第二移动平台12上设置有手动控制位移的手柄、千分尺、电控促动器即其他位移驱动装置，可以使第二移动平台12既可以通过手动进行控制，也可以通过信息处理装置5进行控制。

信息处理装置5可以支持驱动外部连接的硬件设备，例如各类电控位移平台、电机控制器、信号处理及控制系统、数据采集系统、数字图像采集系统等，可以将仪器控制和操作逻辑与具体硬件设备驱动程序隔离，及提高各部件的替换性、兼容性及换代能力，也便于通过软件开发来扩展仪器功能，可以样品测量过程按要求分成具体的测量操作步骤，并将这些步骤依据与想要获得的样品数据相关的理论模型组合成各种测量模式，并使用内部功能应用程序模块来实现这些测量模式，可以管理仪器所使用的部件及外围设备情况以及各个测量模式所使用的操作参数集，可以向用户提供管理测量结果、测量过程图像、测量参数及仪器参数等数据及数据文件的管理功能，并在提供相应的基本数据分析功能的基础上提供各种机械性能参数分析功能，在本实施例中，信息处理装置5为计算机，现有的计算机软件可以支撑上述功能的实现，计算机与微力传感器4电性连接，接收微力传感器4采集到的力的信息。

在一些实施例中，微颗粒强度测量仪对样品进行挤压测量，如图1和图2所示，施力装置为第一探针15，第一探针15安装在微力传感器4下，在夹持平台10上固定样品载片，具体地，根据所测样品的材料类型选用合适材料及尺寸的第一探针15并将第一探针15安装到测量范围合适的微力传感器4上，第一探针15为针状。将所测样品分散在合适的样品载片上并将样品载片固定到夹持平台10的夹片上。显微装置1采用两个显微镜7和两个镜头支架8，两个显微镜7分别设置在样品载片的底部和侧部，通过底视的显微镜7的快速寻找可测样品颗粒并通过侧视的显微镜7调整仪器将样品与第一探针15对齐，再通过计算机来控制第一探针15或移动载台2的移动过程来挤压样品。挤压过程中施加作用力的方向与样品平台表面平移方向垂直。

在一些实施例中，微颗粒强度测量仪对样品进行拉伸测量，如图3和图4所示，施力装置为夹持器16，夹持器16设置有两个，分别设置在微力传感器4和移动载台2上，样品被两个夹持器16夹持，具体地，夹持器16可以为夹子结构，可以牢牢夹紧样品的两端，在本实施例中，夹持器16一个为夹子结构，一个为勾状，通过夹子结构的夹持器16夹紧样品的两端，使用勾状的夹持器16对样品的中部进行拉扯，能更准确的测量出样品的拉伸参数。显微装置1采用两个显微镜7和两个镜头支架8，两个显微镜7分别设置在样品载片的底部和侧部，通过底视的显微镜7的是两个夹持器16对准并通过侧视的显微镜7来监视样品安置在两个夹持器16上的过程，再通过计算机来控制两个夹持器16的移动过程来拉伸样品。拉伸过程中施加作用力的方向与样品平台表面平移方向垂直，且两个夹持器16运动方向互相远离。

在一些实施例中，微颗粒强度测量仪对样品进行剪切测量，如图5和图6所示，施力装置为第二探针17，第二探针17安装在微力传感器4上，移动载台2上固定与样品载片，第二探针17远离所述微力传感器4的一端的端部设置有剪切片18，剪切片18用于沿水平方向剪切样品，具体地，根据所测样品的材料类型选用合适材料及尺寸的第二探针17并将第二探针17安装到测量范围合适的微力传感器4上。将所测样品分散在合适的样品载片上并将样品载片固定到夹持平台10的夹片上。显微装置1采用两个显微镜7和两个镜头支架8，两个显微镜7分别设置在样品载片的顶部和侧部，通过顶视的显微镜7的快速寻找可测样品颗粒并通过侧视的显微镜7调整仪器将样品与第一探针15对齐，再通过计算机来控制第一探针15或移动载台2的移动过程来剪切样品。剪切过程中施加作用力的方向与样品平台表面平移方向平行。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种微颗粒强度测量仪，其特征在于，包括显微装置(1)、移动载台(2)、移动支架(3)、微力传感器(4)和信息处理装置(5)，所述移动载台(2)上用于放置样品或样品载片，所述移动支架(3)上固定有所述微力传感器(4)，所述微力传感器(4)上安装有施力装置，所述施力装置用于直接对所述样品或对所述样品载片上的所述样品施加作用力，所述微力传感器(4)和所述显微装置(1)均与所述信息处理装置(5)通过电性连接。

2.根据权利要求1所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述显微装置(1)包括至少一个显微镜(7)和至少一个镜头支架(8)，所述显微镜(7)固定在所述镜头支架(8)上。

3.根据权利要求2所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述镜头支架(8)为多轴调节支架，所述镜头支架(8)支撑所述显微镜(7)在水平方向和竖直方向上的移动。

4.根据权利要求1所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述移动载台(2)包括夹持平台(10)和第一移动平台(11)，所述夹持平台(10)上设置有夹片，所述夹片用于固定所述样品或所述样品载片，所述夹持平台(10)安装在所述第一移动平台(11)上，所述第一移动平台(11)支撑所述夹持平台(10)在水平方向和竖直方向上的移动。

5.根据权利要求1所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述移动支架(3)包括第二移动平台(12)和安装架(13)，所述微力传感器(4)安装在所述安装架(13)上，所述安装架(13)安装在所述第二移动平台(12)上，所述第二移动平台(12)支撑所述安装架(13)在水平方向上的移动。

6.根据权利要求5所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述安装架(13)上设置有驱动电机(14)，所述驱动电机(14)用于调节所述安装架(13)在竖直方向上的升降。

7.根据权利要求5所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述显微装置(1)、所述移动载台(2)、所述移动支架(3)、所述微力传感器(4)和所述信息处理装置(5)均安装在底盘(6)上，所述底盘(6)为平面底板。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述施力装置为第一探针(15)，所述第一探针(15)安装在所述微力传感器(4)上。

9.根据权利要求1-6中任意一项所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述施力装置为夹持器(16)，所述夹持器(16)设有两个，分别设置在所述微力传感器(4)和移动载台(2)上，所述样品被两个所述夹持器(16)夹持。

10.根据权利要求1-6中任意一项所述的微颗粒强度测量仪，其特征在于，所述施力装置为第二探针(17)，所述第二探针(17)安装在所述微力传感器(4)上，所述移动载台(2)上固定有所述样品载片，所述第二探针(17)远离所述微力传感器(4)的一端设置有剪切片(18)，所述剪切片(18)用于沿水平方向剪切所述样品。

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