專利名稱：磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及動態沖擊實驗力學領域，特別涉及一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝直。
背景技術：
隨著科學技術的不斷發展，單純的沖擊壓縮實驗已經不能真實地反映某些材料的力學物理性能。需要掌握材料在沖擊壓縮載荷下力學性能的同時也要了解其在沖擊拉伸載荷下的性能，比如一些軟材料、單晶材料等。材料在兩種相反的高應變率載荷作用下的力學性能對于材料的應用有著重要的意義，同時微型試件的動態性能測試也正成為新的需求。目前，對材料進行沖擊實驗的裝置主要還是停留在單純的霍普金森壓桿或拉桿上，而且子彈的加載方式主要是通過氣動加載的形式對子彈進行加載。 國防科學技術大學的陳榮(中國專利公開號CN101666724A)和湖南大學等均采用一種雙向發射氣體炮裝置實現拉伸與壓縮實驗的轉化。雙向發射氣體炮根據實驗的需要將子彈向左或向右加速。用作霍普金森壓桿時，發射裝置推動子彈直接撞擊壓縮入射桿；用作霍普金森拉桿時，發射裝置可推動套筒子彈反方向撞擊拉伸入射桿末端的法蘭。如此實現拉伸和壓縮的加載集成為一個實驗系統，克服了霍普金森壓桿和拉桿需要分別建立兩套獨立設備的困難，實現了對霍普金森拉桿和壓桿的集成，大幅降低了實驗裝置的成本。但其在由壓縮實驗轉化拉伸實驗時，需要重新安裝與對中輸入桿、輸出桿，子彈等，最終導致實驗效率不高。由于雙向發射氣體炮裝置的體積龐大，不利于某些特殊霍普金森桿裝置的小型化。而且雙向氣體炮裝置成本依然比較昂貴。C.M. A. Silva 等人(An innovative electromagnetic compressive splitHopkinson bar J，2009，5，281)將磁阻式線圈發射裝置應用到了直徑為25mm的霍普金森壓桿裝置中，并實現了對純鉛金屬的動態力學性能測試。郭偉國等人(ElectromagneticDriving Technique Applied to Split-Hopkinson Pressure Bar Device A,2010,26,682)也在國內開展了一些磁阻式線圈發射方式在霍普金森壓桿中的應用研究。磁阻式線圈發射裝置相對于氣體炮發射裝置具有結構簡單、成本低、裝置體積小、易于實現等優點，有利于霍普金森桿裝置的推廣與小型化。但是上述磁阻式線圈發射由于裝置自身的結構特點等，均未能達到氣動加載方式所能實現的應變率水平，且都未能在一個霍普金森桿裝置中實現拉伸和壓縮的功能。參考圖I及圖2，分別示出了現有拉壓通用霍普金森桿裝置用作壓桿和拉桿時的裝配示意圖。如圖I所示，裝置由雙向發射氣體炮和桿件系統兩個部分組成。用作霍普金森壓桿時，其中，雙向氣體發射炮包括高壓氣體罐I、進氣控制閥門203、第一出氣控制閥門201和第二出氣控制閥門202、第一連接管301、第二連接管302、第一氣體轉換接頭401、第二氣體轉換接頭402、炮管5、圓柱形頂塞6、頂針7、彈托9和圓柱形子彈10。其中，桿件系統包括壓縮入射桿11、壓縮透射桿13和應變片18。圓柱形頂塞6是外徑與炮管5內徑相同的圓柱，通過螺栓固定在炮管5右側頂端，用于封閉炮管5右端。在圓柱形頂塞6的插入炮管5內的底面的中心插有一根頂針7，頂針7朝向炮管5內側，起到限位作用，防止圓柱形子彈10將炮管5側壁的進氣口堵塞。第二出氣控制出氣閥門202控制高壓氣罐I中的高壓氣體經過第二連接管302及第二氣體轉換接頭402到達炮管5，將彈托9和圓柱形子彈10加速向左發射。圓柱形子彈10被加速后撞擊壓縮入射桿11在桿中形成壓縮波,壓縮波對壓縮試樣12進行壓縮加載。壓縮試樣12的應力 狀態由貼在壓縮入射桿11和壓縮透射桿13上的應變片18測量得到。如圖2所示，當用作霍普金森拉桿時，其中，雙向發射氣體炮包括高壓氣罐I、進氣控制閥門203、第一出氣控制閥門201、第二出氣控制閥門202、第一連接管301、第二連接管302、第一氣體轉換接頭401、第二氣體轉換接頭402、炮管5、圓筒形頂塞8、頂針7、圓筒形子彈14 ;其中，桿件系統包括拉伸入射桿15、拉伸透射桿17和應變片18。圓筒形頂塞8外徑與炮管5內徑氣密滑動配合，內徑與拉伸入射桿15的外徑滑動配合，通過螺栓固定在炮管5左側頂端，用于封閉炮管5左側。在圓筒形頂塞8的插入炮管5內的環狀底面均勻插入兩根頂針7，頂針7起到限位的作用，防止圓筒形子彈14將炮管5側壁的進氣口堵塞。拉伸入射桿15穿過圓筒形頂塞8，伸到炮管5內。第一出氣控制閥門201控制高壓氣罐I中的高壓氣體通過第一連接管301及第一氣體轉換接口 401進入炮管5，將圓筒形子彈14加速向右發射。圓筒形子彈14被加速后撞擊拉伸入射桿15頂端的法蘭(結構或機械零件上垂直于零件軸線突出的邊緣，與凸臺功能一樣，即子彈撞擊后可在拉伸入射桿中產生拉伸波)，在桿中形成拉伸波，拉伸波對拉伸試樣16進行拉伸加載。拉伸試樣16的應力狀態由貼在拉伸入射桿15和拉伸透射桿上的應變片18測量得到。

發明內容
本發明的目的是提供一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，以解決現在的裝置在小型化的同時，均未能達到氣動加載方式所能實現的應變率水平，且都未能在一套霍普金森拉桿裝置中實現拉伸和壓縮的功能。為解決上述技術問題，本發明提供了一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，由電磁控制發射系統和桿件系統組成，其特征在于，其中，所述電磁控制發射系統，進一步為多級電磁線圈發射系統；所述多級電磁線圈發射系統由拉壓共用的電能提供單元、壓縮磁阻式線圈多級發射單元、拉伸磁阻式線圈多級發射單元組成；其中，所述拉壓共用的電能提供單元，進一步為拉壓實驗共用的電能提供單元，包括電壓調節器、兩套整流二極管陳列裝置、第一級發射電容組、第二級加速電容組；所述壓縮磁阻式線圈多級發射單元與所述拉伸磁阻式線圈多級發射單元結構相同，均包括雙向保險開關、雙向觸發開關、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、第二級高壓金屬氧化物娃場效應晶體管、高強度玻璃管、第一級光電開關、第二級光電開關、第一級磁阻式線圈發射裝置、第二級磁阻式線圈加速裝置；其中，所述第一級磁阻式線圈發射裝置與第二級磁阻式線圈加速裝置安裝在同一高強度玻璃管上，所述高強度玻璃管通過滑塊與支座固定在光學導軌上；所述桿件系統，進一步為拉壓共用的微型三桿件系統；所述拉壓共用的微型三桿件系統，由圓柱形子彈、壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿、圓筒形子彈、凸臺、吸收裝置組成，其中，所述拉壓共用的微型三桿件系統安裝在光學導軌的同一水平高度上；所述壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿組成拉壓共用三桿件；其中，所述拉壓共用透射桿，當在壓縮實驗中為壓縮透射桿，當在拉伸實驗中為拉伸透射桿；所述壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿上分別粘貼有應變片；所述凸臺，安裝于所述拉伸入射桿的一端；所述電壓調節器、一套整流二極管陳列裝置與第一級發射電容組連接組成第一級充電回路，所述電壓調節器、另一套整流二極管陳列裝置與第二級加速電容組連接組成第二級充電回路，所述第一級充電回路和第二級充電回路采用并聯形式連接；所述第一級發射電容組、雙向觸發開關、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、·第一級磁阻式線圈發射裝置連接組成多級電磁線圈發射系統的第一級發射系統放電回路；所述第二級加速電容組、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、第二級磁阻式線圈加速裝置、雙向保險開關連接組成多級電磁線圈發射系統的第二級發射系統放電回路；所述第一級光電開關與第二級光電開關產生電壓信號以控制第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管和第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管導通與斷開；所述第一級光電開關安裝在所述第一級磁阻式線圈發射裝置的左端面入口處，控制所述第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開；所述第二級光電開關安裝在所述第二級磁阻式線圈發射裝置的左端面入口處，控制所述第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開。進一步，其中，所述拉壓共用透射桿位于壓縮入射桿與拉伸入射桿之間，共同安裝在所述光學導軌的同一軸線上，組成微型的三桿件系統，當進行壓縮實驗時，作為壓縮透射桿使用；當進行拉伸實驗時，作為拉伸透射桿使用。進一步，其中，通過所述第一級光電開關和第二級光電開關產生光電信號控制所述第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管和所述第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開。本發明所述磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，具有如下技術效果第一、磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置采用了磁阻式線圈多級發射裝置作為霍普金森桿系統的子彈驅動加載裝置，實現了由氣動驅動向電磁驅動的轉化，從而也實現了驅動裝置的小型化和結構的簡單化。第二、透射桿作為拉壓共用桿，在其左右兩端分別安裝壓縮入射桿和拉伸入射桿，組成了拉壓一體化的微型三桿件系統，避免了壓縮實驗轉為拉伸實驗時需要進行入射桿、透射桿、子彈等的重新安裝與對中，真正實現了霍普金森桿裝置的拉壓一體化。第三、沖擊壓縮實驗與沖擊拉伸實驗互不干擾。第四、多級發射形式可以有效提高子彈的撞擊速度，被測試件的加載應變率可達到IO4iT1以上，解決了現有電磁驅動與氣動加載方式所難于實現的應變率水平。第五、本發明所述電磁式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置具有小型化的特點，是針對微試件的沖擊加載實驗而設計的，可有效提高加載應變率，且結構簡單方便，成本低廉，容易實現。


圖I是現有技術中的通用霍普金森桿壓桿裝置示意圖。圖2是現有技術中的通用霍普金森桿拉桿裝置示意圖。圖3是本發明實施例所述的磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置示意圖。圖4是本發明實施例所述的磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置的多級電磁線圈發射系統中第一級發射的電路控制模塊圖。
具體實施例方式在說明書及權利要求當中使用了某些詞匯來指稱特定組件。本領域技術人員應可理解，硬件制造商可能會用不同名詞來稱呼同一個組件。本說明書及權利要求并不以名稱的差異來作為區分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及權利要求當中所提及的“包含”為一開放式用語，故應解釋成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的誤差范圍內，本領域技術人員能夠在一定誤差范圍內解決所述技術問題，基本達到所述技術效果。此外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電性連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接于一第二裝置，則代表所述第一裝置可直接電性連接于所述第二裝置，或通過其他裝置或連接手段間接地電性連接至所述第二裝置。說明書后續描述為實施本發明的較佳實施方式，然所述描述乃以說明本發明的一般原則為目的，并非用以限定本發明的范圍。本發明的保護范圍當視所附權利要求所界定者為準。如圖3所示，為本發明的一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，由多級電磁控制發射系統(101)和微型桿件系統(102)組成，多級電磁線圈發射系統由電能提供單元、壓縮磁阻式線圈多級發射單元、拉伸磁阻式線圈多級發射單元組成，其中電能提供單元是拉壓實驗共用的電能提供單元，包括電壓調節器(I)、兩套整流二極管裝置(2)、第一級發射電容組(3)、第二級加速電容組(4 );電壓調節器(I)、整流二極管裝置(2 )與第一級發射電容組(3 )依次連接組成第一級充電回路，為第一級磁阻式線圈發射裝置(12)存儲電能，電壓調節器(I)、整流二極管裝置(2)與第二級加速電容組(4)依次連接組成第二級充電回路，為第二級磁阻式線圈發射裝置(14)存儲電能，兩路充電回路采用并聯形式連接，電壓調節器(I)可同時調節兩路充電回路的電壓值，整流二極管裝置(2)將普通交流電轉換為電容組所需的直流電，同時防止電容組的直流電荷沿充電回路回流(通交流阻直流作用)，第一級發射電容組(3)、第二級加速電容組(4)用于存儲電能；所述的壓縮磁阻式線圈多級發射單元與拉伸磁阻式線圈多級發射單元結構相同，包括雙向保險開關(5)、雙向觸發開關(6)、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)、第一級光電開關(11)、第二級光電開關(13)、第一級磁阻式線圈發射裝置(12)、第二級磁阻式線圈加速裝置(14);第一級磁阻式線圈發射裝置(12)與第二級磁阻式線圈加速裝置(14)的長度相等，都安裝在高強度玻璃管(9)上，高強度玻璃管(9)固定在光學導軌(22)上；第一級發射電容組(2)、雙向觸發開關(6)、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)、第一級磁阻式線圈發射裝置(12)依次連接組成多級電磁線圈發射系統(101)的第一級發射系統放電回路，第二級加速電容組(4)、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)、第二級磁阻式線圈加速裝置(14)、雙向保險開關(5)依次連接組成多級電磁線圈發射系統(101)的第二級加速系統放電回路；雙向保險開關(5)用于保護第二級加速系統的放電電路；雙向觸發開關(6)具有手動觸發第一級發射系統放電回路的功能；第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)可瞬間導通或斷開放電回路(反應時間在納秒級以內)；第一級磁阻式線圈發射裝置(12)與第二級磁阻式線圈加速裝置(14)根據電磁感應定律將電能轉化為子彈發射所需的動能，第一級光電開關(11)與第二級光電開關(13)是可產生信號以控制第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)和第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)導通與斷開的裝置，第一級光電開關(10)安裝在第一級磁阻式線圈發射裝置(12)的左端面入口處，控制第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)的導通與斷開，第二級光電開關(13)安裝在第二級磁阻式線圈發射裝置(14)的左端面入口處，控制第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)的導通與斷開；
所述的拉壓共用三桿件系統由圓柱形子彈(10)、壓縮入射桿(15)、拉壓共用透射桿(17)、拉伸入射桿(18)、圓筒形子彈(19)、凸臺(20)、吸收裝置(21)組成，依次安裝在光學導軌(22)的同一水平高度上，其中壓縮入射桿(15)、拉壓共用透射桿(17)、拉伸入射桿
(18)為所述拉壓共用微型三桿件系統的三桿件，其直徑均為4mm，拉壓共用透射桿(17)在壓縮實驗中作為壓縮透射桿，拉伸實驗中作為拉伸透射桿，壓縮入射桿(15)、拉壓共用透射桿(17)、拉伸入射桿(18)上分別粘貼有應變片(16)，凸臺(20)安裝于拉伸入射桿的一端，圓柱形子彈(10)、圓筒形子彈(19)的長度與第一級磁阻式線圈發射裝置(12)的長度相等，兩種子彈均采用彈托的形式預置在高強度玻璃管(9)內；將本發明用于霍普金森壓桿實驗時，電磁發射系統(101)包括電能提供單元、壓縮磁阻式線圈多級發射單元。雙向保險開關(5)向左端電路閉合，雙向觸發開關(6)采用左端觸發，桿件系統(102)采用圓柱形子彈(10)、壓縮入射桿(15)、拉壓共用透射桿(17)和應變片(16)，其中此時的拉壓共用透射桿(17)作為壓縮透射桿使用。電磁發射系統的連接圖與桿件連接圖如圖3所示。霍普金森壓桿實驗的工作過程是圓柱形子彈(10)預置在第一級光電開關(11)處(如圖3所示)，第一級光電開關(11)由于被遮擋而產生電壓信號驅動第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)，使其處于導通狀態，啟動雙向觸發開關(6)的左端觸發功能，多級電磁線圈發射系統(101)的第一級發射系統放電回路導通，第一級磁阻式線圈發射裝置(11)把第一級發射電容組(3)存儲的電能轉化為動能，以洛倫磁力的形式將圓柱形子彈(10)向右加速發射出去，圓柱形子彈(10)在高強度玻璃管(9)內加速穿過第一級磁阻式線圈發射裝置(12)，直至圓柱形子彈(10)的末端經過第一級光電開關(11)后，光電信號消失，第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)迅速斷開第一級發射系統放電回路，多級發射的第一級加速完成；圓柱形子彈(10)在慣性作用下繼續向右運動，當圓柱形子彈(10)的前端運動至第二級光電開關(13)處，第二級光電開關(13)由于被遮擋而產生光電信號驅動第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)，使其處于導通狀態，多級電磁線圈發射系統(101)的第二級發射系統放電回路導通，圓柱形子彈(10)在第二級磁阻式線圈發射裝置(14)產生的洛倫磁力的作用下再一次加速向右運動，圓柱形子彈(10)在高強度玻璃管(9)內加速穿過第二級磁阻式線圈發射裝置(14)，直至圓柱形子彈(10)的末端經過第二級光電開關(13)后，光電信號消失，第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)迅速斷開第二級發射系統放電回路，多級發射的第二級加速完成；經過多級加速后的圓柱形子彈(10)撞擊壓縮入射桿(15)在桿中形成壓縮波，壓縮波對夾在壓縮入射桿(15)與拉壓共用透射桿(17)之間的試樣進行壓縮加載，試樣的應力狀態由貼在壓縮入射桿(15)和拉壓共用透射桿(17)上的應變片16測量得到。加載完成后的應力脈沖經過拉伸入射桿(18)傳入吸收裝置(21)而被吸收；將本發明用于霍普金 森拉桿實驗時，電磁發射系統(101)包括電能提供單元、拉伸磁阻式線圈多級發射單元。雙向保險開關(5)向右端電路閉合，雙向觸發開關(6)采用右端觸發，桿件系統采用圓筒形子彈(19)、拉伸入射桿(18)、拉壓共用透射桿(17)、應變片(16)和吸收裝置(21)，此時的拉壓共用透射桿(17)作為拉伸透射桿使用。電磁發射系統的連接圖與桿件連接圖如圖3所示。霍普金森拉桿實驗的工作過程是圓筒形子彈(19)預置在第一級光電開關(11)處(如圖3所示)，第一級光電開關(11)由于被遮擋而產生電壓信號驅動第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)，使其處于導通狀態，啟動雙向觸發開關(6)的右端觸發功能，多級電磁線圈發射系統(101)的第一級發射系統放電回路導通，第一級磁阻式線圈發射裝置(12)把第一級發射電容組(3)存儲的電能轉化為動能，以洛倫磁力的形式將圓筒形子彈(19)向右加速發射出去，圓筒形子彈(19)在高強度玻璃管(9)內加速穿過第一級磁阻式線圈發射裝置(12)，直至圓筒形子彈(19)的末端經過第一級光電開關(11)后，光電信號消失，第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)迅速斷開第一級發射系統放電回路，多級發射的第一級加速完成；圓筒形子彈(19)在慣性作用下繼續向右運動，當圓筒形子彈(19)的前端運動至第二級光電開關(13)的處，第二級光電開關(13)被遮擋而產生光電信號驅動第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)，使其處于導通狀態，多級電磁線圈發射系統(101)的第二級發射系統放電回路導通，圓筒形子彈(19)在第二級磁阻式線圈發射裝置(14)產生的洛倫磁力作用下再一次加速向右運動，圓筒形子彈(19)在高強度玻璃管(9)內加速穿過第二級磁阻式線圈發射裝置(14)，直至圓筒形子彈(19)的末端經過第二級光電開關(13)后，光電信號消失，第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(8)迅速斷開第二級發射系統放電回路，多級發射的第二級加速完成；經過多級加速后的圓筒形子彈
(19)撞擊拉伸入射桿(18)右端的凸臺(20)，在桿中形成拉伸波，拉伸波對裝卡在拉伸入射桿(18)與拉壓共用透射桿(17)之間的試樣進行拉伸加載，試樣的應力狀態由貼在拉伸入射桿(18)和拉壓共用透射桿(17)上的應變片(16)測量得到。在凸臺(20)上形成的壓縮波經過傳遞后被吸收裝置(21)吸收；圖4是多級電磁線圈發射系統(101)中第一級發射的電路控制模塊圖。第一級發射系統由第一級發射電容組(3)、雙向觸發開關(6)、第一級高壓金屬氧化物娃場效應晶體管(7)、第一級光電開關(11)、第一級磁阻式線圈發射裝置(12)組成。圓柱形子彈(10)或圓筒形子彈(19)前端的初始位置預置在第一級光電開關(11)的凹槽內(如圖3所示)，被遮擋的第一級光電開關(11)在藍極與紅極之間產生12V的電壓信號，并作用在第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)的S極(源極)與G極(柵極)間，第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管(7)在電壓信號的作用下迅速導通G極與D極(漏極)的電路，此時啟動雙向觸發開關(6)后第一級發射系統放電回路導通，基于電磁感應定律，子彈從初始位置運動至第一級磁阻式線圈發射裝置(12)長度的二分之一過程中，子彈始終受到正向的洛倫磁力作用，當子彈的運動距離超過第一級磁阻式線圈發射裝置(12)長度的二分之一時，超過部分的子彈長度將受到反向洛倫磁力的作用，剩余部分子彈長度依然受正向洛倫磁力的作用，由于剩余部分子彈長度大于超過部分的子彈長度，子彈整體依然受正向洛倫磁力的作用；直至子彈完全進入第一級磁阻式線圈發射裝置(12)內，子彈所受的正反向洛倫磁力大小相等，子彈整體不受力作用；此時圓柱形子彈(10)或圓筒形子彈(19)的末端恰好經過第一級光電開關(11)的凹槽，電壓信號消失，第一級高壓金屬氧化物娃場效應晶體管(7)斷開G極與D極的電路，第一級發射系統放電回路斷開，子彈受到的正反向洛倫磁力消失，避免了子彈由于繼續向前運動而出現反向洛倫磁力大于正向洛倫磁力導致的子彈減速現象，這樣子彈的第一級加速完成。在此由于第二級發射系統放電回路的導通或斷開原理與第一級發射系統放電回路相同，這里不在詳細贅述。本發明所述磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，具有如下技術效果第一、磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置采用了磁阻式線圈多級發射裝置作 為霍普金森桿系統的子彈驅動加載裝置，實現了由氣動驅動向電磁驅動的轉化，從而也實現了驅動裝置的小型化和結構的簡單化。第二、透射桿作為拉壓共用桿，在其左右兩端分別安裝壓縮入射桿和拉伸入射桿，組成了拉壓一體化的微型三桿件系統，避免了壓縮實驗轉為拉伸實驗時需要進行入射桿、透射桿、子彈等的重新安裝與對中，真正實現了霍普金森桿裝置的拉壓一體化。第三、沖擊壓縮實驗與沖擊拉伸實驗互不干擾。第四、多級發射形式可以有效提高子彈的撞擊速度，被測試件的加載應變率可達到IO4iT1以上，解決了現有電磁驅動與氣動加載方式所難于實現的應變率水平。第五、本發明所述電磁式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置具有小型化的特點，是針對微試件的沖擊加載實驗而設計的，可有效提高加載應變率，且結構簡單方便，成本低廉，容易實現。本領域內的技術人員應明白，本發明的實施例可提供為方法、系統、或計算機程序產品。因此，本發明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(包括但不限于磁盤存儲器、CD-ROM、光學存儲器等)上實施的計算機程序產品的形式。上述說明示出并描述了本發明的若干優選實施例，但如前所述，應當理解本發明并非局限于本文所披露的形式，不應看作是對其他實施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環境，并能夠在本文所述發明構想范圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和范圍，則都應在本發明所附權利要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，由電磁控制發射系統和桿件系統組成，其特征在于，其中， 所述電磁控制發射系統，進一步為多級電磁線圈發射系統；所述多級電磁線圈發射系統由拉壓共用的電能提供單元、壓縮磁阻式線圈多級發射單元、拉伸磁阻式線圈多級發射單元組成；其中， 所述拉壓共用的電能提供單元，進一步為拉壓實驗共用的電能提供單元，包括電壓調節器、兩套整流二極管陳列裝置、第一級發射電容組、第二級加速電容組； 所述壓縮磁阻式線圈多級發射單元與所述拉伸磁阻式線圈多級發射單元結構相同，均包括雙向保險開關、雙向觸發開關、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、高強度玻璃管、第一級光電開關、第二級光電開關、第一級磁阻式線圈發射裝置、第二級磁阻式線圈加速裝置；其中，所述第一級磁阻式線圈發射裝置與第二級磁阻式線圈加速裝置安裝在同一高強度玻璃管上，所述高強度玻璃管通過滑塊與支座固定在光學導軌上； 所述桿件系統，進一步為拉壓共用的微型三桿件系統；所述拉壓共用的微型三桿件系統，由圓柱形子彈、壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿、圓筒形子彈、凸臺、吸收裝置組成，其中， 所述拉壓共用的微型三桿件系統依次安裝在光學導軌的同一水平高度上； 所述壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿組成拉壓共用微型三桿件系統的三桿件；其中，所述拉壓共用透射桿，當在壓縮實驗中為壓縮透射桿，當在拉伸實驗中為拉伸透射桿；所述壓縮入射桿、拉壓共用透射桿、拉伸入射桿上分別粘貼有應變片； 所述凸臺，安裝于所述拉伸入射桿的右端； 所述電壓調節器、一套整流二極管陳列裝置與第一級發射電容組連接組成第一級充電回路，所述電壓調節器、另一套整流二極管陳列裝置與第二級加速電容組連接組成第二級充電回路，所述第一級充電回路和第二級充電回路采用并聯形式連接； 所述第一級發射電容組、雙向觸發開關、第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、第一級磁阻式線圈發射裝置連接組成多級電磁線圈發射系統的第一級發射系統放電回路； 所述第二級加速電容組、第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管、第二級磁阻式線圈加速裝置、雙向保險開關連接組成多級電磁線圈發射系統的第二級發射系統放電回路；所述第一級光電開關與第二級光電開關產生電壓信號以控制第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管和第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管導通與斷開； 所述第一級光電開關安裝在所述第一級磁阻式線圈發射裝置的左端面入口處，控制所述第一級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開； 所述第二級光電開關安裝在所述第二級磁阻式線圈發射裝置的左端面入口處，控制所述第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開。
2.如權利要求I所述的磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，其特征在于，所述拉壓共用透射桿位于壓縮入射桿與拉伸入射桿之間，共同安裝在所述光學導軌的同一軸線上，組成微型的三桿件系統，當進行壓縮實驗時，作為壓縮透射桿使用；當進行拉伸實驗時，作為拉伸透射桿使用。
3.如權利要求I所述的磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，其特征在于，通過所述第一級光電開關和第二級光電開關產生光電信號控制所述第一級高壓金屬氧化物硅場效應 晶體管和所述第二級高壓金屬氧化物硅場效應晶體管的導通與斷開。
全文摘要
本發明公開了一種磁阻式拉壓一體化微型霍普金森桿裝置，由電磁控制發射系統和微型三桿件系統組成，其中電磁控制發射系統包括拉壓共用的電能提供單元、壓縮磁阻式線圈多級發射單元、拉伸磁阻式線圈多級發射單元；微型三桿件系統主要包括雙入射桿和拉壓共用透射桿。本發明采用了簡便的磁阻式線圈多級發射裝置作為微型霍普金森桿系統的子彈驅動加載裝置，實現了由氣動驅動向電磁驅動的轉化，同時也實現了驅動裝置的小型化和整體結構的簡單化；將傳統的霍普金森壓桿和拉桿裝置通過微型三桿件系統的創新設計而有機地結合起來，真正實現了霍普金森桿裝置的拉壓一體化與微型化。
文檔編號G01N3/10GK102879261SQ201210367229
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月28日 優先權日2012年9月28日
發明者劉戰偉, 陳喜民, 呂新濤, 王一沛 申請人:北京理工大學