一種充氣預形變的電機械性能測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發明屬于功能材料測試領域，涉及一種充氣預形變的電機械性能測試裝置及其測試方法。現有技術存在測試裝置搭建成本昂貴，維護費用高，需要耗費大量時間與精力，無法實現數據記錄的自動化等問題。采用本發明的設計裝置，可以通過供氣系統與控制系統的配合對電致形變類材料進行可控預形變，施加電壓的同時采用非接觸式檢測系統對測試過程進行實時監測。這樣，可以實現遠程操控與自動化測試及數據記錄。
【專利說明】-種充氣預形變的電機械性能測試裝置及測試方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種測試裝置，尤其涉及一種充氣預形變的電機械性能測試裝置及測 試方法。
[000引【背景技術】 電活性材料是一種能夠在電場作用下改變形狀或體積的功能性材料。電活性材料中包 括在電場的作用下，材料中的分子或離子發生位置轉移和團聚分散而產生形變的離子型電 活性材料，如：離子凝膠，碳納米管，導電聚合物等。該種材料通常在較小的電壓下即可出現 伸縮或彎曲運動。但因為離子型電活性材料的工作環境較為苛刻，從而影響了其的應用范 圍。電活性材料中的另一類則是電場型電活性材料，如：聚合物駐極體，鐵電聚合物，電致伸 縮聚合物，W及介電彈性體材料。電活性聚合物被譽為"人造肌肉"。
[0003] 新材料與生物醫學技術結合是當今科學研究的主流，每年全球有近千萬人需要進 行各類器官移植手術。該就使得發現能夠滿足替代人體器官的新材料極為迫切。對于此類 新材料的要就，不僅應具有和原組織器官相似的力學性能，而且更重要的是能夠在外界的 刺激，特別是電刺激下實現該器官的功能。該就需要一類理想的柔性高、生物相容性好的電 致形變材料(其核也是具有電壓-形變敏感的新型功能材料，該種材料在電場下會改變體 積或形狀）來實現人造組織的正常運動。
[0004] 電致形變類材料可W利用電能驅動機械能的方式，應用于機械傳感部件，驅動器， 盲文識別系統W及其最終目標為將電致形變類材料與生物醫療學科相交叉，從而設計制備 具有相當功能性的人造肌肉，應用于器官移植，假肢替代等領域。
[0005] 常規對電致形變類材料的測試裝置或采用CCD電荷禪合元件的攝像機監測驅動 過程，或采用普通數碼攝像機拍攝驅動過程加上圖像處理軟件進行檢測驅動形變。實施的 預形變過程多為單軸拉伸或雙軸拉伸。CCD電荷禪合元件的攝像機價格昂貴，維護費用高， 增加了測試裝置搭建的成本。而采用普通數碼攝像機拍攝驅動過程加上圖像處理軟件進行 檢測驅動形變則需要耗費大量時間與精力，無法實現數據記錄的自動化。預形變過程無論 采用單軸拉伸還是雙軸拉伸模式均需要配套的精確拉伸設備，增加裝置成本。
【發明內容】
[0006] 為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種可遠程控制的自動化數據記錄的 充氣預形變的電機械性能測試裝置及測試方法。
[0007] 本發明的技術方案是；一種充氣預形變的電機械性能測試裝置，包括有單片機、無 線收發模塊，非接觸式檢測系統，驅動測試系統，高壓電源裝置，供氣系統及控制系統； 所述的非接觸式檢測系統包括為激光位移傳感器， 所述的驅動測試裝置包括導電底座和與所述導電底座配合使用的環形絕緣墊片，所述 底座為中空圓柱體，中空圓柱體的上端面的中也位置設有通氣孔，中空體圓柱下部的一側 的側壁上設有進氣口； 所述的高壓電源裝置包括高壓電源、示波器、控制開關、下電極、上電極及用于測量測 試樣品兩端實際電壓的高壓探頭， 所述的供氣系統包括鋼氣瓶， 所述的控制系統包括氣體流量控制器； 其中，所述鋼氣瓶通過所述氣體流量控制器與所述導電底座的進氣口聯通，所述環形 絕緣墊片將噴涂均勻上下電極的待測材料固定于所述導電底座的上端，所述高壓電源的一 端通過下電極與所述導電底座連接，另一端與所述上電極連接，所述控制開關與所述高壓 電源控制連接，所述示波器與所述高壓電源連接，所述激光位移傳感器位于所述導電底座 的垂直上方，所述示波器和激光位移傳感器通過所述無線收發模塊與所述單片機數據連 接。
[0008] 本發明的另一目的是提供上述裝置的測試方法，具體步驟如下： 首先，先將柔性測試樣品的上下面均勻涂上圓形柔性電極，將柔性測試樣品平放在導 電底座上使其電極區域覆蓋導電底座上的通氣孔，再將絕緣環形墊片固定在薄膜上，須保 證柔性測試樣品膜涂有電極的面積大于絕緣環形墊片的面積和氣孔的面積； 然后，從導電底座引出導線，從柔性測試樣品上表面引出導線，分別接在直流高壓電源 兩端，打開氣體流量控制器向導電底座中通入氣體，進行預形變，通過激光位移傳感器記錄 薄膜膨脹的記錄此時的預形變高度記為hi,;關閉氣體流量控制器，保持圓柱體腔內外壓強 恒定，打開控制開關，接通高壓電源，施加電壓，通過高壓探頭檢測薄膜兩端實際電壓，所述 示波器實時檢測并記錄實際電壓的，采用激光位移傳感器記錄施加加電壓后的薄膜膨脹的 高度值h,，所述示波器和激光位移傳感器將采集到的數據通過無線收發模塊發送給單片 機，單片機利用下面公式（1)計算驅動形變值A，即
【權利要求】
1. 一種充氣預形變的電機械性能測試裝置，其特征在于，該裝置包括有單片機、無線收 發模塊，非接觸式檢測系統，驅動測試系統，高壓電源裝置，供氣系統及控制系統； 所述的非接觸式檢測系統包括為激光位移傳感器， 所述的驅動測試裝置包括導電底座和與所述導電底座配合使用的環形絕緣墊片，所述 底座為中空圓柱體，中空圓柱體的上端面的中心位置設有通氣孔，中空體圓柱下部的一側 的側壁上設有進氣口； 所述的高壓電源裝置包括高壓電源、示波器、控制開關、下電極、上電極及用于測量測 試樣品兩端實際電壓的高壓探頭， 所述的供氣系統包括鋼氣瓶， 所述的控制系統包括氣體流量控制器； 其中，所述鋼氣瓶通過所述氣體流量控制器與所述導電底座的進氣口聯通，所述環形 絕緣墊片將噴涂均勻上下電極的待測材料固定于所述導電底座的上端，所述高壓電源的一 端通過下電極與所述導電底座連接，另一端與所述上電極連接，所述控制開關與所述高壓 電源控制連接，所述示波器與所述高壓電源連接，所述激光位移傳感器位于所述導電底座 的垂直上方，所述示波器和激光位移傳感器通過所述無線收發模塊與所述單片機數據連 接。
2. -種如權利要求1所述的裝置的測試方法，其特征在于，具體步驟如下： 首先，先將柔性測試樣品的上下面均勻涂上圓形柔性電極，將柔性測試樣品平放在導 電底座上使其電極區域覆蓋導電底座上的通氣孔，再將絕緣環形墊片固定在薄膜上，須保 證柔性測試樣品膜涂有電極的面積大于絕緣環形墊片的面積和氣孔的面積； 然后，從導電底座引出導線，從柔性測試樣品上表面引出導線，分別接在直流高壓電源 兩端，打開氣體流量控制器向導電底座中通入氣體，進行預形變，通過激光位移傳感器記錄 薄膜膨脹的記錄此時的預形變高度記為hu ;關閉氣體流量控制器，保持圓柱體腔內外壓強 恒定，打開控制開關，接通高壓電源，施加電壓，通過高壓探頭檢測薄膜兩端實際電壓，所述 示波器實時檢測并記錄實際電壓的，采用激光位移傳感器記錄施加加電壓后的薄膜膨脹的 高度值h2，所述示波器和激光位移傳感器將采集到的數據通過無線收發模塊發送給單片 機，單片機利用下面公式（1)計算驅動形變值AdP
式中：A為驅動形變值，R為絕緣環形墊片內環半徑，h2為施加電場時薄膜膨脹高度，Ill 為預形變膨脹高度。
【文檔編號】G08C17/02GK104237461SQ201410373009
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】黨智敏, 張玲, 王東瑞 申請人:北京科技大學