【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无线通信，具体涉及一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统、测试方法及应用。
技术介绍
1、研究人员常采用材料的断裂韧性来表征材料阻止裂纹扩展的能力，是度量材料韧性的一个定量指标。在加载力、加载速度和温度等外界条件不变的情况下，材料的断裂韧性是一个常数，是材料固有的特性。目前断裂韧性测试方法常采用压痕法，即先使用压痕仪对样品施加载荷产生压痕，然后通过扫描电子显微镜等手段得到压痕径向裂纹长度，通过经验公式计算出断裂韧性数值(kic)，测试步骤繁琐，效率较低；目前检测裂纹长度的方法还有很多，例如申请号为cn201820366450.6的专利申请公开了一种裂纹长度检测装置，使用两个激光发射器测量测微螺杆旋进距离检测裂纹长度；申请号为cn202111043061.2的专利申请公开了一种列车部件裂纹长度检测方法及装置，通过在部件表面设置两个电流探针通恒定电流，根据探针之间的电压差值确定裂纹长度。但是这些测量裂纹长度的方法，均需在样品处添加过多其他装置来辅助实现裂纹长度的检测，检测效率低，且难以实现对于尺寸较小、需检测压痕径向裂纹长度的样品，如何高效的测量压痕径向裂纹长度成为研究人员长期关注的问题。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统、测试方法及应用，将声发射传感器与待检测样品连接，对样品施加载荷，压痕信号通过传感器传送至前置放大器，将信号放大处理后发送至计算机系统，提取声发射特征信号，结合扫描电
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，包括信号采集模块、信号存储和显示模块和信号处理分析模块；所述信号采集模块的声发射传感器,将施加在待检测样品上的压痕信号传送至信号采集模块的前置放大器，前置放大器对信号放大处理后传输给信号存储和显示模块，信号存储和显示模块的数据采集卡将接收到的电信号转换为数字信号，然后通过计算机接口将接收到的信号传输至计算机内存中，并将信号进行存储和显示；然后信号处理分析模块将信号存储和显示模块中的声发射信号通过聚类分析、小波包变换提取出压痕径向裂纹长度的持续时间这一特征参数，通过仿真建立提取的持续时间与扫描电子显微镜测得的被测样品压痕径向裂纹长度的定量关系。
4、所述信号采集模块包括声发射传感器，声发射传感器的信号输出端与前置放大器的信号输入端相连接，信号通过前置放大器的输出端放大输入至计算机；所述声发射传感器将微弱的声信号转化为电信号，用于获取声发射信号的产生和形态特征，信号采集模块的前置放大器提高信噪比、改善频率响应并将微弱的电信号加以放大，传输给信号存储和显示模块；
5、所述信号存储和显示模块包括数据采集卡和计算机，数据采集卡的信号接收端与前置放大器的信号输出端连接，然后将接收到的电信号转换为数字信号，通过计算机接口传输至计算机内存中，将信号采集模块采集到的声发射信号进行存储和显示；
6、所述信号处理分析模块将信号存储和显示模块中的声发射信号进行处理：提取指定声发射特征信号参数，包括幅值、峰频、持续时间；使用聚类分析方法将信号分为不同类别；对不同类别的信号进行小波包变化、分解、重构和时域分析，得到压痕径向裂纹长度信号持续时间；结合扫描电子显微镜测得的压痕径向裂纹长度，建立声发射信号特征参数和测得的压痕径向裂纹长度的定量关系。
7、所述声发射信号特征参数和压痕径向裂纹长度之间的定量关系如下：c(x)＝axb+c，其中c为压痕中心至裂纹尖端长度，x为持续时间这一特征参数，a、b、c为样品物理性质的常数，b的取值范围为(-1,1)。
8、一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的测试方法，具体步骤如下：
9、步骤1、试验开始前进行断铅试验，使用直径为0.3\0.5\0.7mm的hb自动铅笔，铅芯伸长量为2～3mm，每次断铅时保证铅芯与试件表面夹角为30～40°，并采用夹具将声发射传感器固定，逐渐施力转动笔头直至铅芯断裂，采集发出的声发射信号，通过得到的波形图检测声发射传感器灵敏度；
10、步骤2、被测样品准备工作：将被测样品抛光至0.05～1μm；通过夹持装置将被检测样品固定在压痕仪样品台处，在声发射传感器与被测样品之间涂抹耦合剂，并施加机械力使二者紧密结合；
11、步骤3、设置压痕仪参数，压痕载荷范围为4.903-49.03n，保载时间为5-20s，启动压痕仪开始压痕测试，压痕间的距离至少相隔4mm以上，每个被测样品应进行至少10次压痕测试；
12、步骤4、设置声发射仪器参数：设置采样门槛值来降低周围环境噪声的影响，采样门槛值为环境噪音为环境噪音+5～+8db；选择前置放大器20\40\60db、采样频率1～4mhz、hit长度1～2k，频率范围0.1～1mhz，采集并存储声发射信号特征参数；
13、步骤5、从接收到的声发射信号中提取声发射特征参数，包括：幅值、峰频、持续时间；然后将声发射信号分为不同类别；对不同类别的声发射信号进行小波包变化、分解、重构和时域分析，得到压痕径向裂纹长度信号持续时间；
14、步骤6、对步骤3压痕测试后的被测样品进行扫描电子显微镜测量，测量压痕径向裂纹长度；
15、步骤7、根据步骤5和步骤6结果，通过数据拟合的方式建立声发射信号特征参数(x，持续时间)和压痕径向裂纹长度(c)之间的定量关系，c(x)＝axb+c；
16、步骤8、在步骤7获得声发射信号特征参数和压痕径向裂纹长度之间的定量关系式之后，再进行压痕测量时，只需将经过步骤5得到的声发射信号特征参数直接代入步骤7得到的c(x)＝axb+c式，即可得到压痕径向裂纹长度。
17、步骤2所述耦合剂包括真空润滑脂、凡士林或黄油。
18、步骤5中将信号分为不同类别采用聚类分析方法，包括k均值聚类方法。
19、一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的应用，将压痕仪直接测量得到的硬度h、压痕载荷p参数和c(x)＝axb+c中的压痕径向裂纹长度c及通过纳米压痕仪测量得到的材料弹性模量e参数带入经验公式，即可计算出材料的断裂韧性数值。
20、所述经验公式为：
21、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
22、1、本专利技术的基于声发射的压痕径向裂纹长度高效表征技术，对压痕径向裂纹长度测试方法展开深入研究并进行系统搭建和测试，通过聚类分析、小波函数分析，提取表征压痕径向裂纹长度的声发射信号特征参数，结合扫描电子显微镜技术，建立本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，包括信号采集模块、信号存储和显示模块和信号处理分析模块；其特征在于，所述信号采集模块的声发射传感器,将施加在待检测样品上的压痕信号传送至信号采集模块的前置放大器，前置放大器对信号放大处理后传输给信号存储和显示模块，信号存储和显示模块的数据采集卡将接收到的电信号转换为数字信号，然后通过计算机接口将接收到的信号传输至计算机内存中，并将信号进行存储和显示；然后信号处理分析模块将信号存储和显示模块中的声发射信号通过聚类分析、小波包变换提取出压痕径向裂纹长度的持续时间这一特征参数，通过仿真建立提取的持续时间与扫描电子显微镜测得的被测样品压痕径向裂纹长度的定量关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，其特征在于，所述声发射信号特征参数和压痕径向裂纹长度之间的定量关系如下：c(x)＝AxB+C，其中，c为压痕中心至裂纹尖端长度，x为持续时间这一特征参数，A、B、C为样品物理性质的常数，B的取值范围为(-1,1
4.基于权利要求1至3任一项所述声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的测试方法，其特征在于，具体步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试方法，其特征在于，步骤2所述耦合剂包括真空润滑脂、凡士林或黄油。
6.根据权利要求4所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的测试方法，其特征在于，步骤5中将声发射信号分为不同类别采用聚类分析方法，包括k均值聚类方法。
7.一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的应用，其特征在于，将压痕仪直接测量得到的硬度H、压痕载荷P参数和c(x)＝AxB+C中的压痕径向裂纹长度c及通过纳米压痕仪测量得到的材料弹性模量E参数带入经验公式，即可计算出材料的断裂韧性数值。
8.根据权利要求7所述的基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统的应用，其特征在于，所述经验公式为：
...【技术特征摘要】
1.一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，包括信号采集模块、信号存储和显示模块和信号处理分析模块；其特征在于，所述信号采集模块的声发射传感器,将施加在待检测样品上的压痕信号传送至信号采集模块的前置放大器，前置放大器对信号放大处理后传输给信号存储和显示模块，信号存储和显示模块的数据采集卡将接收到的电信号转换为数字信号，然后通过计算机接口将接收到的信号传输至计算机内存中，并将信号进行存储和显示；然后信号处理分析模块将信号存储和显示模块中的声发射信号通过聚类分析、小波包变换提取出压痕径向裂纹长度的持续时间这一特征参数，通过仿真建立提取的持续时间与扫描电子显微镜测得的被测样品压痕径向裂纹长度的定量关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，其特征在于，
3.根据权利要求2所述的一种基于声发射的压痕径向裂纹长度的测试系统，其特征在于，所述声发射信号特征参数和压痕径向裂纹长度之间的定量关系如下：c(x)＝axb+c，其中，c为压痕中心至裂...
【专利技术属性】
技术研发人员：程春玉，吕田田，杨丽，周益春，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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