CN107389796A - 一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法 - Google Patents

Abstract

基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，包括上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、声发射传感器、前置放大器、主放大器、数据采集卡、支撑装置；上位机***包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，基于小波分析法的声发射信号分析模块，声发射信号分析结果存储模块，显示声发射信号分析结果的显示模块。基于声发射传感器的振动时效效果在线评价方法采用小波分析法对采集到的声发射信号进行分析，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。本发明具有能够在线、无损评价振动时效效果的优点。

Description

一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法

技术领域

本发明涉及振动时效技术领域，特指一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法。

技术背景

振动时效技术的效果评价是振动时效技术领域的关键问题之一。目前振动时效技术的效果评价方法主要包括：参数曲线评定法、残余应力测量法、精度稳定性检测法以及动应力判据法。

(1)参数曲线评定法

参数曲线评定法是根据振动时效过程中参数发生有规律的变化现象总结出来的，能够对振动时效的效果进行定性评价，所用的评价准则主要包括：振动时效过程中振幅时间曲线出现上升后变平以及上升后下降然后变平；振动时效处理后扫频曲线的共振峰值比振动时效处理前升高；振动时效处理后扫频曲线的共振频率比振动时效处理前降低；振动时效处理后扫频曲线的带宽比振动时效处理前变窄。

(2)残余应力测量法

为了准确的评价振动时效调控残余应力的效果，就需要准确地评估工件振动时效前后的残余应力，然而工件表层的残余应力分布情况，特别是一些复杂工件表层残余应力的分布状态，很难采用理论计算的方法进行分析求解，所以采用实验测量的方法评估工件表层残余应力的大小具有重要的现实意义。目前残余应力的实验测量方法主要包括：有损的机械测量法和无损的物理测量法，能够定量的评估工件振动时效处理前后的残余应力。机械测量法主要包括小孔法、切条法等；物理测量法主要包括X射线法、超声波法等。

(3)精度稳定性检测法

精度稳定性检测法是通过检测工件振动时效处理后的精度来评价振动时效技术的效果，能够对振动时效技术的效果进行定性评价，主要包括长期放置精度法、加动载荷后精度法等。长期放置精度法是将经过振动时效处理后的工件长期放置并且定期检测工件的尺寸稳定性，具体操作流程是在放置15天时第一次检测，以后每隔30天检测一次，总的放置时间应该在半年以上；加动载荷后精度法是检测经过振动时效处理后的工件在动载荷作用后的尺寸精度的变化量。

(4)动应力判据法

上海交通大学的陈立功教授团队提出了动应力判据法，因为动应力作为振动时效过程中最重要的参数，必然与振动时效效果存在某种相关性。他们研究发现动应力与残余应力释放效果之间存在定量的非线性相关性，并通过数学回归分析和曲线拟合得到它们之间的近似函数关系DP-CH方程，可以在振动时效过程中在线检测动应力，实时定量判断振动时效的效果。

材料在受力过程中产生变形时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用检测声发射信号，对材料进行动态无损检测的技术，称为声发射技术。在振动时效过程中材料内部的位错会产生微观运动，从而导致材料产生塑性变形。综上所述，能够采用声发射技术对振动时效过程中的工件进行动态无损检测，并对检测到的声发射信号进行分析，以此评价振动时效是否产生了消除残余应力的效果。为了丰富振动时效效果的评价方法，本发明提出一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法。

发明内容

为了丰富振动时效效果的评价方法，本发明提出一种基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法。

基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，包括上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、声发射传感器、前置放大器、主放大器、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机***控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

声发射传感器安装在工件上，声发射传感器的输出端与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与上位机***连接；

上位机***包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，基于小波分析法的声发射信号分析模块，声发射信号分析结果存储模块，显示声发射信号分析结果的显示模块。

进一步，支撑装置为弹性元件。

基于声发射传感器的振动时效效果在线评价方法包括以下步骤：

(1)、将工件与激振器固定连接；通过具有弹性的支撑装置对工件进行支撑，以便激振器对工件进行激振；将声发射传感器安装在工件上；接通上位机***与任意波形发生卡之间的信号连线；接通任意波形发生卡与功率驱动器之间的信号连线；接通功率驱动器与激振器之间的信号连线；接通声发射传感器与前置放大器之间的信号连线；接通前置放大器与主放大器之间的信号连线；接通主放大器与数据采集卡之间的信号连线；接通数据采集卡与上位机***之间的信号连线；接通上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、前置放大器、主放大器和数据采集卡的电源；

(2)、上位机***控制任意波形发生卡对工件进行扫频振动，从而确定振动时效的激励频率；

(3)、缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使功率驱动器输出恒定的电流，驱动激振器对工件进行振动时效处理；

(4)、上位机***中的声发射信号获取模块获取数据采集卡采集到的声发射信号；基于小波分析法的声发射信号分析模块对数据采集卡采集到的声发射信号进行小波分析，并将分析得到的结果存储到声发射信号分析结果存储模块；显示声发射信号分析结果的显示模块对声发射信号分析结果进行显示；

(5)采用声发射信号小波分析后的特征频率对振动时效效果进行评价，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。

本发明的技术构思是：由上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、声发射传感器、前置放大器、主放大器、数据采集卡以及支撑装置组成基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***；采用小波分析法对采集到的声发射信号进行分析，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提出的基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法对振动时效效果进行评价时，不会对工件造成损伤，属于无损的评价方法。

2、本发明提出的基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法对振动时效效果进行在线评价时，都是通过上位机***进行控制，无需手动操作，减少了工作量，提高了工作效率。

3、本发明提出的基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***及方法能够实现对振动时效效果进行在线、无损评价的目的，为研究振动时效效果的评价方法提供了新的思路。

附图说明

图1基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，包括上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、声发射传感器、前置放大器、主放大器、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机***控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

声发射传感器安装在工件上，声发射传感器的输出端与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与上位机***连接；

上位机***包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，基于小波分析法的声发射信号分析模块，声发射信号分析结果存储模块，显示声发射信号分析结果的显示模块。

进一步，支撑装置为弹性元件。

基于声发射传感器的振动时效效果在线评价方法包括以下步骤：

(1)、将工件与激振器固定连接；通过具有弹性的支撑装置对工件进行支撑，以便激振器对工件进行激振；将声发射传感器安装在工件上；接通上位机***与任意波形发生卡之间的信号连线；接通任意波形发生卡与功率驱动器之间的信号连线；接通功率驱动器与激振器之间的信号连线；接通声发射传感器与前置放大器之间的信号连线；接通前置放大器与主放大器之间的信号连线；接通主放大器与数据采集卡之间的信号连线；接通数据采集卡与上位机***之间的信号连线；接通上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、前置放大器、主放大器和数据采集卡的电源；

(2)、上位机***控制任意波形发生卡对工件进行扫频振动，从而确定振动时效的激励频率；

(3)、缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使功率驱动器输出恒定的电流，驱动激振器对工件进行振动时效处理；

(4)、上位机***中的声发射信号获取模块获取数据采集卡采集到的声发射信号；基于小波分析法的声发射信号分析模块对数据采集卡采集到的声发射信号进行小波分析，并将分析得到的结果存储到声发射信号分析结果存储模块；显示声发射信号分析结果的显示模块对声发射信号分析结果进行显示；

(5)采用声发射信号小波分析后的特征频率对振动时效效果进行评价，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，包括上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、声发射传感器、前置放大器、主放大器、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机***控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

声发射传感器安装在工件上，声发射传感器的输出端与前置放大器的输入端连接，前置放大器的输出端与主放大器的输入端连接，主放大器的输出端与数据采集卡的输入端连接，数据采集卡的输出端与上位机***连接；

上位机***包括获取数据采集卡采集到的声发射信号的声发射信号获取模块，基于小波分析法的声发射信号分析模块，声发射信号分析结果存储模块，显示声发射信号分析结果的显示模块。

2.如权利要求1所述的基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，其特征在于：支撑装置为弹性元件。

3.使用如权利要求1-2所述的基于声发射传感器的振动时效效果在线评价***，对振动时效效果进行在线评价的方法包括以下步骤：

(1)、将工件与激振器固定连接；通过具有弹性的支撑装置对工件进行支撑，以便激振器对工件进行激振；将声发射传感器安装在工件上；接通上位机***与任意波形发生卡之间的信号连线；接通任意波形发生卡与功率驱动器之间的信号连线；接通功率驱动器与激振器之间的信号连线；接通声发射传感器与前置放大器之间的信号连线；接通前置放大器与主放大器之间的信号连线；接通主放大器与数据采集卡之间的信号连线；接通数据采集卡与上位机***之间的信号连线；接通上位机***、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、前置放大器、主放大器和数据采集卡的电源；

(2)、上位机***控制任意波形发生卡对工件进行扫频振动，从而确定振动时效的激励频率；

(3)、缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使功率驱动器输出恒定的电流，驱动激振器对工件进行振动时效处理；

(4)、上位机***中的声发射信号获取模块获取数据采集卡采集到的声发射信号；基于小波分析法的声发射信号分析模块对数据采集卡采集到的声发射信号进行小波分析，并将分析得到的结果存储到声发射信号分析结果存储模块；显示声发射信号分析结果的显示模块对声发射信号分析结果进行显示；

(5)采用声发射信号小波分析后的特征频率对振动时效效果进行评价，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。