CN103773945A - 振动时效振级实时测试系统以及自动调整方法 - Google Patents

Abstract

振动时效振级实时测试系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器、支撑装置；构件与激振器固定连接；处理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；处理器包括电压波形读取模块，电压识别模块，和振级检测模块，及临界阈值设置模块。振级自动调整的方法包括将构件与激振器固定连接；在振级检测模块中设置参数值；电压波形读取模块获取示波器显示的电压波形；电压识别模块获取电压峰值；处理器确定振动时效的第一激励频率；处理器确定振动时效的第二激励频率，使激振器在第二激励频率下对构件进行振动时效处理。本发明具有能够准确、实时的测试振级，对振级进行自动调整的优点。

Description

振动时效振级实时测试系统以及自动调整方法

技术领域

本发明涉及一种振动时效振级实时测试系统以及自动调整方法。

技术背景

振动时效技术是机械工程领域中常用的残余应力调控方法，是对构件施加机械振动载荷，当构件内部的残余应力和附加的振动应力之和超过材料的局部屈服极限的时候，使材料发生局部塑性变形，从而使材料内部的残余应力得以松弛和降低。激励频率越接近构件的固有频率时，作用在构件上的附加动应力越大，即作用在构件上的振级越大，越有利于消除构件的残余应力。

尹何迟等人在<<振动与冲击>>杂志上的文献“大桥箱型梁振动时效工艺与效果评定”中公布了构件经过振动时效处理后，构件的固有频率值会出现变小的现象；龚月霞等人在<<节能>>杂志上的文献“振动时效效果评定方法的探讨”中共公布了构件经过振动时效处理后，构件的固有频率值也会出现变小的现象。

现有的振动时效工艺，常常选择构件振动时效处理前构件的固有频率值作为激励频率，且在时效过程中激励频率是恒定不变的。由上述技术文献发现，构件在振动时效处理过程中固有频率值会变小，使得激励频率值与构件实际固有频率值的差值越来越大，共振效果越来越差，导致作用在构件上的振级越来越小，降低了残余应力的消除效果。

发明内容

为了能够准确、实时的测试作用在构件上的振级，以及对振级进行自动的调整，本发明提出一种振动时效振级实时测试系统以及自动调整方法。

振动时效振级实时测试系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器、支撑装置；构件与激振器固定连接；处理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；信号发生器的正弦激励信号输入驱动器中，驱动器的输出信号驱动激振器振动；

加速度传感器安装在构件上，加速度传感器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连接，示波器与处理器连接；

处理器包括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，和将电压峰值转换为输出振级的振级检测模块，以及振级相对变化量的临界阈值设置模块；

振级检测模块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：                                               

(ms^-2)，其中，a表示振级，输出振级通过处理器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，支撑装置为弹性元件。

用于振动时效振级自动调整的方法包括以下步骤：

(1)、将构件与激振器固定连接；通过支撑装置对构件进行支撑，以便激振器对构件进行激振；将加速度传感器安装在构件上；接通处理器与信号发生器以及示波器之间的信号连线；接通信号发生器与驱动器之间的信号连线；接通加速度传感器与电荷放大器之间的信号连线；接通电荷放大器与示波器之间的信号连线；接通处理器、驱动器、信号发生器、电荷放大器、示波器、激振器的电源；

(2)、在振级检测模块中设置电荷放大器输入通道的灵敏度系数为S (pC/Unit)，放大系数为F (Unit/V)；加速度传感器的灵敏度值为s (pC/ms^-2)；在振级相对变化量的临界阈值设置模块中设置振级相对变化量的临界阈值

；

(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)；振级检测模块中输出振级与电压峰值的转换关系为：

(ms^-2)；

(4)、处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁；

(5)、激振器在第i激励频率f _i 下对构件进行振动时效处理，

，n为正整数，处理器实时获得当前作用在构件上的振级

，并计算振级的相对变化量

；判断是否

，若是，则处理器通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1，使激振器在第i+1激励频率f _i+1下对构件进行振动时效处理；若否，则激振器在第i激励频率f _i 下对构件进行振动时效处理。

步骤(4)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁包括以下步骤：

(4.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率f ₀ 设置为0 Hz，然后处理器控制信号发生器以100 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；处理器分别记录下每一激励频率时作用在构件上的振级a；处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₁；

(4.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₁-100) Hz，以10 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₂；

(4.3)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₂-10) Hz，以1 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第一激励频率f ₁和第一激励频率f ₁确定的时刻作用在构件上的振级

。

步骤(5)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1包括以下步骤：

(5.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为f _i  Hz，然后处理器控制信号发生器以1Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；处理器记录下每一激励频率时作用在构件上的振级a，得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率，并记为f _(i+1)1；

(5.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f _(i+1)1+1) Hz，以0.1 Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；然后重复步骤(5.1)的过程，处理器得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第i+1激励频率f _i+1和第i+1激励频率f _i+1确定的时刻作用在构件上的振级。

本发明的技术构思是：由信号发生器、驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器以及信号处理器构成振动时效振级实时测试系统；构件与激振器相互固定连接；通过支撑装置对构件进行支撑，以便激振器对构件进行激振；处理器控制信号发生器输出第一激励频率信号f ₁；驱动器放大激励信号后驱动激振器，对构件进行振动时效处理；加速度传感器采集构件的振动信号后通过电荷放大器放大并显示在示波器上；信号处理器通过计算机接口读取示波器显示的电压信号并获取电压信号的峰值，然后计算出作用在构件上的振级；当振级相对变化量

时，处理器自动通过扫频法确定新的振动时效激励频率

。

本发明的有益效果如下：

1、能够将加速度传感器输出的电荷信号转换为振动加速度值，实时、准确地获知作用在构件上的振级。

2、处理器能够实时获取振动时效过程中构件的固有频率值，根据构件固有频率值的改变，自动调节激励频率，确保振动消除残余应力的效果。

3、构件振动处理后的固有频率值变化量较小，处理器自动控制信号发生器以更高分辨率的频率步长对构件进行扫频，能够准确的获取时效过程中构件的实际固有频率值。

4、处理器能够自动的确定构件振动处理前的固有频率值、振动处理过程中构件的实际固有频率值以及当前作用在构件上的振级，无需手动操作，减少了工作量，提高了工作效率。

附图说明

图1 振动时效振级实时测试系统示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本发明：

振动时效振级实时测试系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器1、加速度传感器2、电荷放大器、示波器、支撑装置4；构件3与激振器1固定连接；处理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；信号发生器的正弦激励信号输入驱动器中，驱动器的输出信号驱动激振器1振动；

加速度传感器2安装在构件3上，加速度传感器2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连接，示波器与处理器连接；

处理器包括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，将电压峰值转换为输出振级的振级检测模块，和振级相对变化量的临界阈值设置模块；

振级检测模块预设有加速度传感器2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：(ms^-2)，其中，a表示振级，输出振级通过处理器的显示界面显示给用户。

加速度传感器2为压电式加速度传感器。

支撑装置4为弹性元件。

用于振动时效振级自动调整的方法包括以下步骤：

(1)、将构件3与激振器1固定连接；通过支撑装置4对构件3进行支撑，以便激振器1对构件3进行激振；将加速度传感器2安装在构件3上；接通处理器与信号发生器以及示波器之间的信号连线；接通信号发生器与驱动器之间的信号连线；接通加速度传感器2与电荷放大器之间的信号连线；接通电荷放大器与示波器之间的信号连线；接通处理器、驱动器、信号发生器、电荷放大器、示波器、激振器1的电源；

(2)、在振级检测模块中设置电荷放大器输入通道的灵敏度系数为S (pC/Unit)，放大系数为F (Unit/V)；加速度传感器2的灵敏度值为s (pC/ms^-2)；在振级变化量的临界阈值设置模块中设置振级相对变化量的临界阈值

；

(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)；振级检测模块中输出振级与电压峰值的转换关系为：

(ms^-2)；

(4)、处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁；

(5)、激振器1在第i激励频率f _i 下对构件3进行振动时效处理，

，n为正整数；处理器实时获得当前作用在构件3上的振级

，并计算振级的相对变化量

。判断是否

，若是，则处理器通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1，使激振器1在第i+1激励频率f _i+1下对构件3进行振动时效处理；若否，则激振器在第i激励频率f _i 下对构件进行振动时效处理。

步骤(4)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁包括以下步骤：

(4.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率f ₀ 设置为0 Hz，然后处理器控制信号发生器以100 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；处理器分别记录下每一激励频率时作用在构件3上的振级a；处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₁；

(4.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₁-100) Hz，以10 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₂；

(4.3)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₂-10) Hz，以1 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第一激励频率f ₁和第一激励频率f ₁确定的时刻作用在构件3上的

。

步骤(5)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1包括以下步骤：

(5.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为f _i  Hz，然后处理器控制信号发生器以1Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；处理器记录下每一激励频率时作用在构件3上的振级a，得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率，并记为f _(i+1)1；

(5.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f _(i+1)1+1) Hz，以0.1 Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；然后重复步骤(5.1)的过程，处理器得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第i+1激励频率f _i+1和第i+1激励频率f _i+1确定的时刻作用在构件3上的振级

。

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 (6)

1.振动时效振级实时测试系统，包括处理器、信号发生器、驱动器、激振器、加速度传感器、电荷放大器、示波器、支撑装置；构件与激振器固定连接；处理器控制信号发生器输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；信号发生器的正弦激励信号输入驱动器中，驱动器的输出信号驱动激振器振动；

加速度传感器安装在构件上，加速度传感器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连接，示波器与处理器连接；

处理器包括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的电压识别模块，和将电压峰值转换为输出振级的振级检测模块，以及振级相对变化量的临界阈值设置模块；

振级检测模块预设有加速度传感器的灵敏度值s，电荷放大器输入通道的灵敏度系数S，放大系数F；输出振级与电压峰值的转换关系为：                                                

，其中，a表示振级，输出振级通过处理器的显示界面显示给用户。

2.如权利要求1所述的振动时效振级实时测试系统，其特征在于：加速度传感器为压电式加速度传感器。

3.如权利要求2所述的振动时效振级实时测试系统，其特征在于：支撑装置为弹性元件。

4.使用如权利要求1-3之一所述的振动时效振级实时测试系统自动调整的方法包括以下步骤：

(1)、将构件与激振器固定连接；通过支撑装置对构件进行支撑，以便激振器对构件进行激振；将加速度传感器安装在构件上；接通处理器与信号发生器以及示波器之间的信号连线；接通信号发生器与驱动器之间的信号连线；接通加速度传感器与电荷放大器之间的信号连线；接通电荷放大器与示波器之间的信号连线；接通处理器、驱动器、信号发生器、电荷放大器、示波器、激振器的电源；

(2)、在振级检测模块中设置电荷放大器输入通道的灵敏度系数为S，放大系数为F；加速度传感器的灵敏度值为s)；在振级相对变化量的临界阈值设置模块中设置振级相对变化量的临界阈值

；

(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；振级检测模块中输出振级与电压峰值的转换关系为：

；

(4)、处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁；

(5)、激振器在第i激励频率f _i 下对构件进行振动时效处理，

，n为正整数，处理器实时获得当前作用在构件上的振级

，并计算振级的相对变化量

；判断是否

，若是，则处理器通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1，使激振器在第i+1激励频率f _i+1下对构件进行振动时效处理；若否，则激振器在第i激励频率f _i 下对构件进行振动时效处理。

5.如权利要求4所述的用于振动时效振级自动调整的方法，其特征在于：步骤(4)中，处理器通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁包括以下步骤：

步骤(4)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第一激励频率f ₁包括以下步骤：

(4.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率f ₀ 设置为0 Hz，然后处理器控制信号发生器以100 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；处理器分别记录下每一激励频率时作用在构件上的振级a；处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₁；

(4.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₁-100) Hz，以10 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率，并记为f ₁₂；

(4.3)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f ₁₂-10) Hz，以1 Hz为步长逐步增加信号发生器的输出频率；然后重复步骤(4.1)的过程，处理器得到振级a最大时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第一激励频率f ₁和第一激励频率f ₁确定的时刻作用在构件上的振级

。

6.如权利要求5所述的用于振动时效振级自动调整的方法，其特征在于：步骤(5)中，处理器自动通过扫频法确定振动时效的第i+1激励频率f _i+1包括以下步骤：

(5.1)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为f _i  Hz，然后处理器控制信号发生器以1Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；处理器记录下每一激励频率时作用在构件上的振级a，得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率，并记为f _(i+1)1；

(5.2)、处理器控制信号发生器的初始激励频率设置为(f _(i+1)1+1) Hz，以0.1 Hz为步长逐步减少信号发生器的输出频率；然后重复步骤(5.1)的过程，处理器得到振级a取得最大值时的频率；处理器记录下该频率和最大振级，分别为振动时效的第i+1激励频率f _i+1和第i+1激励频率f _i+1确定的时刻作用在构件上的振级。