工业上的应用和材料学的发展客观上要求对材料的力学性能测试进行实时动态观测。本研究部自主研发出了配合扫描电子显微镜的原位拉伸试验系统,成功地实现了对拉伸试验全过程的原位观测和微区分析,并初步具备了原位疲劳试验的功能。该系统使用直流伺服电机驱动机械部分对样品施加拉伸载荷,在基于PC104的嵌入式控制系统中,使用专用PID控制芯片实现电机的闭环控制,并在软件设计中对数据采集、原位保持等关键技术进行了算法优化,以实现较高的精度和稳定性。本文介绍了该系统的机械结构、软硬件组成,并展示了使用该系统对金属材料进行原位拉伸实验得到的数据和结果。该结果为材料的拉伸性能提供了很好的宏观和微观证据。

相比其他类型的惯性冲击电机而言,压电双晶片式惯性冲击电机在体积、驱动电压和成本上有许多优势。在分析了惯性冲击电机的工作原理基础上,采用等效电路和电路分析方法论证了在较高的驱动频率下方波驱动压电双晶片式惯性冲击电机的可行性,采用模块化思路设计了与之相对应的驱动电路,驱动电路工作电压低,容易实现,制作出一种压电双晶片式惯性冲击直线电机。实验结果验证了方波驱动电路的驱动效果,表明电机运行速度随驱动电压增大而增加,电机存在最优驱动频率和最佳占空比。

X射线显微分析技术利用X射线的穿透能力,结合精密定位和数据反演技术,可以在微米甚至亚微米尺度上展现被测样品的内部结构、密度和缺陷等特征信息。该技术已然成为一种重要的物理分析方式,且被广泛应用于生命科学、材料学和先进制造等领域。微焦点X射线源是X射线显微分析系统的核心部件之一,其性能直接影响着系统的测试分辨率和效率。针对微焦点X射线源使用中安全防护升级、工作效率提升、控制精度提高的需求,设计一套基于PLC的微焦点X射线源控制系统,并介绍该系统具体的实现过程。采用JIMA分辨测试卡进行分辨率成像实验,实现了3μm线对的分辨率,证实了该控制系统性能良好,能够满足使用需求。