一种小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统及方法技术方案

小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统，包括上位机系统、动态应变仪、应变片、振动台、功率放大器、任意波形发生卡、电荷放大器、加速度传感器、示波器；上位机系统包括应变波形读取模块、应变识别模块、电压波形读取模块、电压识别模块以及振级转换模块。小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测方法包括将小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上；上位机系统首先采集未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值，然后在采集加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值，若两种情况下采集到的模态应变峰值不相等，即表明小尺寸构件的表层产生了微观裂纹。本发明专利技术具有能够快速准确的确定小尺寸构件表层是否产生微观裂纹的优点。

Nondestructive testing system and method for surface micro crack of small size component

Nondestructive testing system of small size component surface micro crack, including PC system, dynamic strain gauge and strain gauge, vibrator, power amplifier, arbitrary waveform generator card, acceleration sensor, charge amplifier, oscillograph; host computer system including strain wave reading module, strain identification module, voltage reading module, voltage identification module and the vibration level conversion module. Nondestructive testing method of small size component surface crack including vibration table will be small size component is clamped on the vibration of moving parts; modal strain peak PC system first collection of small size components is not processed, then the modal strain peak in small size components after the acquisition processing, if the modal strain the peak of two cases collected are not equal, namely that the small size components of surface micro cracks. The invention has the advantages of rapid and accurate determination of the micro cracks on the surface of small size components.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无损检测
，特指一种小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统及方法。技术背景伴随着微纳制造技术的快速发展，小尺寸构件已经被广泛应用在机械工程领域中，然而小尺寸构件在加工制造过程中会受到各种外部因素的作用，会使得小尺寸构件表层引入微观裂纹，严重制约着小尺寸构件质量的提高，因此有必要对小尺寸构件进行检测，确定小尺寸构件表层是否产生微观裂纹，这对小尺寸构件的后续应用具有非常重要的意义。目前广泛使用的微观裂纹检测方法主要包括电子显微镜技术、声发射检测技术以及超声检测技术。然而电子显微镜技术属于破坏性检测法，需要制备试样，然后进行腐蚀处理，才能观察到小尺寸构件的微观形貌，进而确定小尺寸构件表层是否产生微观裂纹。声发射检测技术属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而在实际的检测中声发射信号通常比较微弱，容易受到外部因素的干扰，降低了检测的精度。超声检测技术也属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而超声检测技术对材料早期疲劳损伤所产生的微观裂纹并不敏感，降低了检测的精度。为了快速准确的确定小尺寸构件表层是否产生微观裂纹，本专利技术提出了一种小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统及方法。
技术实现思路
为了快速准确的确定小尺寸构件表层是否产生微观裂纹，本专利技术提出了一种小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统及方法。小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统，包括上位机系统、动态应变仪、应变片、振动台、功率放大器、任意波形发生卡、电荷放大器、加速度传感器、示波器。上位机系统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振信号；任意波形发生卡输出的正弦激振信号经由功率放大器输入振动台，从而驱动振动台产生振动；加速度传感器安装在小尺寸构件上，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入通道连接，电荷放大器的输出通道与示波器的输入通道连接，示波器的输出通道与上位机系统连接；应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入通道连接，动态应变仪的输出通道与上位机系统连接。上位机系统包括获取动态应变仪采集到的应变波形的应变波形读取模块，从应变波形中获取模态应变峰值ε(με)的应变识别模块，获取示波器显示的电压波形的电压波形读取模块，从电压波形中获取电压峰值U(V)的电压识别模块，以及将电压峰值转换为输出振级的振级转换模块。振级转换模块中预设有加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms-2)，电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数F(Unit/V)；输出振级与电压峰值的转换关系为：其中a表示输出振级，输出振级通过上位机系统的显示界面显示给用户。进一步，加速度传感器为压电式加速度传感器。进一步，应变片为三向顺时针应变花。进一步，动态应变仪为高精度多通道动态应变仪。小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测方法包括以下步骤：(1)将小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上；将加速度传感器安装在小尺寸构件上；应变片粘贴在小尺寸构件上；接通信号连线；接通电源。(2)在振级转换模块中设置电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数F(Unit/V)，加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms-2)。(3)电压波形读取模块获取示波器显示的电压波形；电压识别模块从电压波形中获取电压峰值U(V)；振级转换模块中输出振级与电压峰值的转换关系为：(4)应变波形读取模块获取动态应变仪采集到的应变波形；应变识别模块从应变波形中获取模态应变峰值ε(με)。(5)上位机系统自动通过扫频法确定小尺寸构件的弯曲振动的共振频率fi(Hz)(i＝1,2,…,N,N为正整数)。(6)缓慢调节功率放大器的增益旋钮使得功率放大器输出恒定的电流I(A)，驱动振动台对小尺寸构件在其弯曲振动的共振频率下进行激振，上位机系统获取小尺寸构件输出的模态应变峰值。具体来说，首先将未加工处理过的小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上，然后按照步骤(1)-(6)所述的过程对未加工处理过的小尺寸构件进行激振，采集未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值；在此之后，将加工处理过后的小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上，然后按照步骤(1)-(6)所述的过程对加工处理过后的小尺寸构件进行激振，采集加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值；若未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值不等于加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值，即表明小尺寸构件的表层产生了微观裂纹。所述小尺寸构件表层产生微观裂纹的确定依据为未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值不等于加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值。所述信号连线包括上位机系统与任意波形发生卡之间的信号连线；任意波形发生卡与功率放大器之间的信号连线；功率放大器与振动台之间的信号连线；应变片与动态应变仪之间的信号连线；动态应变仪与上位机系统之间的信号连线；加速度传感器与电荷放大器之间的信号连线；电荷放大器与示波器之间的信号连线；示波器与上位机系统之间的信号连线；所述电源包括上位机系统、任意波形发生卡、功率放大器、振动台、电荷放大器、示波器和动态应变仪。步骤(5)中，上位机系统自动通过扫频法确定小尺寸构件的弯曲振动的共振频率fi(Hz)(i＝1,2,…,N,N为正整数)包括以下步骤：(5.1)通过ANSYS有限元软件对小尺寸构件进行数值模态分析，获取小尺寸构件的弯曲振动的共振频率fsi(Hz)(i＝1,2,…,N,N为正整数)。(5.2)上位机系统控制任意波形发生卡的初始激振频率f0i设置为(fsi-100)Hz，以10Hz为步长逐步增加任意波形发生卡的输出频率；上位机系统分别记录下每一激振频率时作用在小尺寸构件上的振级a；上位机系统得到振级a最大时的频率；上位机系统记录下该频率，并记为f1i(Hz)。(5.3)上位机系统控制任意波形发生卡的初始激振频率设置为(f1i-10)Hz，以1Hz为步长逐步增加任意波形发生卡的输出频率；上位机系统分别记录下每一激振频率时作用在小尺寸构件上的振级a；上位机系统得到振级a最大时的频率；上位机系统记录下该频率，并记为fi(Hz)。本专利技术的技术构思是：由上位机系统、动态应变仪、应变片、振动台、功率放大器、任意波形发生卡、电荷放大器、加速度传感器以及示波器构成小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统；小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上；上位机系统首先采集未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值，然后在采集加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值，若未加工处理过的小尺寸构件的模态应变峰值不等于加工处理过后的小尺寸构件的模态应变峰值，即表明小尺寸构件的表层产生了微观裂纹。本专利技术的有益效果是：1、通过本专利技术建立的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统对小尺寸构件进行检测，能够确定出小尺寸构件表层是否存在微观裂纹。2、通过本专利技术建立的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统能够对小尺寸构件进行无损检测，不会对小尺寸构件产生损伤破坏。3、通过本专利技术建立的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统能够对小尺寸构件在其多个弯曲振动的共振频率下进行检测，确保了检测结果的可靠性。4、通过本专利技术建立的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统对加工前后的小尺寸构件在其弯曲振动的共振频率下进行检本文档来自技高网...

【技术保护点】
小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统，包括上位机系统、动态应变仪、应变片、振动台、功率放大器、任意波形发生卡、电荷放大器、加速度传感器、示波器。上位机系统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振信号；任意波形发生卡输出的正弦激振信号经由功率放大器输入振动台，从而驱动振动台产生振动；加速度传感器安装在小尺寸构件上，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入通道连接，电荷放大器的输出通道与示波器的输入通道连接，示波器的输出通道与上位机系统连接；应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入通道连接，动态应变仪的输出通道与上位机系统连接。上位机系统包括获取动态应变仪采集到的应变波形的应变波形读取模块，从应变波形中获取模态应变峰值ε(με)的应变识别模块，获取示波器显示的电压波形的电压波形读取模块，从电压波形中获取电压峰值U(V)的电压识别模块，以及将电压峰值转换为输出振级的振级转换模块。振级转换模块中预设有加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms‑2)，电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数F(Unit/V)；输出振级与电压峰值的转换关系为：其中a表示输出振级，输出振级通过上位机系统的显示界面显示给用户。...

【技术特征摘要】
1.小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统，包括上位机系统、动态应变仪、应变片、振动台、功率放大器、任意波形发生卡、电荷放大器、加速度传感器、示波器。上位机系统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振信号；任意波形发生卡输出的正弦激振信号经由功率放大器输入振动台，从而驱动振动台产生振动；加速度传感器安装在小尺寸构件上，加速度传感器的输出端与电荷放大器的输入通道连接，电荷放大器的输出通道与示波器的输入通道连接，示波器的输出通道与上位机系统连接；应变片粘贴在小尺寸构件上，应变片的输出端与动态应变仪的输入通道连接，动态应变仪的输出通道与上位机系统连接。上位机系统包括获取动态应变仪采集到的应变波形的应变波形读取模块，从应变波形中获取模态应变峰值ε(με)的应变识别模块，获取示波器显示的电压波形的电压波形读取模块，从电压波形中获取电压峰值U(V)的电压识别模块，以及将电压峰值转换为输出振级的振级转换模块。振级转换模块中预设有加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms-2)，电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数F(Unit/V)；输出振级与电压峰值的转换关系为：其中a表示输出振级，输出振级通过上位机系统的显示界面显示给用户。2.如权利要求1所述的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统，其特征在于：加速度传感器为压电式加速度传感器，应变片为三向顺时针应变花，动态应变仪为高精度多通道动态应变仪。3.使用如权利要求1所述的小尺寸构件表层微观裂纹的无损检测系统检测微观裂纹的方法包括以下步骤：(1)将小尺寸构件装夹于振动台运动部件的激振台面上；将加速度传感器安装在小尺寸构件上；应变片粘贴在小尺寸构件上；接通信号连线；接通电源。(2)在振级转换模块中设置电荷放大器输入通道的灵敏度系数S(pC/Unit)，放大系数F(Unit/V)，加速度传感器的灵敏度值s(pC/ms-2)。(3)电压波形读取模块获取示波器显示的电压波形；电压识别模块从电压波形中获取电压峰值U(V)；振级转换模块中输出振级与电压峰值的转换关系为：(4)应变波形读取模块获取动态应变仪采集到的应变波形；应变识别模块从应变波形中获取模态应变峰值ε(με...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾邦平，胡雄，孙士斌，严小兰，周慧，张明月，孙慧，赖金涛，金子迪，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31