一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法技术

本发明专利技术涉及的是一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法，其中声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤可视化观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机，微力原位拉伸机连接声信号数据采集系统构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜与高清数字摄像头连接并设置于显微镜置物台上构成；微弱声信号检测机构具有声发射测试仪、前置放大器、微型传感器，微型传感器利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件表面，被测试拉伸试件两端各固定一个微型传感器。本发明专利技术在声发射源信号突变的情况下结合原位拉伸下细观损伤图像的实时变化情况，有效建立声信号参数和损伤机制的联系。

An acoustic testing platform and method for characterizing the change of metal meso damage

【技术实现步骤摘要】
一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法
：本专利技术涉及的是基于声发射技术检测细观损伤领域，具体涉及的是一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台及测试方法。
技术介绍
：金属材料广泛应用于航空航天、汽车、桥梁、石化等行业。金属材料在载荷与环境的共同作用下可能会发生各种形式的失效破坏，因结构失效导致的灾难性事故数量在急剧增加。因此，掌握工程结构的失效机制，更好的减轻结构重量、提高载荷以及延长寿命，是工程
持续关注的研究热点。从金属细观损伤力学角度出发，探究金属材料早期损伤机制，是目前常用的理论分析方法。但目前主要是定性分析金属细观损伤过程，不能定量的计算，这进一步阻碍了金属细观损伤模型的建立和对金属材料早期损伤状态的准确预测。金属早期损伤过程伴随有声发射现象的产生，通过建立一个金属细观损伤过程的可视化平台，同时使用声学测试技术记录整个损伤过程的声学数据，将“可视化”与“声发射”两者的有机结合可实现对金属细观损伤过程的记录与描述，为建立准确的金属细观模型提供依据，本专利技术对于细观损伤研究领域有着良好的应用前景。
技术实现思路
：本专利技术的一个目的是提供一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台，这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台用于解决现有技术中检测存在发现机械设备损伤不及时，不能在缺陷产生初期发现金属材料损伤的问题，本专利技术的另一个目的是提供可表征金属细观损伤过程的声学测试平台的测试方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤可视化观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机，微力原位拉伸机连接声信号数据采集系统构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜与高清数字摄像头连接并设置于显微镜置物台上构成，高分辨率显微镜和高清数字摄像头设置于微力原位拉伸机的上方；微弱声信号检测机构具有声发射测试仪、前置放大器、信号线、两个微型传感器，微型传感器利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件表面，被测试拉伸试件两端各固定一个微型传感器；声信号数据采集系统、高清数字摄像头、声发射测试仪均连接计算机，声发射测试仪为多通道声发射测试仪。上述方案中声发射测试仪利用信号线与前置放大器相连，前置放大器与PICO微型传感器连接，信号线采用BNC同轴信号线，前置放大器采用2/4/6-AST前置放大器，微型传感器采用PICO微型传感器。上述可表征金属细观损伤变化的声学测试平台的测试方法，将声学技术和数字图像观测技术相结合，在损伤发生的初期能及时通过声信号反馈试件损伤情况，具体如下：将表面达到金相观察级别的处理过的拉伸试件固定于微力原位拉伸机，并将两个微型传感器分别固定于拉伸试件两端，进行断铅实验以测试微型传感器灵敏度，微型传感器合格后，启动微力原位拉伸机的同时，开始记录声发射信号，并在计算机上观察由数字摄像头拍摄的试件表面细观图像；拉伸过程中，原位拉伸机控制加载速率，数字摄像头录制拉伸全过程试件表面细观图像，观察并记录拉伸过程中试件细观损伤发生过程，解决了原位拉伸实验不可再现的问题，同时记录拉伸过程声发射数据。通过对比不同时刻声发射信号的特征，以及该时刻对应的试件表面细观图像变化情况，可建立金属材料细观损伤过程的声发射量化表征模型，实现用声发射测试数据对金属材料细观损伤的早期预报。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术采用实验平台中的原位拉伸机可以控制加载速率，这样在拉伸过程中便于观察试件表面细观损伤情况；2、本专利技术将声发射测试技术和数字图像观测技术相结合，可对金属材料细观损伤全过程进行“视听”结合记录，实现利用声学数据对金属材料细观损伤进行早期预报；3、本专利技术将声学技术和原位拉伸技术相结合，在声发射源信号突变的情况下结合原位拉伸下细观损伤图像的实时变化情况，有效建立声信号参数和损伤机制的联系；4、本专利技术实验平台可以随做随停，可以及时捕捉原位拉伸下的细观损伤变化图，实现后续图像分析；5、本专利技术实验平台中的数字摄像头可以录制整个拉伸过程，解决了原位拉伸实验不可再现的问题。附图说明：图1是本专利技术中装置的结构示意图。图1中1、高分辨率显微镜；2、高清数字摄像头；3、计算机；4、声信号数据采集系统；5、声发射测试仪；6、前置放大器；7、信号线；8、微力原位拉伸机；9、微型传感器、10、被检测拉伸试件。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的说明：如图1所示，这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机8，微力原位拉伸机8连接声信号数据采集系统4构成；声信号数据采集系统4连接计算机3，声信号数据采集系统4为PAC声信号数据采集系统，计算机3带有AEwin软件，微力原位拉伸机8和声信号数据采集系统4，其功能在于对试验试件进行一定速率的拉伸并记录实时拉伸数据。细观损伤观察机构由高分辨率显微镜1与高清数字摄像头2连接并设置于显微镜置物台上构成，高分辨率显微镜1和高清数字摄像头2设置于微力原位拉伸机8的上方；高清数字摄像头2连接计算机3。正置显微镜和高清数字摄像头2其功能在于记录拉伸过程中金属材料细观损伤的变化情况并将图像结果实时传输至主控计算机，显微镜置物台的功能是便于实验过程中观察拉伸机对被检测拉伸试件的过程。微弱声信号检测机构具有声发射测试仪5、前置放大器6、信号线、两个微型传感器9，微型传感器9利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件10表面，被检测拉伸试件10两端各固定一个微型传感器9；声发射测试仪5连接计算机3，声发射测试仪5为多通道声发射测试仪。声发射测试仪5利用信号线7与前置放大器6相连，前置放大器6与PICO微型传感器连接，信号线7采用BNC同轴信号线，前置放大器6采用2/4/6-AST前置放大器，微型传感器9采用PICO微型传感器。微弱声信号检测机构在于记录拉伸过程中产生的声发射信号，并将信号实时传输至计算机3上。这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台的工作过程：1、连接好所需设备，并调试无误原位拉伸实验之前，连接好高分辨率显微镜1、微力原位拉伸机8和声发射测试仪5，接通电源、选择合适的声发射门槛、设定拉伸速率及调试软件。2、设备工作状态确认，开始实验将处理过的试件固定于微力原位拉伸机8，并将微型传感器9固定于试件两端，进行断铅实验以测试微型传感器9灵敏度，微型传感器9合格后启动拉伸机的同时，开始记录声发射信号，并在计算机3上存储和显示由高清数字摄像头2拍摄的试件表面细观损伤图像。实验加载设有微力原位拉伸机8以设定的速率进行单轴拉伸金属材料试样并设置加载载荷上限，采用采集微弱声信号的数据采集系统收集数据。当试件开始拉伸时，图像记录和AEwin软件需要同时进行。3、实验过程记录从拉伸起始直至试件断本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台，其特征在于：这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机（8），微力原位拉伸机（8）连接声信号数据采集系统（4）构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜（1）与高清数字摄像头（2）连接并设置于显微镜置物台上构成，高分辨率显微镜（1）和高清数字摄像头（2）设置于微力原位拉伸机（8）的上方；微弱声信号检测机构具有声发射检测仪（5）、前置放大器（6）、信号线（7）、两个微型传感器（9），微型传感器（9）利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件（10）表面，被检测拉伸试件（10）两端各固定一个微型传感器（9）；声信号数据采集系统（4）、高清数字摄像头（2）、声发射检测仪（5）均连接计算机（3），声发射检测仪（5）为多通道声发射检测仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台，其特征在于：这种可表征金属细观损伤变化的声学测试平台包括微力原位拉伸试验加载机构、细观损伤观察机构、微弱声信号检测机构，微力原位拉伸试验加载机构由原位拉伸试验平台上设置微力原位拉伸机（8），微力原位拉伸机（8）连接声信号数据采集系统（4）构成；细观损伤观察机构由高分辨率显微镜（1）与高清数字摄像头（2）连接并设置于显微镜置物台上构成，高分辨率显微镜（1）和高清数字摄像头（2）设置于微力原位拉伸机（8）的上方；微弱声信号检测机构具有声发射检测仪（5）、前置放大器（6）、信号线（7）、两个微型传感器（9），微型传感器（9）利用耦合剂耦合于被检测拉伸试件（10）表面，被检测拉伸试件（10）两端各固定一个微型传感器（9）；声信号数据采集系统（4）、高清数字摄像头（2）、声发射检测仪（5）均连接计算机（3），声发射检测仪（5）为多通道声发射检测仪。


2.根据权利要求1所述的可表征金属细观损伤变化的声学测试平台，其特征在于：所述的声发射检测仪（5）利用信号线（7）与前置放大器（6）相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张颖，丛蕊，王新颖，高俊伟，王雪琴，王茜，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32