CN103017646A

CN103017646A - 大范围裂纹长度测量装置

Info

Publication number: CN103017646A
Application number: CN2012105268830A
Authority: CN
Inventors: 陈乃超; 朱凤林; 何平
Original assignee: Shanghai University of Electric Power
Current assignee: Shanghai University of Electric Power; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-04-03

Abstract

本发明涉及一种大范围裂纹长度测量装置，上、下移动平台分别是固定连接上、下探针，并分别通过步进电机和丝杠实现在水平面x和y方向上运动，上、下探针分别接触测试试样的上、下表面，并分别通过上导线和下导线与恒流源连接，上探针和下探针分别通过纳伏表与控制***箱输入端连接，控制***箱输出端分别连接步进电机，控制***箱与计算机通讯连接，通过计算机软件程序实现对纳伏表数据的采集和电机控制。本发明采用动态运动方式，将采集电流的两个探针分别放置在测量基体上下面的同一坐标位置处，处于对顶状态，当条状裂纹扩展后，裂纹两边的电位值将发生变化。测量电极的位置对顶，电极处在裂纹的两边，电极两端的电位可以反应裂纹的扩展情况。

Description

大范围裂纹长度测量装置

技术领域

本发明涉及一种材料裂纹的测量装置，尤其是一种大范围裂纹长度的测量装置。

背景技术

由于材料冶炼加工与使用等原因，材料内部总存在着裂纹，甚至是宏观裂纹，尤其是高强度材料或大型构件存在裂纹更是不可避免的。实践证明，由于裂纹的存在，这些构件往往在工作应力小于许用应力的情况下却发生了断裂破坏。目前，材料中裂纹越来越受到人们的重视，成为工程领域研究的热点问题。显然裂纹长度是研究裂纹特性的重要参数，因此，材料内部裂纹长度的测量成为裂纹研究的基础性技术课题。当前裂纹的测量有直读法、柔度法、电位法、探伤法及光学法等多种方法，主要是针对于某一裂纹或者局部裂纹进行观察和测量，但是不能在大范围区域内测量出裂纹的个数以及长度，因此，在测量裂纹的工程实践中这些方法仍然存在着一定的技术瓶颈，需要新的技术方法以实现大面积区域范围内的裂纹测量和监控。

发明内容

本发明是要解决现有裂纹长度测量装置测量局限性的技术问题，而提供一种大范围裂纹长度的测量装置，达到裂纹长度自动测量和显示。

本发明的技术方案是：一种大范围裂纹长度测量装置，包括上移动平台、下移动平台、步进电机、丝杠、上探针、下探针、恒流源、纳伏表、控制***箱、计算机，其特点是：上移动平台下面固定连接上探针，并设有用于带动上移动平台在水平面x和y方向上运动，实现任意位置处停靠的第一步进电机及与第一步进电机连接的第一丝杠和第二步进电机及与第二步进电机连接的第二丝杠；下移动平台上面固定连接下探针，下面设有带动下移动平台在水平面x和y方向上运动的第三步进电机及与第三步进电机连接的第三丝杠和第四步进电机及与第四步进电机连接的第四丝杠，上探针接触测试试样的上表面，下探针接触测试试样的下表面，测试试样的上下表面分别通过上导线和下导线与恒流源连接，上探针和下探针分别通过纳伏表与控制***箱输入端连接，控制***箱输出端分别连接第一至第四步进电机，控制***箱与计算机通讯连接，通过计算机软件程序实现对纳伏表数据的采集和电机控制。

上探针和下探针在测量过程中保持在同一水平坐标位置上，处于对顶状态。

本发明的有益效果是：直流电位法多用于COD 实验中测量疲劳裂纹的长度，其试样仅有一条预制裂纹。而实际材料不同于COD 实验的试样，其裂纹分布较广，裂纹源多。因此，采用直流电位法的单条裂纹测量方式显然不能完全的获取实际材料中裂纹的长度。考虑到裂纹源分布较多，提出采集多点处的电位值方法，综合分析多点电位值判定裂纹的扩展，多点位置的测量值可以较为准确的反映出裂纹分布。此外，裂纹的生长和扩展具有不可预见性，测量的位置点也需要合理选择。出现裂纹的地方需要进行密集电位采集，以便提供更多的信息判定裂纹特性，但是在同一区域布置多对测量电极不仅会互相干扰，有时甚至无法进行布线和测量，因此本发明采用动态运动方式，即通过移动一对采集电极动态获取任意位置点的电位值。将采集电流的两个探针分别放置在测量基体上下面的同一坐标位置处，处于对顶状态，当条状裂纹扩展后，裂纹两边的电位值将发生变化。测量电极的位置对顶，电极处在裂纹的两边，电极两端的电位可以反应裂纹的扩展情况。此外，对顶布置方式测量，电位值的大小主要反应出对顶布置点处裂纹的情况，而该点周围对测量结果的影响则大大减小，有利于定位裂纹的位置。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。

如图1所示，本发明的大范围裂纹长度测量装置，包括上移动平台1、下移动平台13、步进电机、丝杠、上探针2、下探针12、恒流源16、纳伏表9、上导线11、下导线19、控制***箱20、计算机（21）等。

上移动平台1下面固定连接上探针2，并设有用于带动上移动平台1在水平面x和y方向上运动，实现任意位置处停靠的第一步进电机6及与第一步进电机6连接的第一丝杠5和第二步进电机4及与第二步进电机4连接的第二丝杠3；下移动平台13上面固定连接下探针12，下面设有带动下移动平台13在水平面x和y方向上运动的第三步进电机18及与第三步进电机18连接的第三丝杠17和第四步进电机15及与第四步进电机15连接的第四丝杠14，上探针2接触测试试样8的上表面，下探针12接触测试试样8的下表面，测试试样8的上下表面分别通过上导线11和下导线19与恒流源16连接，上探针2和下探针12分别通过纳伏表9与控制***箱20输入端连接，控制***箱20输出端分别连接第一至第四步进电机6，4，18，15，控制***箱20与计算机21通讯连接，通过计算机软件程序实现对纳伏表9数据的采集和电机控制。

上探针2和下探针12在测量过程中保持在同一水平坐标位置上，处于对顶状态。

上移动平台1用以固定上探针2，第一步进电机6和第二步进电机4分别拖动第一丝杠5和第二丝杠3带动上移动平台1在水平面沿x和y轴方向上运动，实现在任意位置处停靠；下移动平台13用以固定下探针12，第三步进电机18和第四步进电机15分别拖动第三丝杠17和第四丝杠14带动下移动平台13在水平面x和y方向上运动，实现在任意位置处停靠；在测量过程中保证上探针2和下探针12始终保持在同一水平坐标位置上，处于对顶状态；上探针2接触测试试样8的上表面，下探针12接触测试试样8的下表面，上探针2和下探针12连接高精度的纳伏表9，控制***箱20连接高精度的纳伏表9和第一至第四步进电机6，4，18，15，计算机21与控制***箱20相通讯，通过计算机软件程序实现对高精度纳伏表9数据的采集和电机控制；同时，上测量试样的上下表面分别固定上导线11和下导线19，上、下导线11，19的另一端连接到恒流源16上用于提供直流电位。

本发明的原理为：根据大范围裂纹测量的要求，采用第一至第四步进电机6，4，18，15和第一至第四丝杠5，3，17，14，控制上移动平台1和下移动平台13，实现上探针2和下探针12的大范围移动，利用恒流源16提供直流电位，通过高精度的纳伏表9测量出电压，根据直流电位法测量裂纹的原理，利用电压与裂纹长度的关系，从而得到裂纹的长度值。

实施例

将测试试样8水平放置，通过计算机21控制第一至第四步进电机6，4，18，15，从而移动上移动平台1和下移动平台13，将上探针2和下探针12接触到测试试样8上下表面上，按照程序设定的路径，移动上探针2和下探针12到某一位置后，采集高精度纳伏表9的数值，得到电压值，根据电压与裂纹长度的对应关系式得到该点出的裂纹长度数值，依次循环，可以得到测试试样8的所有路径规划点处的裂纹长度值。

Claims

1.一种大范围裂纹长度测量装置，包括上移动平台（1）、下移动平台（13）、步进电机、丝杠、上探针（2）、下探针（12）、恒流源（16）、纳伏表（9）、控制***箱（20）、计算机（21），其特征在于，所述上移动平台（1）下面固定连接上探针（2），并设有用于带动上移动平台（1）在水平面x和y方向上运动，实现任意位置处停靠的第一步进电机（6）及与第一步进电机（6）连接的第一丝杠（5）和第二步进电机（4）及与第二步进电机（4）连接的第二丝杠（3）；所述下移动平台（13）上面固定连接下探针（12），下面设有带动下移动平台（13）在水平面x和y方向上运动的第三步进电机（18）及与第三步进电机（18）连接的第三丝杠（17）和第四步进电机（15）及与第四步进电机（15）连接的第四丝杠（14），上探针（2）接触测试试样（8）的上表面，下探针（12）接触测试试样（8）的下表面，测试试样（8）的上下表面分别通过上导线（11）和下导线（19）与恒流源16连接，上探针（2）和下探针（12）分别通过纳伏表（9）与控制***箱（20）输入端连接，控制***箱（20）输出端分别连接第一至第四步进电机（6，4，18，15），控制***箱（20）与计算机（21）通讯连接，通过计算机软件程序实现对纳伏表（9）数据的采集和电机控制。

2.根据权利要求1所述的大范围裂纹长度测量装置，其特征在于，所述的上探针（2）和下探针（12）在测量过程中保持在同一水平坐标位置上，处于对顶状态。