CN107702990B - 一种声发射引伸计及其试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种声发射引伸计及其试验方法，属于金属材料强度试验设备技术领域，包括第一传感器、第二传感器、第三传感器、信号放大器、多通道声发射仪和计算机；第一传感器、第二传感器、第三传感器均与信号放大器的信号输入端通过信号线连接，信号放大器的信号输出端与多通道声发射仪的信号输入端通过信号线连接，多通道声发射仪的信号输出端与计算机的信号输入端通过信号线连接。该声发射引伸计结构简单，测试方案合理可行，与传统的引伸计相比，具有灵敏度高，简单可靠等优点。

Description

一种声发射引伸计及其试验方法
技术领域
本发明属于金属材料强度试验设备技术领域，具体涉及一种声发射引伸计及其试验方法。
背景技术
引伸计是用于测量材料变形量的仪器，在金属材料的拉伸/压缩试验、静载力学性能试验、金属高温力学性能试验等材料力学性能试验中具有重要的应用，是测量材料强度的必要工具。目前已经实际应用的引伸计主要有机械式、光学式、视频式、电磁式等种类，但这些引伸计仍然存在一些缺点，例如机械式引伸计和光学式引伸计结构复杂、安装不方便；视频式引伸计价格昂贵、设备复杂；电磁式引伸计对于工作环境要求苛刻、不能直接用于高温力学性能试验，需要设计特别的引伸杆，使引伸计在加热炉外工作。此外，上述引伸计的功能单一，只能用于测量材料强度等特征，而且测量精度还有待于进一步提高。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种声发射引伸计。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种声发射引伸计，包括信号放大器、计算机、多通道声发射仪和用于接收应力波的第一传感器、第二传感器、第三传感器；
所述第一传感器、第二传感器、第三传感器均与所述信号放大器的信号输入端通过信号线连接，所述信号放大器的信号输出端与所述多通道声发射仪的信号输入端通过信号线连接，所述多通道声发射仪的信号输出端与所述计算机的信号输入端通过信号线连接。
优选地，所述第一传感器、第二传感器、第三传感器均为声发射传感器。
本发明提供的声发射引伸计结构简单可行，与传统的引伸计相比具有以下有益效果：
(1)声发射引伸计结构简单：进行常温拉伸试验和高温持久试验时只需要更换适用于不同工作温度的声发射传感器即可，不需要为引伸计设计可以在加热炉内工作的复杂机械传力机构，避免了由此引起的测量误差；
(2)灵敏度好：声发射传感器可以实时测量得到材料内部由于位错运动引起的应力波，因此声发射引伸计具有灵敏度好的优点；
(3)声发射引伸计稳定可靠：由于材料的应力波传播速度只与该种材料的弹性模量E和密度ρ有关，因此利用应力波计算应变稳定可靠，不容易受其它因素影响。
本发明的另一目的在于提供一种声发射引伸计的试验方法，包括信号放大器、计算机、多通道声发射仪和用于接收应力波的第一传感器、第二传感器、第三传感器，所述第一传感器、第二传感器、第三传感器均为声发射传感器，具体试验步骤包括：
步骤1：制备力学性能试样，安装、连接各部件
步骤11：制备力学性能试样，试样符合国家金属力学性能试验标准，试样上下两端各有一个销孔，试样中间为测试区域，测试区域上下两端分别设置有两个上凸耳和两个下凸耳，两个上凸耳和两个下凸耳均分布在试样左右两侧，测试区域内两个上凸耳和两个下凸耳之间的试样中心线距离即为标距；
步骤12：：将试样安装在力学性能试验机上，具体为：
将定位销穿过试样上端的销孔，将试样与力学性能试验机的上拉杆连接，将定位销穿过试样下端的销孔，将试样与力学性能试验机的下拉杆连接；
步骤13：固定传感器并接好信号线，具体为：
第一传感器设置在试样上端销孔附近，第二传感器设置在两个上凸耳之间的试样中心线处，第三传感器设置在两个下凸耳之间的试样中心线：
第一传感器、第二传感器、第三传感器均与信号放大器的信号输入端通过信号线连接，信号放大器的信号输出端与多通道声发射仪的信号输入端通过信号线连接，多通道声发射仪的信号输出端与计算机的信号输入端通过信号线连接，计算机中设置有力学性能测试软件系统；
步骤2：开始初始试验，具体为：
步骤21：在计算机力学性能测试软件系统上设置加载载荷大小F、加载速度V、试样标距B、试样横截面积S以及试验结束条件；
步骤22：初始加载，第一传感器采集到初始应力波，并记录该信号的幅度、能量、振铃计数、上升时间、持续时间；
步骤23：通过对比应力波的特征信息，确定第二传感器采集到初始应力波的时间；
步骤24：通过对比应力波的特征信息，确定第三传感器采集到初始应力波的时间；
步骤25：得到初始应力波从第二传感器传递到第三传感器的时间，第二传感器和第三传感器接收到该应力波信号时存在一个时间差Δt，第二传感器与第三传感器之间的距离为试样标距B，由此计算出该应力波传播速度v＝B/Δt；
步骤3：开始正式试样，具体为：
步骤31：力学性能试验机下拉杆保持不动，电动机带动力学性能试验机上拉杆实现上下移动，试样被拉伸或压缩而不断发生变形，变形后试样的标距B随之发生变化，在试验过程中，通过实时对比第一传感器、第二传感器和第三传感器检测到的应力波信号特征，识别得到3个传感器采集到同一应力波信息的时间点，并以某种频率采集第二传感器和第三传感器接收到同一应力波信号的时间差Δt′；
步骤32：根据应力波理论可知，某种材料的应力波传播速度只与该种材料的弹性模量E和密度ρ有关，即应力波传播速度是材料的特有属性，由于该金属材料的应力波传播速度V已知，由公式B′＝v·Δt′计算出试样在试验过程中任意时刻的标距B′，试样的应变由公式ε＝|(B′-B)|/B计算得到。
优选地，所述试样为棒材或板材。
本发明提供的声发射引伸计的试验方法具有以下有益效果：
(1)测量精度高：由于声发射传感器可以精确测量得到材料内部由于位错运动引起的应力波，结合科学合理的计算方法，声发射引伸计具有测量精度高的优点；
(2)试验方法简单：只需要加工试样、安装试样、固定传感器、初试试验和正式试验五个步骤；
(3)测试方案合理可行：利用三个声发射传感器检测试样内的应力波，通过分析应力波的信号特征计算得到某一应力波在标距内的传播速度以及在变形后标距内的传播时间，由此计算出变形后标距尺寸和材料应变。
附图说明
图1为本发明实施例1的声发射引伸计的结构示意图；
图2为利用本发明实施例1的声发射引伸计进行试验的流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定或限定，术语“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，在此不再详述。
实施例1
本发明提供了一种声发射引伸计，具体如图1所示，包括信号放大器10、计算机12、多通道声发射仪13和用于接收应力波的第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8；
第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8均与信号放大器10的信号输入端通过信号线11连接，信号放大器10的信号输出端与多通道声发射仪13的信号输入端通过信号线11连接，多通道声发射仪13的信号输出端与计算机12的信号输入端通过信号线11连接。
本实施例中，第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8均为声发射传感器。声发射传感器是一种专门用于接收材料内部传播的应力波的传感器，声发射传感器具有不同的型号(例如R3A R15A R30A)，不同型号的传感器可以接收不同频率的声发射信号，并且可以在不同温度下工作，本申请对传感器的具体型号不做限定，可根据需要选择合适的型号。
本实施例还提供一种声发射引伸计的试验方法，包括信号放大器10、计算机12、多通道声发射仪13和用于接收应力波的第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8，第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8均为声发射传感器，如图2所示，试验步骤包括：
步骤1：制备力学性能试样6，安装、连接各部件
步骤11：制备力学性能试样6，试样6符合国家金属力学性能试验标准，试样6上下两端各有一个销孔，试样6中间为测试区域，测试区域上下两端分别设置有两个上凸耳5和两个下凸耳7，两个上凸耳5和两个下凸耳7均分布在试样6左右两侧，测试区域内两个上凸耳5和两个下凸耳7之间的试样6中心线距离即为标距；
步骤12：：将试样6安装在力学性能试验机上，具体为：
将定位销2穿过试样6上端的销孔，将试样6与力学性能试验机的上拉杆1连接，将定位销2穿过试样6下端的销孔，将试样6与力学性能试验机的下拉杆9连接；因此，凸耳具有定位和固定传感器的作用，力学性能试验机的下拉杆9保持不动，上拉杆1由电动机驱动实现上下移动，由此对力学性能试验试样施加拉力或压力；
步骤13：固定传感器并接好信号线11，具体为：
第一传感器3设置在试样6上端销孔附近，第二传感器4设置在两个上凸耳5之间的试样6中心线处，第三传感器8设置在两个下凸耳7之间的试样6中心线：
第一传感器3、第二传感器4、第三传感器8均与信号放大器10的信号输入端通过信号线11连接，信号放大器10的信号输出端与多通道声发射仪13的信号输入端通过信号线11连接，多通道声发射仪13的信号输出端与计算机12的信号输入端通过信号线11连接，计算机12中设置有力学性能测试软件系统；
步骤2：开始初始试验，具体为：
步骤21：在计算机12力学性能测试软件系统上设置加载载荷大小F、加载速度V、试样6标距B、试样6横截面积S以及试验结束条件；
步骤22：初始加载，第一传感器3采集到初始应力波，并记录该信号的幅度、能量、振铃计数、上升时间、持续时间；
步骤23：通过对比应力波的特征信息，确定第二传感器4采集到初始应力波的时间；
步骤24：通过对比应力波的特征信息，确定第三传感器8采集到初始应力波的时间；
步骤25：得到初始应力波从第二传感器4传递到第三传感器8的时间，第二传感器4和第三传感器8接收到该应力波信号时存在一个时间差Δt，第二传感器4与第三传感器8之间的距离为试样6标距B，由此计算出该应力波传播速度v＝B/Δt；
步骤3：开始正式试验，具体为：
步骤31：力学性能试验机下拉杆9保持不动，电动机带动力学性能试验机上拉杆1实现上下移动，试样6被拉伸或压缩而不断发生变形，变形后试样6的标距B′随之发生变化，在试验过程中，通过实时对比第一传感器3、第二传感器4和第三传感器8检测到的应力波信号特征，识别得到3个传感器采集到同一应力波信息的时间点，并以某种频率采集第二传感器4和第三传感器8接收到同一应力波信号的时间差Δt′；
步骤32：根据应力波理论可知，某种材料的应力波传播速度只与该种材料的弹性模量E和密度ρ有关，即应力波传播速度是材料的特有属性，由于该金属材料的应力波传播速度v已知，由公式B′＝v·Δt′计算出试样6在试验过程中任意时刻的标距B′，试样6的应变由公式ε＝|(B′-B)|/B计算得到。
本实施例中，试样6为棒材或板材，根据实际需求制备不同板材的力学性能试样6。
以上所述实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种声发射引伸计的试验方法，其特征在于，该声发射引伸计包括信号放大器(10)、计算机(12)、多通道声发射仪(13)和用于接收应力波的第一传感器(3)、第二传感器(4)、第三传感器(8)；
所述第一传感器(3)、第二传感器(4)、第三传感器(8)均与所述信号放大器(10)的信号输入端通过信号线(11)连接，所述信号放大器(10)的信号输出端与所述多通道声发射仪(13)的信号输入端通过信号线(11)连接，所述多通道声发射仪(13)的信号输出端与所述计算机(12)的信号输入端通过信号线(11)连接；
所述第一传感器(3)、第二传感器(4)、第三传感器(8)均为声发射传感器；
试验步骤包括：
步骤1：制备力学性能试样(6)，安装、连接各部件；
步骤11：制备力学性能试样(6)，试样(6)符合国家金属力学性能试验标准，试样(6)上下两端各有一个销孔，试样(6)中间为测试区域，测试区域上下两端分别设置有两个上凸耳(5)和两个下凸耳(7)，两个上凸耳(5)和两个下凸耳(7)均分布在试样(6)左右两侧，测试区域内两个上凸耳(5)和两个下凸耳(7)之间的试样(6)中心线距离即为标距；
步骤12：将试样(6)安装在力学性能试验机上，具体为：
将定位销(2)穿过试样(6)上端的销孔，将试样(6)与力学性能试验机的上拉杆(1)连接，将定位销(2)穿过试样(6)下端的销孔，将试样(6)与力学性能试验机的下拉杆(9)连接；
步骤13：固定传感器并接好信号线(11)，具体为：
第一传感器(3)设置在试样(6)上端销孔附近，第二传感器(4)设置在两个上凸耳(5)之间的试样(6)中心线处，第三传感器(8)设置在两个下凸耳(7)之间的试样(6)中心线：
第一传感器(3)、第二传感器(4)、第三传感器(8)均与信号放大器(10)的信号输入端通过信号线(11)连接，信号放大器(10)的信号输出端与多通道声发射仪(13)的信号输入端通过信号线(11)连接，多通道声发射仪(13)的信号输出端与计算机(12)的信号输入端通过信号线(11)连接，计算机(12)中设置有力学性能测试软件系统；
步骤2：开始初始试验，具体为：
步骤21：在计算机(12)力学性能测试软件系统上设置加载载荷大小F、加载速度V、试样(6)标距B、试样(6)横截面积S以及试验结束条件；
步骤22：初始加载，第一传感器(3)采集到初始应力波，并记录信号的幅度、能量、振铃计数、上升时间、持续时间；
步骤23：通过对比应力波的特征信息，确定第二传感器(4)采集到初始应力波的时间；
步骤24：通过对比应力波的特征信息，确定第三传感器(8)采集到初始应力波的时间；
步骤25：得到初始应力波从第二传感器(4)传递到第三传感器(8)的时间，第二传感器(4)和第三传感器(8)接收到该应力波信号时存在一个时间差Δt，第二传感器(4)与第三传感器(8)之间的距离为试样(6)标距B，由此计算出该应力波传播速度v＝B/Δt；
步骤3：开始正式试样(6)，具体为：
步骤31：力学性能试验机下拉杆(9)保持不动，电动机带动力学性能试验机上拉杆(1)实现上下移动，试样(6)被拉伸或压缩而不断发生变形，变形后试样(6)的标距B′随之发生变化，在试验过程中，通过实时对比第一传感器(3)、第二传感器(4)和第三传感器(8)检测到的应力波信号特征，识别得到3个传感器采集到同一应力波信息的时间点，并以某种频率采集第二传感器(4)和第三传感器(8)接收到同一应力波信号的时间差Δt′；
步骤32：根据应力波理论可知，某种材料的应力波传播速度只与该种材料的弹性模量E和密度ρ有关，即应力波传播速度是材料的特有属性，由于金属材料的应力波传播速度v已知，由公式B′＝v·Δt′计算出试样(6)在试验过程中任意时刻的标距B′，试样(6)的应变由公式ε＝|(B′-B)|/B计算得到。
2.根据权利要求1所述的声发射引伸计的试验方法，其特征在于，所述试样(6)为棒材或板材。
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