CN105910986A - 高分子材料内部缺陷无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高分子材料内部缺陷无损检测装置，包括通过连接线依次顺序连接的函数信号发生器、功率放大器和激振器，待测工件通过弹性绳索悬挂于支架上，待测工件下底面与激振器触发端相接触；多个加速度传感器沿圆周均布粘贴于待测工件表面，加速度传感器通过连接线与电荷放大器连接，电荷放大器通过连接线与数字信号处理装置连接。本发明提供了一种在不破坏物料的前提下，对高分子材料内部结构进行检测的装置，通过激振器对高分子材料产生的迫振，通过振型分析装置可准确获得缺陷类型和发生位置。

Description

高分子材料内部缺陷无损检测装置

技术领域

本发明属于一种材料内部缺陷无损检测装置，具体涉及一种高分子材料内部缺陷无损检测装置。

背景技术

高分子材料在力学性能和加工可塑性、绝缘性、耐腐蚀性等方面都优于其他材料。特别是高分子环氧树脂树脂灌注胶在例如变压器、互感器、磁滞电机、感应电机等电力电子设备上皆具有广阔的应用。

在实际使用中，为了进一步获得高分子材料的某些力学特性，通常都需要加入复合添加剂，对其进行改性或因特殊需要加入染料而改变其颜色。但改性或染色后的高分子材料通常不透明，通过目测的方法很难发现表层之下甚至在材料内部存在的如材料脱模、裂纹、内部锁孔、内部气泡、凝胶不完全的质量缺陷。

材料内部的损伤识别技术相对成熟，通常称之为无损检测，是采用对材料不造成破坏、损伤的手段，对关注的部件性能、特征、损伤情况进行判断的方法。但常规的目测法、磁场法、热成像法、电涡流、射线法等都不宜在高分子材料上应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种高分子材料内部缺陷无损检测装置。

本发明的技术原理：

结构模态参数（振动、振型和阻尼）是结构物理特性参数（质量、刚度、阻尼）的函数。当内部结构发生损伤时将导致结构物理特性发生变化，即结构参数发生改变，利用振动测试方法测出这些参数，就可对结构缺陷情况进行分析和诊断。

其原理是：

对于具有阻尼特性的多自由度系统，系统的特征方程可表示为：

式中的[M]为质量阵，[C]为阻尼阵,[K]为刚度阵，{f(t)}为载荷。

对于上式在复域内的表达为：

[K]{Φ_i}=ω_i ²[M]{Φ_i }

式中的ω_i为第i阶模态的振动频率，{Φ_i }为第i阶模态的振动特征向量。

利用有限元方法对运动方程进行缩减，得到近似的应变值，经过单位化获得结构的应变模态。

例如识别含裂缝的内部结构式，裂缝处刚度kr=1/C，C是裂缝深度和截面高度的函数，在内力平衡时弯矩表示式的EI+与EI-不相等，说明截面裂缝一阶偏导数不连续，进一步说明应力应变模态方程不可导，曲线不连续。由此识别模态缺陷特征。

对于缺陷发生的位置分析，可由小波的定义可知，小波函数要求具有震荡性和局限性，即在一个区间上很快的收敛于0。将特征方程分解成为若干的小波系数，则有：

对上式进行整理：

由此可见，Wf是f经过平滑后的一阶导数极大值。此点为信号中的突变点，由此可找到缺陷点的位置。

本发明的检测装置是一种在不破坏物料的前提下，通过分析振动模型的方法对颜色较深、透明度不好的高分子材料进行内部缺陷检测装置。本发明的检测装置将多个加速度传感器通过粘接的形式紧固于高分子材料表面，加速度传感器通过电荷放大器与信号调理装置连接。当测试开始时，通过激振器激发机械振动，计算机通过对调理过的信号进行处理后获得内部缺陷的信息。一旦材料内部结构遭受到损伤后，结构力学系统中的质量系数、阻尼特性、刚度特性等参数将会随之发生改变，从而导致该系统的振动模态和全响应函数发生响应的改变。所以可以认为振动模态参数的改变是因结构损伤的标志。通过加速度传感器可以获得材料振动模态参数，进过对这一信号的分析，可以诊断结构损伤情况。

本发明的技术方案是：

一种高分子材料内部缺陷无损检测装置，包括通过连接线依次顺序连接的函数信号发生器、功率放大器和激振器，待测工件通过弹性绳索悬挂于支架上，待测工件下底面与激振器触发端相接触；多个加速度传感器沿圆周均布粘贴于待测工件表面，加速度传感器通过连接线与电荷放大器连接，电荷放大器通过连接线与数字信号处理装置连接。

所述加速度传感器的数量及安装位置通过小波理论计算获得。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种在不破坏物料的前提下，对高分子材料内部结构进行检测的装置，通过激振器对高分子材料产生的迫振，通过振型分析装置可准确获得缺陷类型和发生位置。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中待测工件上加速传感器安装位置示意图；

图3是本发明实施例1中标准样本模型波形图；

图4是本发明实施例1中出现缺陷的待测工件的波形图；

图5是本发明实施例1中出现缺陷的待测工件缺陷位置分布图。

其中：

1 函数信号发生器 2 连接线

3 功率放大器 4 支架

5 弹性绳索 6 待测工件

7 电荷放大器 8 数字信号处理装置

9 激振器 10 加速度传感器。

具体实施方式

下面结合说明书附图及实施例对本发明高分子材料内部缺陷无损检测装置进行详细说明：

如图1、2所示，一种高分子材料内部缺陷无损检测装置，包括通过连接线2依次顺序连接的函数信号发生器1、功率放大器3和激振器9，待测工件6通过弹性绳索5悬挂于支架4上，待测工件6下底面与激振器9触发端相接触；多个加速度传感器10沿圆周均布粘贴于待测工件6表面，加速度传感器10通过连接线2与电荷放大器7连接，电荷放大器7通过连接线2与数字信号处理装置8连接。

所述加速度传感器10的数量及安装位置通过小波理论计算获得。

实施例1

利用本发明装置对Ø100的圆形高分子材料工件内部缺陷进行检测；

（ⅰ）设置函数信号发生器

设置函数为扫频信号，周期2s；

（ⅱ）设置功率放大器

设置为输出3.5V；

（ⅲ）设置加速传感器

在待测工件的圆周面上每间隔120°粘贴一个加速传感器，加速度传感器的响应为40mV/g；

（ⅳ）设置数字处理装置

设置电荷输出，放大倍率为100x，零点漂移系数为0.154，建立小波函数窗口；

（ⅴ）建立匹配模板

如图3所示，标准样本模型：根据上述设定检测待测工件的得到的出现缺陷的波形图如图4所示，通过对比图4、图5可以得出缺陷所在位置，如图5所示。

Claims (2)

1.一种高分子材料内部缺陷无损检测装置，其特征在于：包括通过连接线（2）依次顺序连接的函数信号发生器（1）、功率放大器（3）和激振器（9），待测工件（6）通过弹性绳索（5）悬挂于支架（4）上，待测工件（6）下底面与激振器（9）触发端相接触；多个加速度传感器（10）沿圆周均布粘贴于待测工件（6）表面，加速度传感器（10）通过连接线（2）与电荷放大器（7）连接，电荷放大器（7）通过连接线（2）与数字信号处理装置（8）连接。

2.根据权利要求1所述的一种高分子材料内部缺陷无损检测装置，其特征在于：所述加速度传感器（10）的数量及安装位置通过小波理论计算获得。