本发明专利技术是一种优化测量金属材料力学性能退化超声非线性检测装置，用于测量金属材料力学性能退化。本装置包括基础固定平台、准直对中单元、接触应力控制单元和信号采集单元。基础固定平台为三层板结构。准直对中单元包括螺旋顶杆、圆柱形滑块和垫片，螺旋顶杆可以沿着顶层板的中心孔旋进旋出，圆柱形滑块与中层板的中心孔间隙配合，垫片设置在圆柱形滑块上表面的凹槽内。在准直对中单元和接触应力采集单元之间放置有信号采集单元设置，二者对信号采集单元施加作用力。本发明专利技术具有测量精度高，系统非线性影响小，干扰因素少，可重复性好，测量过程不受人员经验水平限制，测量过程和数据便于处理等优点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术测量装置主要涉及一种具有优化性能的，用于离线测量金属材料力学性能退化的超声非线性特性的固定及检测测量装置。
技术介绍
金属材料力学性能退化与超声波透过材料传播时的非线性效应密切相关，可由非线性系数表征。非线性系数与测量信号的基波和二次谐波的大小有关，其量值非常小，受基波和二次谐波变化影响较大，容易被系统非线性淹没，因此对测试系统要求高。测量过程中探头和试件的耦合效果以及接触应力等因素，都影响着探头对超声波的激励接收效果，是系统非线性的影响因素。决定着超声非线性测量的结果，及其试验的稳定性等因素。目前所进行的金属材料超声非线性系数的测量中，对能实现优化测量过程的金属材料力学性能退化的超声非线性特性的固定及检测装置鲜有介绍。因此研制一种高效的，可重复性好的固定及检测装置具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术装置提供了一种超声非线性检测装置，该装置在金属材料非线性测量过程中具有测量精度高、效率高、可重复性好、劳动强度低、测量结果不受测量人员本身经验影响的特点，具有普遍适用性。 为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案。本装置包括基础固定平台、准直对中单元、接触应力控制单元和信号采集单元。 所述的基础固定平台包括顶层板、中层板、底座支撑板和螺栓，顶层板、中层板和底座支撑板自上而下通过螺栓固定连接为一体，并且顶层板、中层板和底座支撑板均沿水平方向布置三者之间相互平行； 所述的准直对中单元包括螺旋顶杆、圆柱形滑块和设置在螺旋顶杆和圆柱形滑块之间的垫片。在顶层板的中心开有螺纹孔，螺旋顶杆穿过螺纹孔与顶层板螺纹连接。在中层板的中心开有通孔，圆柱形滑块穿过该通孔并与通孔间隙配合，圆柱形滑块的上端加工有一凸缘结构，凸缘结构的直径大于中层板上通孔的直径，保证圆柱形滑块可自然搭置于中层板上，圆柱形滑块可沿检测装置中轴线方向自由向上移动。在凸缘上开有一个槽，垫片设置在该槽内，螺旋顶杆、垫片和圆柱形滑块位于同一中心轴线上，螺旋顶杆旋动时，螺旋顶杆的下端能够压紧垫片。 所述的接触应力控制单元包括称重传感器和顶针装置，所述的称重传感器设置在底座支撑板上，所述的顶针装置包括放置在称重传感器上的顶针底座和固定在顶针底座上面的半球冠状的顶针。顶针装置顶部的半球冠设计，便于点接触接触应力施力。 所述的信号采集单元设置在准直对中单元和接触应力采集单元之间，包括套筒、激励探头、接收探头和试件，试件设置在套筒内，激励探头和接收探头设置在试件的两端，激励探头、试件和接收探头的总长度要大于套筒的长度，同时激励探头、试件及接收探头的整体高度还大于圆柱形滑块的下表面和顶针上表面之间的最小距离。 螺旋顶杆、垫片、圆柱形滑块、套筒、试件和顶针的中心处于同一轴线上。 螺旋顶杆采用一根双头螺柱，在双头螺柱的顶端沿水平方向加工有一通孔，螺钉水平穿过该通孔，并用两个螺母将螺钉固定，作为双头螺柱的旋转扶手，可便于控制双头螺柱的旋进旋出。也可以不使用旋转扶手或用旋转扶手和螺柱加工成一体的螺纹杆替代。 所述的试件、激励探头和接收探头三者之间的接触面均涂有耦合剂。 顶层板、中层板和底座支撑板组成XY水平方向三层板平行结构基础固定平台，该平台既是整台超声非线性优化测量装置的基础平台，又是XY水平方向和竖直方向Z的固定基准。三层板材均为尺寸相同的长方形或三角形平板，通过四角上的四个或三个竖直平行布置的六角形紧固螺栓8固定，保证三层板结构相对位置的稳固和沿XY方向的标准平行，去除了系统平行度等外加影响因素。在Z方向即竖直方向上，螺旋顶杆、垫片、圆柱形滑块、套筒、激励探头、试件、接收探头和顶针装置中的顶针位于同一中心轴线上，可确保测量过程中被测部分不会沿X、 Y方向作微小偏移，从而保证测量试件测量过程中始终在竖直方向的中心准直，去除了系统垂直度等外加影响因素。 旋转螺旋顶杆时，螺旋顶杆和垫片结合，通过垫片和圆柱形滑块联结为整体，确保 接触应力施力的稳定。螺旋顶杆沿Z轴方向的转动进给量转变为圆柱形滑块沿Z轴方向的 直线进给量，通过垫片部分则可排除螺旋顶杆拧动过程中的迟滞效应影响。这样就能在很 大程度上控制探头和夹持界面间的接触应力作用，使之保持恒定，从而避免在实验过程中 引入额外的非线性参数变化量，确保试验结果的准确性。 接触应力控制单元主要特征在于套筒、顶针装置和称重传感器的使用。接触应力 控制单元采用点-面接触施力方式。夹持时将套筒整体置于应变式称重传感器上的顶针装 置之上，手动微调至套筒平稳，同时旋动螺旋顶杆压紧套筒，则可确保几何准直对中及接触 应力施力作用的完成。施力单元上部为圆柱形滑块面和套筒的面接触施力，下部为套筒和 顶针装置的点接触施力。在此点-面接触装置中，面接触应力有利于施加和控制整体接触 应力，点接触有利于中心接触点的选择控制，保证测量装置的可重复性和中心准直。接触应 力的大小通过应变式称重传感器输出电压的大小表征，通过旋转螺旋顶杆调整施力装置对 被测部分的压紧程度来控制接触应力，达到测量过程中接触应力恒定的目的。 套筒所固定的纵波激励探头、圆柱形试件及纵波接收探头均可拆卸，安装组合方 便可调整。这样的组合安装加工制造容易、调整间隙方便、刚度好、有一定抗倾覆能力。受 试件表面加工精度的影响，在探头与试件的接触面上，不能保证两者是完全贴合的。不完全 贴合导致超声导波的衰减大，接收到的信号微弱，有用信号可能被杂波信号所掩盖，影响试 验测量结果。因此试验过程中，激励探头、试件、接收探头的接触方式为耦合剂耦合。本发 明中套筒的使用，使激励探头、试件、接收探头三者在XY平面上固定，保证其无XY方向的偏 移。在Z方向上由螺旋顶杆和顶针装置固定压紧，保证接触面的紧密贴合且所有部件位于 同一轴线上，保证接触应力不变。根据试验的测量要求，套筒可以将激励探头、试件和接收 探头必须能够相对稳定的固定在夹持装置上，否则在换耦合过程中，探头和试件相对位置 会由于摩擦力作用而发生改变，从而不同程度的影响超声波激励和接收效率，引入非线性 测量系统的随机误差，得出的结果将不具备可比性。套筒的使用可保证被测部分沿中心轴 线对中准直，很好的解决了这些问题。 采用了以上结构，本专利技术可以方便、精确、快速的测量金属材料试件的基波及二次谐波等参数，从而确定非线性系数。附图说明图l(a)图l(b)图l(c)图2为图3(a)图3(b)图4(a)图4(b)图5(a)图5(b)图6(a)图6(b)图6(c)图7(a)图7(b)图8为图)为具有优化性能的固定及检测装置主视图)为具有优化性能的固定及检测装置左视图)为具有优化性能的固定及检测装置俯视图螺旋顶杆视图)为垫片主视图)为垫片俯视图)为圆柱形滑块主视图)为圆柱形滑块俯视图)为顶针装置视图主视图)为顶针装置视图俯视图)为应变式称重传感器和顶针装置主视图)为应变式称重传感器和顶针装置左视图)为应变式称重传感器和顶针装置俯视图)为套筒视图主视图)为套筒视图俯视图金属材料力学性能退化超声非线性测量装置信号处理单元信号采集原理具体实施例方式下面结合说明书附图对本专利技术作进一步详述。 本实施例包括基础固定平台、准直对中单元、接触应力控制单元和信号采集单元，下面结合附图对各部分进行详细说明 如图1(a)、l(b)所示，基础固定平台包括沿XY水平方向布置的三本文档来自技高网...
【技术保护点】
优化测量金属材料力学性能退化超声非线性检测装置，其特征在于：包括基础固定平台、准直对中单元、接触应力控制单元和信号采集单元； 所述的基础固定平台包括顶层板（２）、中层板（４）、底座支撑板（９）和螺栓（８），顶层板（２）、中层板（４）和底座支撑板（９）自上而下通过螺栓（８）固定连接为一体，并且顶层板（２）、中层板（４）和底座支撑板（９）均沿水平方向布置三者之间相互平行； 所述的准直对中单元包括螺旋顶杆（１）、圆柱形滑块（５）和设置在螺旋顶杆（１）和圆柱形滑块（５）之间的垫片（３）；在顶层板（２）的中心开有螺纹孔，螺旋顶杆（１）穿过螺纹孔与顶层板（２）螺纹连接；在中层板（４）的中心开有通孔，圆柱形滑块（５）穿过该通孔并与通孔间隙配合，圆柱形滑块（５）的上端加工有一凸缘结构，凸缘结构的直径大于中层板（４）上通孔的直径，使圆柱形滑块（５）能够自由搭置在中层板上，在凸缘上开有一个槽，垫片（３）设置在该槽内，旋转螺旋顶杆（１）时，螺旋顶杆（１）的下端能够压紧垫片（３）； 所述的接触应力控制单元包括称重传感器（７）和顶针装置，所述的称重传感器设置在底座支撑板（９）上，所述的顶针装置包括放置在称重传感器（７）上的顶针底座和固定在顶针底座上面的半球冠状的顶针（６１）； 所述的信号采集单元设置在准直对中单元和接触应力采集单元之间，包括套筒、激励探头、接收探头和试件，试件设置在套筒内，激励探头和接收探头设置在试件的两端，激励探头、试件和接收探头的总长度要大于套筒的长度，同时还要大于准直对中单元中的圆柱形滑块（５）的下表面和接触应力采集单元中的顶针（６１）的上表面之间的最小距离； 螺旋顶杆（１）、垫片（３）、圆柱形滑块（５）、套筒、试件和顶针（６１）的中心处于同一轴线上。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴斌，李佳锐，颜丙生，何存富，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[]
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