本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括標(biāo)定臺(tái)、激光位移傳感器、控制器和電腦；激光位移傳感器與控制器和電腦相連，所述標(biāo)定臺(tái)由基座、背板和支臂組成；基座和背板垂直連接，支臂和背板垂直連接，且支臂平行于基座，支臂可沿背板上下移動(dòng)調(diào)節(jié)高度；激光位移傳感器固定在支臂上。本發(fā)明專利技術(shù)采用非接觸方式，不影響超聲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的共振參數(shù)，不干擾試驗(yàn)結(jié)果，操作快捷簡(jiǎn)便。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)公開(kāi)了一種監(jiān)測(cè)裝置，具體涉及一種超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移測(cè)量與監(jiān)控裝 置，具體應(yīng)用于金屬材料超聲疲勞性能測(cè)試領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
超聲疲勞試驗(yàn)技術(shù)是一種加速共振式的疲勞試驗(yàn)方法，它的測(cè)試頻率（20kHz)遠(yuǎn) 遠(yuǎn)超過(guò)了常規(guī)疲勞測(cè)試頻率（一般小于200Hz)。超聲疲勞試驗(yàn)研究表明某些鋼種直到101° 次應(yīng)力循環(huán)后仍會(huì)發(fā)生疲勞斷裂，并不存在常規(guī)疲勞試驗(yàn)曲線所示的"疲勞極限"，因此用 1〇 7周次的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)并不安全。液壓伺服的常規(guī)疲勞試驗(yàn)機(jī)頻率 都低于200Hz，難以提供超過(guò)107以上的循環(huán)周次，而超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)的頻率范圍是15~ 30kHz，典型的頻率是20kHz，用這樣高的頻率不僅可以節(jié)省疲勞試驗(yàn)的時(shí)間，而且可以測(cè)得 常規(guī)疲勞試驗(yàn)幾乎不能得到的超過(guò)1〇 7周次的超高周疲勞性能。 超聲疲勞試驗(yàn)過(guò)程中，換能器、位移放大器和試樣組成一個(gè)力學(xué)振動(dòng)系統(tǒng)，試樣的 一端固定在放大器末端，另一端自由換能器將超聲發(fā)生器產(chǎn)生的高頻電信號(hào)轉(zhuǎn)化成機(jī)械振 動(dòng)，再由位移放大器進(jìn)行放大，使試樣獲得所需的振動(dòng)位移。 超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)通過(guò)控制試樣端部位移幅值，來(lái)實(shí)現(xiàn)控制試樣應(yīng)力幅值。而換能 器電壓與輸出端的振動(dòng)位移幅為線性關(guān)系，在給定試樣端部位移幅值后，超聲疲勞試驗(yàn)機(jī) 通過(guò)改變換能器的電壓來(lái)調(diào)整位移幅值。 因此，超聲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)位移的測(cè)量和標(biāo)定極為關(guān)鍵，位移的精度直接影響到試 驗(yàn)結(jié)果的可信度，另外，在進(jìn)行超聲疲勞試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)載荷水平較低時(shí)，試驗(yàn)系統(tǒng)可能不穩(wěn)定， 需要對(duì)試樣的振動(dòng)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。 由于超聲疲勞振動(dòng)頻率一般高達(dá)20kHz，一般采用電渦流傳感器來(lái)測(cè)量振動(dòng)位移。 采用電渦流傳感器實(shí)際測(cè)量超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移時(shí)發(fā)現(xiàn)，渦流傳感器容易受到其他電信 號(hào)的干擾，導(dǎo)致示波器的波形不穩(wěn)定，且噪點(diǎn)較多，導(dǎo)致最終測(cè)得的位移值不穩(wěn)定，可重復(fù) 性差。因此，采用電渦流傳感器測(cè)量位移時(shí)，需要多次測(cè)量取平均值。另外，電渦流傳感器 要求被測(cè)體不導(dǎo)磁，對(duì)于導(dǎo)磁性好的金屬，例如鎳基合金，無(wú)法測(cè)量其振動(dòng)位移。 綜合看來(lái)，采用電渦流傳感器實(shí)際測(cè)量超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移時(shí)發(fā)現(xiàn)，電渦流傳 感器容易受到其他電信號(hào)的干擾，導(dǎo)致示波器的波形不穩(wěn)定，且波形噪點(diǎn)較多，導(dǎo)致最終測(cè) 得的位移值不穩(wěn)定，可重復(fù)性差。另外，電渦流傳感器不適用于導(dǎo)磁性好的金屬，例如不適 用于鎳基合金超聲疲勞振動(dòng)位移測(cè)量。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于激光位移傳感器的非接觸式位移測(cè)量裝置，適用 于超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移測(cè)量與監(jiān)控。 實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下： 超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)裝置，包括標(biāo)定臺(tái)、激光位移傳感器6、控制器和電腦； 激光位移傳感器與控制器和電腦相連，所述標(biāo)定臺(tái)由基座1、背板2和支臂3組成。基座1 和背板2垂直連接，支臂3和背板2垂直連接，且支臂3平行于基座1，支臂3可沿背板2上 下移動(dòng)調(diào)節(jié)高度。激光位移傳感器6固定在支臂3上。 位移放大器位于支臂3上方，在位移放大器下端安裝有試樣5。激光位移傳感器位 于試樣5正下方。 控制器為激光位移傳感器6提供電源，激光位移傳感器6測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為 數(shù)字信號(hào)傳送給電腦。電腦上安裝有處理軟件可以計(jì)算出激光位移傳感器6測(cè)量的位移 值。 激光位移傳感器中的激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向被測(cè)超聲疲勞試 樣自由振動(dòng)表面，經(jīng)試樣反射的激光通過(guò)激光位移傳感器中的接收器鏡頭，被激光位移傳 感器內(nèi)部的相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，線性相機(jī)可以在不同的角度下"看見(jiàn)"這個(gè)光點(diǎn)。根 據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，激光位移傳感器中的數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì) 算出傳感器和被測(cè)超聲疲勞試樣之間的距離。 本技術(shù)方案原理是首先利用激光位移傳感器測(cè)得的超聲疲勞試樣與探頭之間的 實(shí)時(shí)距離即為超聲疲勞試樣自由端的振動(dòng)位移曲線。將振動(dòng)位移曲線中的波峰值減去波谷 值除以2即為超聲疲勞試樣的振動(dòng)位移幅值。 本專利技術(shù)和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)： 1)本專利技術(shù)采用非接觸方式，不影響超聲疲勞試驗(yàn)系統(tǒng)的共振參數(shù)，不干擾試驗(yàn)結(jié) 果，操作快捷簡(jiǎn)便。 2)本專利技術(shù)采用激光位移傳感器，不受其他電信號(hào)的干擾，適用于包括導(dǎo)磁性好的 金屬材料。可以直接由波形得到振動(dòng)位移值，避開(kāi)了其他方法所需的繁雜的計(jì)算過(guò)程。 3)本專利技術(shù)測(cè)量得到的結(jié)果穩(wěn)定且精度高，可重復(fù)性強(qiáng)。 4)利用本專利技術(shù)可以對(duì)超聲疲勞試驗(yàn)的振動(dòng)位移進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，尤其適用于小載荷 水平下的超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移監(jiān)控。 本專利技術(shù)用于超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移的測(cè)量與監(jiān)控，可以實(shí)現(xiàn)超聲疲勞試驗(yàn)的精確 控制及超聲疲勞試驗(yàn)位移標(biāo)定，從而有效的保證超聲疲勞試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。【附圖說(shuō)明】 圖1是本專利技術(shù)原理示意圖； 圖2是本專利技術(shù)前視圖； 圖3是本專利技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸部分示意圖； 圖4是實(shí)施例中的試樣； 圖5是實(shí)施例中采用本專利技術(shù)測(cè)得的試樣自由端部振動(dòng)位移。 圖中：1一基座，2-背板，3-支臂，4一位移放大器，5-試樣，6-激光位移傳感器。【具體實(shí)施方式】 以下結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本專利技術(shù)做具體闡釋：如圖2、3所示是本專利技術(shù)的優(yōu)先實(shí)施實(shí)例，包括標(biāo)定臺(tái)、激光位移傳感器、控制器和 電腦。標(biāo)定臺(tái)由基座1、背板2和支臂3組成。 如圖2所示基座1和背板2垂直連接，支臂3和背板2垂直連接，平行于基座1，支 臂3可沿背板2上下移動(dòng)調(diào)節(jié)高度。 如圖2所示激光傳感器6固定在支臂3上位于試樣5正下方。 如圖3所示激光位移傳感器6與控制器，控制器與電腦均通過(guò)電纜連接。控制器 為激光位移傳感器提供電源，激光位移傳感器6測(cè)量的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳送給電 腦。電腦上安裝有處理軟件可以計(jì)算出激光位移傳感器6測(cè)量的位移值。 激光位移傳感器中的激光發(fā)射器通過(guò)鏡頭將可見(jiàn)紅色激光射向被測(cè)超聲疲勞試 樣自由振動(dòng)表面，經(jīng)試樣反射的激光通過(guò)激光位移傳感器中的接收器鏡頭，被激光位移傳 感器內(nèi)部的相機(jī)接收，根據(jù)不同的距離，線性相機(jī)可以在不同的角度下"看見(jiàn)"這個(gè)光點(diǎn)。根 據(jù)這個(gè)角度及已知的激光和相機(jī)之間的距離，激光位移傳感器中的數(shù)字信號(hào)處理器就能計(jì) 算出傳感器和被測(cè)超聲疲勞試樣之間的距離，測(cè)量原理示意圖如圖1所示。 本專利技術(shù)的優(yōu)先實(shí)施例工作過(guò)程如下： 將試樣5安裝在位移放大器4下端，將激光位移傳感器6固定于支臂3上，調(diào)整基 座1使其水平。調(diào)整支臂3的位置使其位于試樣5下端面正下方，并與試樣5下端面保持 適當(dāng)距離； 實(shí)施例中的試樣如圖4所示，材料參數(shù)E= 206GPa、P= 7850kg/m3,尺寸參數(shù)為 拉.mra, <=1, 5imi，< =5陋，4 =9, 85mm，擬定加載的應(yīng)力值為403MPa，通過(guò)計(jì)算可以得 到最大應(yīng)力403MPa對(duì)應(yīng)的試樣理論振動(dòng)幅值為19. 8μm。啟動(dòng)超聲疲勞試驗(yàn)機(jī)，設(shè)定振動(dòng) 時(shí)間和間歇時(shí)間各為100ms和應(yīng)力幅值403MPa，試樣開(kāi)始振動(dòng)。此時(shí)超聲疲勞控制軟件會(huì) 輸出試樣的理論振動(dòng)幅值U= 19.8μπι。同時(shí)記錄此時(shí)電腦中輸出的測(cè)量位移值A(chǔ)，A值為 試樣實(shí)際的振動(dòng)位移值。 圖5為采用本專利技術(shù)測(cè)得的超聲疲勞試樣在振動(dòng)時(shí)間和間歇時(shí)間各為100ms時(shí)的自 由端部振動(dòng)位移值，可以看出，測(cè)得的試樣自由端部振動(dòng)位移幅值在19. 7μπι~19. 9μπι范 圍內(nèi)波動(dòng)，與試樣振動(dòng)位移幅值的理論值19. 8μm非常接近，相差不超過(guò)0. 5%。這表明超 聲疲勞本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
超聲疲勞試驗(yàn)振動(dòng)位移監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括標(biāo)定臺(tái)、激光位移傳感器、控制器和電腦；激光位移傳感器與控制器和電腦相連，所述標(biāo)定臺(tái)由基座(1)、背板(2)和支臂(3)組成；基座(1)和背板(2)垂直連接，支臂(3)和背板(2)垂直連接，且支臂(3)平行于基座(1)，支臂(3)可沿背板(2)上下移動(dòng)調(diào)節(jié)高度；激光位移傳感器(6)固定在支臂(3)上。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：彭文杰，陳一鳴，嚴(yán)龍，薛歡，彭潤(rùn)平，鄺蘭翔，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：武漢鋼鐵集團(tuán)公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：湖北;42
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