CN103969329B - 一种微型的材料损伤检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微型的材料损伤检测装置，包括：敲击头，配置成在激振器的驱动下以固定敲击力对待检测结构表面进行敲击；和传感器，用于感测由待检测结构表面被敲击的目标区域传递到传感器的响应信号。其中，材料损伤检测装置还包括沿竖直方向设置的线性导轨和与线性导轨相配合的滑块；滑块固定于敲击头上，以在激振器的驱动下使敲击头沿线性导轨在竖直方向上移动。本发明的材料损伤检测装置因为具有敲击头和线性导轨，可对待检测结构表面进行稳定的敲击，从而根据检测到的信号确定待检测结构表面的损伤位置；滑块和线性导轨的配合使用显著地提高了敲击的稳定性。

Description

一种微型的材料损伤检测装置

技术领域

本发明涉及结构损伤的检测，特别是涉及一种微型的材料损伤检测装置。

背景技术

工程结构在制造和使用过程中由于工艺原因或使用载荷的作用，往往会产生一些局部损伤，比如裂纹、凹坑、脱粘等等，这些损伤积累到一定程度就会影响结构的正常使用。为确保结构能够正常运行，在其交付使用前或服役一段时间后都需要对之进行损伤检测。比如机翼蒙皮等航空构件，只有其内部的损伤小于规定的程度才能交付使用，而使用一段时间后，又需要对这些构件重新进行损伤检测以确保今后的飞行安全。

现存的比较常见的检测方法有超声波检测、磁涡流、红外线成像、CT扫描检测等，但因其装置结构庞大或对环境要求比较高或对检测物体的材料性质有特殊要求，对于狭小空间内单侧可达结构的检测往往很困难。例如很多检测仪器就很难对机身腹部复合材料蒙皮的内部损伤进行有效的检测。此外，现有的一些常用的材料损伤检测装置的体积比较大，搬运及移动都很费力，随身携带不够方便。

发明内容

本发明的一个目的旨在克服现有技术中的结构损伤检测装置的至少一个缺陷，提供一种精度高且不受检测对象所处的位置限制的微型的材料损伤检测装置。

本发明的一个进一步的目的是提供一种体积小、便于携带的微型的材料损伤检测装置。

本发明的另一个进一步的目的是提供一种精度高且不受检测对象所处的方向限制的微型的材料损伤检测装置。

本发明的又一个进一步的目的是提供一种精度高且不受检测对象材料属性限制的微型的材料损伤检测装置。

本发明的再一个进一步的目的是提供一种精度高且可以从单侧对检测对象进行损伤检测的微型的材料损伤检测装置。

为了实现其中一个上述目的，本发明提供了一种微型的材料损伤检测装置，包括：敲击头，配置成在激振器的驱动下以固定敲击力对待检测结构表面进行敲击；和传感器，用于感测由所述待检测结构表面被敲击的目标区域传递到所述传感器的响应信号。特别地，为了提高敲击的稳定性，所述材料损伤检测装置还包括沿竖直方向设置的线性导轨和与所述线性导轨相配合的滑块；所述滑块固定于所述敲击头上，以在所述激振器的驱动下使所述敲击头沿所述线性导轨在竖直方向上移动。

可选地，所述滑块为长方体型；所述线性导轨具有与所述滑块相配合的矩形槽，以使所述滑块只能沿所述矩形槽的轴线移动。

可选地，所述材料损伤检测装置还包括底盘，配置成固定安装所述线性导轨。

可选地，所述底盘上均布有多个支脚。

可选地，每个所述支脚和所述底盘之间均设置有隔振层。

可选地，每个所述支脚由自润滑材料制成；或，在每个所述支脚的下端面涂抹自润滑材料以形成自润滑材料涂层；或，每个所述支脚由弹性阻尼材料制成，且在每个所述支脚的表面上设置自润滑材料涂层。

可选地，所述材料损伤检测装置还包括限位件，配置成限定所述敲击头向上运动的最高位置。

可选地，所述敲击头包括基板以及从所述基板的下端面竖直向下延伸的敲击块。

可选地，所述敲击头还包括垂直于所述基板的横向板；所述传感器安装在所述横向板上。

可选地，所述滑块固定于所述基板的一个竖向侧面上；所述激振器包括微型电动机和偏心轮；所述激振器安装在所述基板上。

本发明的微型的材料损伤检测装置因为具有敲击头和线性导轨，可对待检测结构表面进行稳定的敲击，从而根据检测到的信号确定待检测结构表面的损伤位置；滑块和线性导轨的配合使用显著地提高了敲击的稳定性，从而显著提高了检测的精确度。另外，该材料损伤检测装置不受检测对象所处的位置和检测对象的材料属性限制。

进一步地，由于本发明的微型的材料损伤检测装置中的底盘下方设置支脚，支脚可由特殊的材料制成或其表面具有特殊的材料，而且支脚和底盘之间有隔振层，可显著降低敲击时底盘沿待检测结构表面滑动式引起的噪音。

进一步地，由于本发明微型的材料损伤检测装置中的限位件的作用，限制了敲击头在竖直方向上朝上的运动，使敲击更加稳定。

进一步地，由于本发明微型的材料损伤检测装置中敲击头的特别的结构，便于敲击头与相关构件的配合以及其中的敲击块的敲击面积较小，检测更加精确。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的材料损伤检测装置的示意性结构图；

图2是图1所示材料损伤检测装置的局部结构图；

图3是图1所示材料损伤检测装置的另一视角的示意性结构图；

图4是图1所示材料损伤检测装置的另一局部结构图；

图5是图4所示局部结构图的另一视角的示意性结构图。

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的材料损伤检测装置的示意性结构图。如图1所示，本发明实施例提供了一种微型的材料损伤检测装置，其根据关于敲击损伤识别方法的理论对待检测结构表面进行无损检测。本发明实施例中的材料损伤检测装置包括敲击头10和传感器20。其中，敲击头10被配置成在激振器30的驱动下以固定敲击力对待检测结构表面进行敲击。传感器20用于感测由待检测结构表面被敲击的目标区域传递到传感器20的响应信号，例如，响应信号可为加速度信号、速度信号或者位移信号。材料损伤检测装置还连接有控制电脑或其它信号处理设备，用于对传感器20所感测的响应信号进行处理以检测材料损伤并确定正在检测的结构表面处材料的损伤程度。

特别地，为了提高敲击的稳定性，材料损伤检测装置还包括沿竖直方向设置的线性导轨40和与线性导轨相配合的滑块50。滑块50固定于敲击头10上，以在激振器30的驱动下使敲击头10沿线性导轨40在竖直方向上移动。其中，线性导轨40是由金属或其它材料制成的槽或脊，并可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。线性导轨40表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。线性导轨40又称滑轨、导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承担一定的扭矩，可实现高精度的直线运动。

图2是图1所示材料损伤检测装置的局部结构图。如图2所示，在本发明的一些实施例中，滑块50可为长方体型；线性导轨40具有与滑块50相配合的矩形槽，以使滑块50只能沿矩形槽的轴线移动。由于本发明实施例的材料损伤检测装置的构造比较简单，可以由材质较轻的材料制成，也可以做的很小，便于携带。由于本发明实施例的材料损伤检测装置的结构尺寸比较小，因此也能够对角落位置进行检测。综上所述，该材料损伤检测装置能够在便于便携的情况下保证高精度，同时不用对检测对象位置有过多的要求，可以对各个角落进行检测。如可用于野外检测、拐角部检测等。

此外，根据关于敲击损伤识别方法的理论对待检测结构表面进行无损检测，可使该材料损伤检测装置不受检测对象的材料属性限制。本发明实施例的材料损伤检测装置在检测时不需要同时在对待检测结构的正、反两面安放仪器，能够从单侧对检测对象进行损伤检测。

本发明实施例中的材料损伤检测装置也可包括限位件60，其配置成限定所述敲击头10向上运动的最高位置，以使敲击头10的敲击更加稳定。限位件60可选择片式弹簧。限位件60的存在可防止由于激振器30的敲击力过大而将敲击头10弹离待检测结构表面过多而引起的不稳定的震动。限位件60还可以保证材料损伤检测装置在各个方向都可以使用；例如检测机翼的下表面或者竖向侧面。因此该材料损伤检测装置能够在便于便携的情况下保证高精度，也不用对检测对象的方向有过多的要求。

图3是图1所示材料损伤检测装置的另一视角的示意性结构图。如图3所示，材料损伤检测装置还包括底盘70。线性导轨40固定安装在底盘70上。具体地，底盘为圆形，具有从其上表面竖直向上延伸的支撑部71。线性导轨40固定安装在支撑部71上，例如可在线性导轨40的槽底设置两个螺纹孔，通过螺钉把线性导轨40固定在支撑部71上。底盘上还具有用于穿过敲击头10的通孔72或者缺口，可使材料损伤检测装置的重心位于底盘的中心处，以维持装置的稳定性。线性导轨40的下部也可伸入所述通孔72内。另外，支撑部71上还设置有把手，以便于手持。片式弹簧安装在支撑部71上位于线性导轨40的上方。

为了方便敲击头沿待检测结构表面移动并减少摩擦和移动时产生的噪音，可在底盘70上设置多个支脚73。至少设置两个并沿底盘70周向均匀布置。在一个优选实施例中包含三个支脚73。每个支脚73与底盘70之间设置有隔振层。每个支脚73由自润滑材料制成或者在支脚的下端面涂抹自润滑材料以形成自润滑材料涂层。自润滑材料可使用石墨或聚四氟等。在另一个优选地实施例中，每个所述支脚73由弹性阻尼材料制成，且在每个所述支脚73的表面上设置自润滑材料涂层，以减振和降低阻力。

图4是图1所示材料损伤检测装置的另一局部结构图；图5是图4所示局部结构图的另一视角的示意性结构图。如图4和图5所示，敲击头10包括基板11以及从基板11的下端面竖直向下延伸的敲击块12。可选地，基板11的宽度大于敲击块12的宽度。基板11用于安装与敲击头10配合的其它构件，也能够与底盘70配合使用以限定敲击头10在不进行敲击时敲击头10从线性导轨40内脱落。敲击块12用于对待检测结构表面进行敲击。敲击头10还包括垂直于基板11的横向板13，横向板13的两侧还分别设置一个竖向挡板14。横向板13和两个竖向挡板14分别从基板11的其中一个竖向侧面的下边线和两个竖向边线处同时向外延伸形成。

传感器20安装在横向板13上，优先采用加速度计。加速度计具有接线柱21和安装柱22。接线柱21可与控制电脑或其它信号处理设备连接；安装柱22安装在横向板13上的通孔内。激振器30为单向激励力惯性式激振器，其可包括微型电动机31和偏心轮32。微型电动机31是一种体积、容量较小，输出功率一般在数百瓦以下，用途、性能及环境条件要求特殊的一类电动机，也可称为微型电机。行业中的微型电机指直径小于160mm或额定功率小于750mW或具有特殊性能、特殊用途的电机。偏心轮32也可称为凸轮。例如可选用手机上用的激振器。激振器30可安装在基板11上的安装座内。采用偏心轮32提供敲击力可使材料损伤检测装置的结构尺寸最小、质量最小，又能够保证材料损伤检测装置的敲击稳定，其原因在于，包括敲击头10、滑块50和加速度计以及激振器30的总体质量越轻，检测的精度就越高，同时信噪比也越好。采用偏心轮32提供敲击力的优势远高于采用其它机械振动提供敲击力。当然本发明实施例中也可采用其它的机械装置以引起机械振动。滑块50固定于基板11的未具有横向板13的一侧的竖向侧面上，可通过螺钉进行固定或者一体成型。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种微型的材料损伤检测装置，包括：

敲击头，配置成在激振器的驱动下以固定敲击力对待检测结构表面进行敲击；和

传感器，用于感测由所述待检测结构表面被敲击的目标区域传递到所述传感器的响应信号；其特征在于，

所述材料损伤检测装置还包括沿竖直方向设置的线性导轨和与所述线性导轨相配合的滑块；

所述激振器安装在所述敲击头的基板上，且所述滑块固定于所述敲击头上，以在所述激振器的驱动下使所述敲击头沿所述线性导轨在竖直方向上移动。

2.根据权利要求1所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

所述滑块为长方体型；

所述线性导轨具有与所述滑块相配合的矩形槽，以使所述滑块只能沿所述矩形槽的轴线移动。

3.根据权利要求1所述的材料损伤检测装置，其特征在于，还包括：

底盘，配置成固定安装所述线性导轨。

4.根据权利要求3所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

所述底盘上均布有多个支脚。

5.根据权利要求4所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

每个所述支脚和所述底盘之间均设置有隔振层。

6.根据权利要求4所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

每个所述支脚由自润滑材料制成；或

在每个所述支脚的下端面涂抹自润滑材料以形成自润滑材料涂层；或

每个所述支脚由弹性阻尼材料制成，且在每个所述支脚的表面上设置自润滑材料涂层。

7.根据权利要求1所述的材料损伤检测装置，其特征在于，还包括：限位件，配置成限定所述敲击头向上运动的最高位置。

8.根据权利要求1所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

所述敲击头还包括从所述基板的下端面竖直向下延伸的敲击块。

9.根据权利要求8所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

所述敲击头还包括垂直于所述基板的横向板；

所述传感器安装在所述横向板上。

10.根据权利要求8所述的材料损伤检测装置，其特征在于，

所述滑块固定于所述基板的一个竖向侧面上；

所述激振器包括微型电动机和偏心轮。