產品名稱 : µTS微觀尺度試驗與量測系統
產品介紹
μTS微觀尺度試驗與量測系統——光學顯微鏡和DIC數位圖像相關技術的結合,可以滿足納米級精度測量需求。光學顯微鏡受可見光波長限制解析度只能達到250nm,由於DIC技術具有強大影像處理能力可以準確實現0.1圖元位移測量,因此μTS顯微測試系統的解析度可達到25nm。

在光學顯微鏡下材料的原位載入實驗中,最大挑戰在於載入過程產生的離面位移,高解析度位移場需要高放大倍數顯微鏡,意味著景深很小,幾微米的離面位移就會造成顯微鏡失焦。μTS微觀尺度試驗與量測系統針對離面位移有特殊設計,有效地控制了離面位移對實驗結果影響。

應用與特性:

  • 連續介質模型驗證——為各向異性材料有限元分析提供多尺度測試
  • 微尺度試樣測試——降低材料開發成本
  • 多功能模組設計——滿足不同試驗及環境需求
μTS
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連續介質模型驗證

在有限元分析(FEA)中,假定材料的力學性能是均勻一致的,以此來設定網格單元的尺寸,並且得到合理的計算次數。Psylotech公司的μTS系統是一個驗證連續介質模型的工具,擁有超過6個量級的長度尺度。通過數位圖像相關(DIC)技術和優化後的光學顯微鏡,在力學試驗中得到的位移場可以控制到0.1個圖元的解析度,位移場最多可以達到25nm的解析度,應變場解析度可達到0.01%。

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微尺度試樣測試

對於新型材料的研究和發展,因為奈米顆粒增強複合材料的成本太高,不會大批量生產全部尺度的ASTM標準樣件。如果採用傳統狗骨形試件進行試樣測試,試驗成本會非常高。當試樣數量有限時,μTS結合DIC應變測量技術可以進行微尺度試樣測量並得到高品質的資料。

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多功能模組設計

Psylotech公司的μTS系統以其廣泛的功能性在當今顯微系統市場脫穎而出。這些功能為材料試驗應用以及新興試驗技術提供了新的可能性。其功能主要包括:

1.滿足不同測量需求的夾具:
μTS是一個多方面通用的試驗系統,適用於諸多力學試驗。試驗夾具可實現:剪切、拉伸、薄膜拉伸、壓縮、梁的彎曲。這些夾具也適用於斷裂力學試驗。

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2.滾珠螺桿伺服驅動器:
與螺桿傳動裝置相比,μTS採用的滾珠螺桿傳動具有摩擦小且直接驅動的特點,更容易控制精密運動,並且包含8個速度等級。滾珠螺桿伺服驅動器在峰值速度下的表現近似於伺服液壓控制實驗效果,μTS對於階梯荷載以及載荷控制試驗都能實現有效控制。本系統同樣適用於十字頭位移控制或者電機驅動軸位置控制。

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3.高解析度載荷感測器:
Psylotech公司使用的電容載荷感測器靈敏度是應變計感測器的200倍。此載荷傳感器具有超高的靈敏度和相似的信號雜訊比,解析度是應變計感測器的100倍,即量程為1600N的載荷的解析度能達到mN級。高解析度的感測器解決了低載荷試驗要額外配置小量程載荷感測器的困擾,節省了載荷安裝和調整的時間,大大提升實驗效率。

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4.高解析度十字頭位移感測器:
Psylotech公司在十字頭夾具上裝配電感式位移感測器來直接測量局部應變。測量範圍25mm,測量解析度25nm,可以近距離的測量很小的位移。系統兩端的支柱均可根據試件上的標距做調整,支柱長度可根據需要訂做。

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5.可調工作臺:
可調整的工作臺能夠保證在試驗過程中,分析區域一直處於顯微鏡物鏡視野範圍中心。使用者設置一個可調整的比例,軟體可以據此控制十字架頭,從而實現該功能。μTS試驗機包括所有固定裝置都可直接在工作臺的頂部裝配。該工作臺能夠實現完整的初階運動。

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6.LabVIEW控制軟體:
秉持著“給用戶一個開發工具”的原則,Psylotech公司給使用者提供LabVIEW介面以及原始程式碼,包括閉環控制。高級用戶還可以針對自身的特殊需求和個人愛好做調整。

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7.溫度箱:
使用光學顯微鏡並配套溫度控制模組可以加快熱力學模型的驗證。溫度箱可以提供-100℃至200℃的試驗環境並進行精確的DIC分析、載荷以及十字頭位移測量。溫度精度與穩定性小於0.5℃,並且在幾分鐘內就可以達到全部範圍的設定溫度。液氮系統集成了一個高流量鼓風機,可以確保試件表面各個位置均勻受熱。

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說明1.6kN Micro Frame4.5kN Vacuum10kN Mini Frame
載荷能力(N) 1600 4500 10000
加載分辨率(mN) 0.5 140 3
沖程( mm) 40* 28 100*
位移分辨率(nm) 25 5 125
最小速率(nm/s) 25 5 125
最大速率(nm/s) 200 35 140
峰值加速度(m/s2) 10 0.6 7
模擬傳感器輸出 BNC
長x寬x高(mm) 300x100x54 180x100x71 650x200x123
重量(kg) 2.5 1.5 23
控制迴路(Hz) 500
電源要求 120/240V@60/50Hz
  • 專有型號支持:掃描電鏡原位載入
  • 可配置高品質顯微鏡、相機以及DIC軟體:VIC-2D
  • 另有聚合物模擬軟體:Visca™ – Polymer Simulation Solution

介面力學性能測試系統
MMF(複合斷裂裝置)內聚力模型可以很好地類比粘接結構的介面力學性能。對於VISCA_bond,Psylotech的微型通用載入框架的特殊雙致動器可以將任何模式的混合應用于雙懸臂梁試樣。 基於從光束端延伸出來的散斑圖案“標誌”,通過數位圖像相關來測量撓度和旋轉。 測試裝置和資料分析軟體都包含在膠粘劑粘接模擬解決方案中。

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應用

  • 複合材料:從微尺度構建宏觀材料性能,研究不同纖維和載入方向屬性變化。
  • 金屬微觀:研究金屬晶粒間相互作用,獲得表面應變的影響。
  • 焊接:測試微小焊接截面,獲得厚向異性材料性能。
  • 陶瓷:研究材料增韌機理,測量裂紋尖端局部應變變化。
  • 材料基因:提供材料多尺度測量,為不同尺度對材料性能影響因素提供依據。
  • 生命科學:研究細胞、組織結構局部性能,並提供溫度場和流場環境支援。
  • 汽車:測試焊接、鑄造熱加工厚度性能變化,及複材顆粒基體的相互作用。
  • 造紙:測量互鎖纖維應變場,瞭解加強材料機理,節約成本。
  • 核工業:減少有限材料使用,降低輻射。
  • 軍事:微觀尺度模擬廣泛應用於軍事,如纖維基質相互作用,軟組織和骨骼等損傷研究。
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