CN110243947A - 一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置及阵列排布固定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置及阵列排布固定方法，属于圆盘劈裂试验领域。本发明圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置包括圆盘试件、夹具Ⅰ、固定架Ⅰ、紧固螺栓Ⅰ、横板Ⅰ、螺母Ⅰ、钢钎Ⅰ、应变片Ⅰ、声发射传感器、T型承压板、弧形卡槽、定位盖、T型承压板Ⅱ、加载缝、水平缝、应变片Ⅱ和钢钎Ⅱ。本发明可解决目前在实验室内进行圆盘劈裂试验三维声发射监测时，传感器空间位置设计布局不灵活、固定位置不精确，试验过程中传感器易脱落的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置及阵列排布固定方法，属于圆盘劈裂试验技术领域。
背景技术
声发射监测技术已广泛应用于研究岩石等材料的损伤演化过程、声发射事件的时空分布和进一步的震源机制分析等方面。但现有的声发射监测技术及装置存在一些不足：对于圆盘劈裂试验，现有声发射监测方法只能实现声发射传感器在圆盘圆面的布置，声发射传感器阵列排布设计受限，无法实现三维声发射监测；声发射传感器的固定也存在一些问题，由于圆盘劈裂试验的试件较小，现有的声发射监测方法存在声发射传感器空间位置固定不准确、试验过程中易脱落及传感器与试件表面接触不紧密等问题，这都影响了监测数据的准确性；现有的圆盘劈裂试验装置很难消除在加载过程中由于加载条与试件之间存在的摩檫力而造成的试验误差；现有的声发射监测方法无法做到全面、准确的获取圆盘材料破裂过程中的声发射信号，无法实现对岩石等材料在荷载作用下微裂纹产生以及原生微裂纹扩展、闭合、滑移等过程的三维动态监测。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题，提供一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置及阵列排布固定方法，本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验三维声发射监测时，传感器空间位置设计布局不灵活、固定位置不精确，试验过程中传感器易脱落的问题。
一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，包括圆盘试件1、定位盖7、声发射传感器5、T型承压板Ⅰ6、T型承压板Ⅱ8；
定位时，定位盖7设置在圆盘试件1上且定位盖7的尺寸与圆盘试件1的尺寸相同，定位盖7上开设有相垂直的直线型的加载缝9和直线型的水平缝10，加载缝9和水平缝10均通过定位盖7的圆心，定位盖7的侧壁设置有刻度表且加载缝9的端头分别对应刻度表的0°和180°，T型承压板Ⅰ6和T型承压板Ⅱ8分别设置在定位盖7的侧壁刻度表为0°和180°相对应的圆盘试件1的侧壁；
布置声发射传感器5时，定位盖7的侧壁刻度表下方相对应的圆盘试件1的侧壁设置有与圆盘试件1耦合的4个以上声发射传感器5，圆盘试件1的侧壁的声发射传感器5相对应于定位盖7的加载缝9轴对称设置且对应于定位盖7的刻度表均匀设置；圆盘试件1上相对于定位盖7的加载缝9轴对称设置有与圆盘试件1耦合的2个以上的声发射传感器5且声发射传感器5位于定位盖7的水平缝10正下方，声发射传感器5的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；圆盘试件1上设置有2块应变片Ⅰ4和2块应变片Ⅱ11，应变片Ⅰ4位于定位盖7的加载缝9正下方且应变片Ⅰ4相对于定位盖7的水平缝10轴对称，应变片Ⅱ11位于定位盖7的水平缝10正下方且应变片Ⅱ11位于圆盘试件1上声发射传感器5之间，应变片Ⅱ11相对于定位盖7的水平缝10轴对称，应变片Ⅰ4、应变片Ⅱ11分别串联后与应变采集仪连接。
所述圆盘试件1侧壁上的声发射传感器5通过夹具Ⅰ2设置在圆盘试件1的侧壁上，夹具Ⅰ2包括上窄下宽的固定架Ⅰ21、紧固螺栓Ⅰ22和螺母Ⅰ212，固定架Ⅰ21包括横板Ⅰ211、倾斜板Ⅰ、倾斜板Ⅱ、弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅰ和倾斜板Ⅱ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅰ211的两端下方，倾斜板Ⅰ与横板Ⅰ211的夹角为100～110°，弧形夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅰ的底端，弧形夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅱ的底端，弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ均与圆盘试件1的侧壁的弧度匹配且固定设置在圆盘试件1的侧壁，横板Ⅰ211中心开设有螺栓孔Ⅰ，螺母Ⅰ212固定设置在横板Ⅰ211中心的底面且螺母Ⅰ212的内螺纹孔与螺栓孔Ⅰ同轴，紧固螺栓Ⅰ22穿过横板Ⅰ211中心的螺栓孔Ⅰ并设置在螺母Ⅰ212的内螺纹孔内，声发射传感器5设置在固定架Ⅰ21内且通过紧固螺栓Ⅰ22固定在圆盘试件1侧壁，声发射传感器5的压电陶瓷表面与圆盘试件1的侧壁表面耦合。
所述圆盘试件1上的声发射传感器5通过夹具Ⅱ设置在圆盘试件1上，夹具Ⅱ也包括上窄下宽的固定架Ⅱ、紧固螺栓Ⅱ和螺母Ⅱ，固定架Ⅱ包括横板Ⅱ、倾斜板Ⅲ、倾斜板Ⅳ、平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅲ和倾斜板Ⅳ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅱ的两端下方，倾斜板Ⅲ与横板Ⅱ的夹角为100～110°，平板夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅲ的底端，平板夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅳ的底端，平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件1上，横板Ⅱ中心开设有螺栓孔Ⅱ，螺母Ⅱ固定设置在横板Ⅱ中心的底面且螺母Ⅱ的内螺纹孔与螺栓孔Ⅱ同轴，紧固螺栓Ⅱ穿过横板Ⅱ中心的螺栓孔Ⅱ并设置在螺母Ⅱ的内螺纹孔内，声发射传感器5设置在固定架内且通过紧固螺栓Ⅱ固定在圆盘试件1上，声发射传感器5的压电陶瓷表面与圆盘试件1的上表面耦合。
所述对应于定位盖7的侧壁刻度表0°和180°的圆盘试件1的侧壁分别固定设置有钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12且钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12分别与圆盘试件1的侧壁线面接触，钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12均垂直于圆盘试件1的直径，T型承压板Ⅰ6、T型承压板Ⅱ8的端头均开设有弧形卡槽61，钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12分别卡设在T型承压板Ⅰ6和T型承压板Ⅱ8端头的弧形卡槽61内。
所述定位盖7边缘下端竖直固定设置有两块定位板且定位板位于水平缝端头的正下方，定位板的底部中心开设有定位缝。
圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定方法，采用圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，具体步骤如下：
(1)将定位盖设置在圆盘试件上，根据定位盖的加载缝和水平缝在圆盘试件上标记出水平直径和加载直径，根据定位盖上定位板底部的定位缝，在圆盘试件的侧壁标记出水平定位线；
(2)根据定位盖侧壁的刻度表标记出圆盘试件侧壁的声发射传感器的布置位置以及钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ的设置位置，使钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别对应于定位盖的侧壁刻度表的0°和180°，并使圆盘试件的侧壁的声发射传感器相对应于定位盖的加载缝轴对称设置且对应于定位盖的刻度表均匀设置；
(3)根据定位盖的水平缝和加载缝标记出圆盘试件上声发射传感器的布置位置，使声发射传感器位于定位盖的水平缝正下方且相对于定位盖的加载缝轴对称；
(4)根据定位盖的加载缝和水平缝，在圆盘试件上标记出应变片Ⅰ和应变片Ⅱ的布置位置，使应变片Ⅰ位于定位盖的加载缝正下方且应变片Ⅰ相对于定位盖的水平缝轴对称，应变片Ⅱ位于定位盖的水平缝正下方且应变片Ⅱ位于圆盘试件上声发射传感器之间，应变片Ⅱ相对于定位盖的水平缝轴对称；
(5)根据圆盘试件侧壁的声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅰ的固定架Ⅰ底端的弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件的侧壁；根据圆盘试件上声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅱ的固定架Ⅱ底端的平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件上；根据圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ标注的设置位置，将钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ固定设置在圆盘试件的侧壁且钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别与圆盘试件的侧壁线面接触；根据圆盘试件上应变片Ⅰ和应变片Ⅱ标注的布置位置，将应变片Ⅰ和应变片Ⅱ固定设置在圆盘试件上；
(6)在声发射传感器的压电陶瓷表面均匀涂抹中性硅胶耦合剂，将声发射传感器对准夹具Ⅰ或夹具Ⅱ的中心位置，未涂抹耦合剂的声发射传感器端头靠近夹具Ⅰ的横板Ⅰ或夹具Ⅱ的横板Ⅱ，涂抹耦合剂的声发射传感器的压电陶瓷面与圆盘试件的侧壁或上表面接触，旋紧紧固螺栓固定声发射传感器；
(7)将T型承压板Ⅰ作为下承压板放置在试验机台面上，将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ卡设在T型承压板Ⅰ端头的弧形卡槽内，将T型承压板Ⅱ作为上承压板设置在试验机的上加压台下方，并将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅱ卡设在T型承压板Ⅱ端头的弧形卡槽内，固定圆盘试件；
(8)将应变片Ⅰ、应变片Ⅱ分别串联后与应变采集仪连接，将声发射传感器的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；即完成了圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定，开始圆盘劈裂试验。
本发明的有益效果是：
(1)本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验三维声发射监测时，传感器空间位置设计布局不灵活、固定位置不精确，试验过程中传感器易脱落的问题；
(2)本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验声发射监测时，难以实现三维传感器阵列排布的问题；
(3)本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验声发射监测时，声发射传感器在试验过程中传感器压电陶瓷表面与试验试件表面耦合不良的问题；
(4)本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验声发射监测时，应变片布设位置确定不精确、不方便的问题；
(5)本发明可解决在实验室内进行圆盘劈裂试验声发射监测时，因常用承压板占据过多空间而导致传感器布设数量有限的问题。
附图说明
图1为圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定示意图(主视)；
图2为圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定示意图(左视)；
图3为圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定示意图(俯视)；
图4为夹具Ⅰ的结构示意图(主视)；
图5为夹具Ⅰ的结构示意图(左视)；
图6为夹具Ⅱ的结构示意图(主视)；
图7为T型承压板Ⅰ或T型承压板Ⅱ的结构示意图(主视)；
图8为T型承压板Ⅰ或T型承压板Ⅱ的结构示意图(俯视)；
图9为定位盖的结构示意图(主视)；
图10定位盖的结构示意图(左视)；
图11定位盖的结构示意图(俯视)；
图12为圆盘试件与钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ的装配示意图；
图13为实施例3基于巴西劈裂试验的三维传感器阵列的声发射事件定位图(主视)；
图14为实施例3基于巴西劈裂试验的三维传感器阵列的声发射事件定位图(左视)；
图15为实施例3基于巴西劈裂试验的三维传感器阵列的声发射事件定位图(俯视)；
图16为对比例基于巴西劈裂试验的二维传感器阵列的声发射事件定位图(主视)；
图17为对比例基于巴西劈裂试验的二维传感器阵列的声发射事件定位图(左视)；
图18为对比例基于巴西劈裂试验的二维传感器阵列的声发射事件定位图(俯视)；
图中，1-圆盘试件、2-夹具Ⅰ、21-固定架Ⅰ、22-紧固螺栓Ⅰ、211-横板Ⅰ、212-螺母Ⅰ、3-钢钎Ⅰ、4-应变片Ⅰ、5-声发射传感器、6-T型承压板、61-弧形卡槽、7-定位盖、8-T型承压板Ⅱ、9-加载缝、10-水平缝、11-应变片Ⅱ、12-钢钎Ⅱ。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1：如图1～12所示，一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，包括圆盘试件1、定位盖7、声发射传感器5、T型承压板Ⅰ6、T型承压板Ⅱ8；
定位时，定位盖7设置在圆盘试件1上且定位盖7的尺寸与圆盘试件1的尺寸相同，定位盖7上开设有相垂直的直线型的加载缝9和直线型的水平缝10，加载缝9和水平缝10均通过定位盖7的圆心，定位盖7的侧壁设置有刻度表且加载缝9的端头分别对应刻度表的0°和180°，T型承压板Ⅰ6和T型承压板Ⅱ8分别设置在定位盖7的侧壁刻度表为0°和180°相对应的圆盘试件1的侧壁；
布置声发射传感器5时，定位盖7的侧壁刻度表下方相对应的圆盘试件1的侧壁设置有与圆盘试件1耦合的4个以上声发射传感器5，圆盘试件1的侧壁的声发射传感器5相对应于定位盖7的加载缝9轴对称设置且对应于定位盖7的刻度表均匀设置；圆盘试件1上相对于定位盖7的加载缝9轴对称设置有与圆盘试件1耦合的2个以上的声发射传感器5且声发射传感器5位于定位盖7的水平缝10正下方，声发射传感器5的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；圆盘试件1上设置有2块应变片Ⅰ4和2块应变片Ⅱ11，应变片Ⅰ4位于定位盖7的加载缝9正下方且应变片Ⅰ4相对于定位盖7的水平缝10轴对称，应变片Ⅱ11位于定位盖7的水平缝10正下方且应变片Ⅱ11位于圆盘试件1上声发射传感器5之间，应变片Ⅱ11相对于定位盖7的水平缝10轴对称，应变片Ⅰ4、应变片Ⅱ11分别串联后与应变采集仪连接；
本实施例所述圆盘试件1侧壁上的声发射传感器5通过夹具Ⅰ2设置在圆盘试件1的侧壁上，夹具Ⅰ2包括上窄下宽的固定架Ⅰ21、紧固螺栓Ⅰ22和螺母Ⅰ212，固定架Ⅰ21包括横板Ⅰ211、倾斜板Ⅰ、倾斜板Ⅱ、弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅰ和倾斜板Ⅱ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅰ211的两端下方，倾斜板Ⅰ与横板Ⅰ211的夹角为100～110°，弧形夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅰ的底端，弧形夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅱ的底端，弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ均与圆盘试件1的侧壁的弧度匹配且固定设置在圆盘试件1的侧壁，横板Ⅰ211中心开设有螺栓孔Ⅰ，螺母Ⅰ212固定设置在横板Ⅰ211中心的底面且螺母Ⅰ212的内螺纹孔与螺栓孔Ⅰ同轴，紧固螺栓Ⅰ22穿过横板Ⅰ211中心的螺栓孔Ⅰ并设置在螺母Ⅰ212的内螺纹孔内，声发射传感器5设置在固定架Ⅰ21内且通过紧固螺栓Ⅰ22固定在圆盘试件1侧壁，声发射传感器5的压电陶瓷表面与圆盘试件1的侧壁表面耦合；
本实施例所述圆盘试件1上的声发射传感器5通过夹具Ⅱ设置在圆盘试件1上，夹具Ⅱ也包括上窄下宽的固定架Ⅱ、紧固螺栓Ⅱ和螺母Ⅱ，固定架Ⅱ包括横板Ⅱ、倾斜板Ⅲ、倾斜板Ⅳ、平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅲ和倾斜板Ⅳ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅱ的两端下方，倾斜板Ⅲ与横板Ⅱ的夹角为100～110°，平板夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅲ的底端，平板夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅳ的底端，平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件1上，横板Ⅱ中心开设有螺栓孔Ⅱ，螺母Ⅱ固定设置在横板Ⅱ中心的底面且螺母Ⅱ的内螺纹孔与螺栓孔Ⅱ同轴，紧固螺栓Ⅱ穿过横板Ⅱ中心的螺栓孔Ⅱ并设置在螺母Ⅱ的内螺纹孔内，声发射传感器5设置在固定架内且通过紧固螺栓Ⅱ固定在圆盘试件1上，声发射传感器5的压电陶瓷表面与圆盘试件1的上表面耦合；
本实施例所述对应于定位盖7的侧壁刻度表0°和180°的圆盘试件1的侧壁分别固定设置有钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12且钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12分别与圆盘试件1的侧壁线面接触，钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12均垂直于圆盘试件1的直径，T型承压板Ⅰ6、T型承压板Ⅱ8的端头均开设有弧形卡槽61，钢钎Ⅰ3和钢钎Ⅱ12分别卡设在T型承压板Ⅰ6和T型承压板Ⅱ8端头的弧形卡槽61内；
本实施例所述定位盖7边缘下端竖直固定设置有两块定位板且定位板位于水平缝端头的正下方，定位板的底部中心开设有定位缝。
实施例2：圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定方法，采用圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置(见图1～12)，具体步骤如下：
(1)将定位盖设置在圆盘试件上，根据定位盖的加载缝和水平缝在圆盘试件上标记出水平直径和加载直径，根据定位盖上定位板底部的定位缝，在圆盘试件的侧壁标记出水平定位线；
(2)根据定位盖侧壁的刻度表标记出圆盘试件侧壁的声发射传感器的布置位置以及钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ的设置位置，使钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别对应于定位盖的侧壁刻度表的0°和180°，并使圆盘试件的侧壁的声发射传感器相对应于定位盖的加载缝轴对称设置且对应于定位盖的刻度表均匀设置；
(3)根据定位盖的水平缝和加载缝标记出圆盘试件上声发射传感器的布置位置，使声发射传感器位于定位盖的水平缝正下方且相对于定位盖的加载缝轴对称；
(4)根据定位盖的加载缝和水平缝，在圆盘试件上标记出应变片Ⅰ和应变片Ⅱ的布置位置，使应变片Ⅰ位于定位盖的加载缝正下方且应变片Ⅰ相对于定位盖的水平缝轴对称，应变片Ⅱ位于定位盖的水平缝正下方且应变片Ⅱ位于圆盘试件上声发射传感器之间，应变片Ⅱ相对于定位盖的水平缝轴对称；
(5)根据圆盘试件侧壁的声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅰ的固定架Ⅰ底端的弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ粘接固定设置在圆盘试件的侧壁；根据圆盘试件上声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅱ的固定架Ⅱ底端的平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ粘接固定设置在圆盘试件上；根据圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ标注的设置位置，将钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ粘接固定设置在圆盘试件的侧壁；根据圆盘试件上应变片Ⅰ和应变片Ⅱ标注的布置位置，将应变片Ⅰ和应变片Ⅱ固定设置在圆盘试件上；
(6)在声发射传感器的压电陶瓷表面均匀涂抹中性硅胶耦合剂，将声发射传感器对准夹具Ⅰ或夹具Ⅱ的中心位置，未涂抹耦合剂的声发射传感器端头靠近夹具Ⅰ的横板Ⅰ或夹具Ⅱ的横板Ⅱ，涂抹耦合剂的声发射传感器的压电陶瓷面与圆盘试件的侧壁或上表面接触，旋紧紧固螺栓固定声发射传感器；
(7)将T型承压板Ⅰ作为下承压板放置在试验机台面上，将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ卡设在T型承压板Ⅰ端头的弧形卡槽内，将T型承压板Ⅱ作为上承压板设置在试验机的上加压台下方，并将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅱ卡设在T型承压板Ⅱ端头的弧形卡槽内，固定圆盘试件；
(8)将应变片Ⅰ、应变片Ⅱ分别串联后与应变采集仪连接，将声发射传感器的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；即完成了圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定，开始圆盘劈裂试验。
实施例3：圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定方法，采用圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置(见图1～12)，具体步骤如下：
(1)将定位盖设置在圆盘试件上，根据定位盖的加载缝和水平缝在圆盘试件上标记出水平直径和加载直径，根据定位盖上定位板底部的定位缝，在圆盘试件的侧壁标记出水平定位线；
(2)根据定位盖侧壁的刻度表标记出圆盘试件侧壁的声发射传感器的布置位置以及钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ的设置位置，使钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别对应于定位盖的侧壁刻度表的0°和180°，并使圆盘试件的侧壁的声发射传感器相对应于定位盖的加载缝轴对称设置且对应于定位盖的刻度表均匀设置；
(3)根据定位盖的水平缝和加载缝标记出圆盘试件上声发射传感器的布置位置，使声发射传感器位于定位盖的水平缝正下方且相对于定位盖的加载缝轴对称；
(4)根据定位盖的加载缝和水平缝，在圆盘试件上标记出应变片Ⅰ和应变片Ⅱ的布置位置，使应变片Ⅰ位于定位盖的加载缝正下方且应变片Ⅰ相对于定位盖的水平缝轴对称，应变片Ⅱ位于定位盖的水平缝正下方且应变片Ⅱ位于圆盘试件上声发射传感器之间，应变片Ⅱ相对于定位盖的水平缝轴对称；
(5)根据圆盘试件侧壁的声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅰ的固定架Ⅰ底端的弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件的侧壁；根据圆盘试件上声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅱ的固定架Ⅱ底端的平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件上；根据圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ标注的设置位置，将钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ粘接固定设置在圆盘试件的侧壁且钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别与圆盘试件的侧壁线面接触；根据圆盘试件上应变片Ⅰ和应变片Ⅱ标注的布置位置，将应变片Ⅰ和应变片Ⅱ固定设置在圆盘试件上；
(6)在声发射传感器的压电陶瓷表面均匀涂抹中性硅胶耦合剂，将声发射传感器对准夹具Ⅰ或夹具Ⅱ的中心位置，未涂抹耦合剂的声发射传感器端头靠近夹具Ⅰ的横板Ⅰ或夹具Ⅱ的横板Ⅱ，涂抹耦合剂的声发射传感器的压电陶瓷面与圆盘试件的侧壁或上表面接触，旋紧紧固螺栓固定声发射传感器；
(7)将T型承压板Ⅰ作为下承压板放置在试验机台面上，将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ卡设在T型承压板Ⅰ端头的弧形卡槽内，将T型承压板Ⅱ作为上承压板设置在试验机的上加压台下方，并将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅱ卡设在T型承压板Ⅱ端头的弧形卡槽内，固定圆盘试件；
(8)将应变片Ⅰ、应变片Ⅱ分别串联后与应变采集仪连接，将声发射传感器的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；即完成了圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定，开始圆盘劈裂试验；
(9)检查声发射传感器的连接，检查钢钎Ⅰ与上T型承压板的弧形卡槽和钢钎Ⅱ与下T型承压板的弧形卡槽的接触，检查应变片Ⅰ和应变片Ⅱ的连接，确认无误后，开始进行巴西圆盘劈裂试验三维声发射监测，基于三维传感器阵列的声发射试件定位效果见图13～15；
(10)试验结束后，通过转动紧固螺栓，释放施加在声发射传感器上的恒定压力，将声发射传感器从圆盘试件表面取下，以备下次使用。
对比例：按照现有二维传感器阵列排布方法布置固定声发射传感器，开始进行巴西圆盘劈裂试验二维声发射监测，基于二维传感器阵列的声发射试件定位效果见图16～18；
从图13～18可知，由于二维传感器阵列未在圆盘的两个圆面布置传感器，其在Up-Down方向缺少约束，部分定位事件分布在圆盘试样外，声发射事件定位结果与实际破裂不符，三维传感器阵列克服了这一问题，声发射事件定位效果良好；此外，为对比两种排布方式的定位精度，可针对某个假想声发射事件，通过计算其定位残差空间，可知采用三维排布方式的最小定位残差点非常接近事件的真实位置，三维传感器阵列排布在空间中的整体定位精度要优于二维传感器阵列排布。
Claims (6)
1.一种圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，其特征在于：包括圆盘试件(1)、定位盖(7)、声发射传感器(5)、T型承压板Ⅰ(6)、T型承压板Ⅱ(8)；
定位时，定位盖(7)设置在圆盘试件(1)上且定位盖(7)的尺寸与圆盘试件(1)的尺寸相同，定位盖(7)上开设有相垂直的直线型的加载缝(9)和直线型的水平缝(10)，加载缝(9)和水平缝(10)均通过定位盖(7)的圆心，定位盖(7)的侧壁设置有刻度表且加载缝(9)的端头分别对应刻度表的0°和180°，T型承压板Ⅰ(6)和T型承压板Ⅱ(8)分别设置在定位盖(7)的侧壁刻度表为0°和180°相对应的圆盘试件(1)的侧壁；
布置声发射传感器(5)时，定位盖(7)的侧壁刻度表下方相对应的圆盘试件(1)的侧壁设置有与圆盘试件(1)耦合的4个以上声发射传感器(5)，圆盘试件(1)的侧壁的声发射传感器(5)相对应于定位盖(7)的加载缝(9)轴对称设置且对应于定位盖(7)的刻度表均匀设置；圆盘试件(1)上相对于定位盖(7)的加载缝(9)轴对称设置有与圆盘试件(1)耦合的2个以上的声发射传感器(5)且声发射传感器(5)位于定位盖(7)的水平缝(10)正下方，声发射传感器(5)的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；圆盘试件(1)上设置有2块应变片Ⅰ(4)和2块应变片Ⅱ(11)，应变片Ⅰ(4)位于定位盖(7)的加载缝(9)正下方且应变片Ⅰ(4)相对于定位盖(7)的水平缝(10)轴对称，应变片Ⅱ(11)位于定位盖(7)的水平缝(10)正下方且应变片Ⅱ(11)位于圆盘试件(1)上声发射传感器(5)之间，应变片Ⅱ(11)相对于定位盖(7)的水平缝(10)轴对称，应变片Ⅰ(4)、应变片Ⅱ(11)分别串联后与应变采集仪连接。
2.根据权利要求1所述圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，其特征在于：圆盘试件(1)侧壁上的声发射传感器(5)通过夹具Ⅰ(2)设置在圆盘试件(1)的侧壁上，夹具Ⅰ(2)包括上窄下宽的固定架Ⅰ(21)、紧固螺栓Ⅰ(22)和螺母Ⅰ(212)，固定架Ⅰ(21)包括横板Ⅰ(211)、倾斜板Ⅰ、倾斜板Ⅱ、弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅰ和倾斜板Ⅱ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅰ(211)的两端下方，倾斜板Ⅰ与横板Ⅰ(211)的夹角为100～110°，弧形夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅰ的底端，弧形夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅱ的底端，弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ均与圆盘试件(1)的侧壁的弧度匹配且固定设置在圆盘试件(1)的侧壁，横板Ⅰ(211)中心开设有螺栓孔Ⅰ，螺母Ⅰ(212)固定设置在横板Ⅰ(211)中心的底面且螺母Ⅰ(212)的内螺纹孔与螺栓孔Ⅰ同轴，紧固螺栓Ⅰ(22)穿过横板Ⅰ(211)中心的螺栓孔Ⅰ并设置在螺母Ⅰ(212)的内螺纹孔内，声发射传感器(5)设置在固定架Ⅰ(21)内且通过紧固螺栓Ⅰ(22)固定在圆盘试件(1)侧壁，声发射传感器(5)的压电陶瓷表面与圆盘试件(1)的侧壁表面耦合。
3.根据权利要求1或2所述圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，其特征在于：圆盘试件(1)上的声发射传感器(5)通过夹具Ⅱ设置在圆盘试件(1)上，夹具Ⅱ也包括上窄下宽的固定架Ⅱ、紧固螺栓Ⅱ和螺母Ⅱ，固定架Ⅱ包括横板Ⅱ、倾斜板Ⅲ、倾斜板Ⅳ、平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ，倾斜板Ⅲ和倾斜板Ⅳ的顶端分别对称固定设置在横板Ⅱ的两端下方，倾斜板Ⅲ与横板Ⅱ的夹角为100～110°，平板夹脚Ⅰ的顶端固定设置在倾斜板Ⅲ的底端，平板夹脚Ⅱ的顶端固定设置在倾斜板Ⅳ的底端，平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件(1)上，横板Ⅱ中心开设有螺栓孔Ⅱ，螺母Ⅱ固定设置在横板Ⅱ中心的底面且螺母Ⅱ的内螺纹孔与螺栓孔Ⅱ同轴，紧固螺栓Ⅱ穿过横板Ⅱ中心的螺栓孔Ⅱ并设置在螺母Ⅱ的内螺纹孔内，声发射传感器(5)设置在固定架内且通过紧固螺栓Ⅱ固定在圆盘试件(1)上，声发射传感器(5)的压电陶瓷表面与圆盘试件(1)的上表面耦合。
4.根据权利要求1所述圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，其特征在于：对应于定位盖(7)的侧壁刻度表0°和180°的圆盘试件(1)的侧壁分别固定设置有钢钎Ⅰ(3)和钢钎Ⅱ(12)且钢钎Ⅰ(3)和钢钎Ⅱ(12)分别与圆盘试件(1)的侧壁线面接触，钢钎Ⅰ(3)和钢钎Ⅱ(12)均垂直于圆盘试件(1)的直径，T型承压板Ⅰ(6)、T型承压板Ⅱ(8)的端头均开设有弧形卡槽(61)，钢钎Ⅰ(3)和钢钎Ⅱ(12)分别卡设在T型承压板Ⅰ(6)和T型承压板Ⅱ(8)端头的弧形卡槽(61)内。
5.根据权利要求1所述圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，其特征在于：定位盖(7)边缘下端竖直固定设置有两块定位板且定位板位于水平缝端头的正下方，定位板的底部中心开设有定位缝。
6.圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定方法，其特征在于，采用圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定装置，具体步骤如下：
(1)将定位盖设置在圆盘试件上，根据定位盖的加载缝和水平缝在圆盘试件上标记出水平直径和加载直径，根据定位盖上定位板底部的定位缝，在圆盘试件的侧壁标记出水平定位线；
(2)根据定位盖侧壁的刻度表标记出圆盘试件侧壁的声发射传感器的布置位置以及钢钎Ⅰ(3)、钢钎Ⅱ(12)的设置位置，使钢钎Ⅰ(3)和钢钎Ⅱ(12)分别对应于定位盖的侧壁刻度表的0°和180°，并使圆盘试件的侧壁的声发射传感器相对应于定位盖的加载缝轴对称设置且对应于定位盖的刻度表均匀设置；
(3)根据定位盖的水平缝和加载缝标记出圆盘试件上声发射传感器的布置位置，使声发射传感器位于定位盖的水平缝正下方且相对于定位盖的加载缝轴对称；
(4)根据定位盖的加载缝和水平缝，在圆盘试件上标记出应变片Ⅰ和应变片Ⅱ的布置位置，使应变片Ⅰ位于定位盖的加载缝正下方且应变片Ⅰ相对于定位盖的水平缝轴对称，应变片Ⅱ位于定位盖的水平缝正下方且应变片Ⅱ位于圆盘试件上声发射传感器之间，应变片Ⅱ相对于定位盖的水平缝轴对称；
(5)根据圆盘试件侧壁的声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅰ的固定架Ⅰ底端的弧形夹脚Ⅰ和弧形夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件的侧壁；根据圆盘试件上声发射传感器标注的布置位置，将夹具Ⅱ的固定架Ⅱ底端的平板夹脚Ⅰ和平板夹脚Ⅱ固定设置在圆盘试件上；根据圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ标注的设置位置，将钢钎Ⅰ、钢钎Ⅱ固定设置在圆盘试件的侧壁且钢钎Ⅰ和钢钎Ⅱ分别与圆盘试件的侧壁线面接触；根据圆盘试件上应变片Ⅰ和应变片Ⅱ标注的布置位置，将应变片Ⅰ和应变片Ⅱ固定设置在圆盘试件上；
(6)在声发射传感器的压电陶瓷表面均匀涂抹中性硅胶耦合剂，将声发射传感器对准夹具Ⅰ或夹具Ⅱ的中心位置，未涂抹耦合剂的声发射传感器端头靠近夹具Ⅰ的横板Ⅰ或夹具Ⅱ的横板Ⅱ，涂抹耦合剂的声发射传感器的压电陶瓷面与圆盘试件的侧壁或上表面接触，旋紧紧固螺栓固定声发射传感器；
(7)将T型承压板Ⅰ作为下承压板放置在试验机台面上，将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅰ卡设在T型承压板Ⅰ端头的弧形卡槽内，将T型承压板Ⅱ作为上承压板设置在试验机的上加压台下方，并将圆盘试件侧壁的钢钎Ⅱ卡设在T型承压板Ⅱ端头的弧形卡槽内，固定圆盘试件；
(8)将应变片Ⅰ、应变片Ⅱ分别串联后与应变采集仪连接，将声发射传感器的信号线与接线盒连接，接线盒的端口分别与电源和数据采集主机连接；即完成了圆盘劈裂试验三维声发射传感器阵列排布固定，开始圆盘劈裂试验。
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| CN111537610A (zh) * | 2020-05-15 | 2020-08-14 | 华东理工大学 | 一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法 |
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| CN107727498A (zh) * | 2017-09-26 | 2018-02-23 | 北京科技大学 | 一种声发射试验传感器安装夹持装置及试件安装方法 |
| CN108312749A (zh) * | 2017-12-09 | 2018-07-24 | 高焕荣 | 多功能圆盘规 |
| CN108445085A (zh) * | 2018-06-04 | 2018-08-24 | 东北大学 | 一种岩石单轴实验的声发射探头精准定位装置及使用方法 |
| CN109115889A (zh) * | 2018-10-16 | 2019-01-01 | 中国矿业大学(北京) | 一种煤岩巴西劈裂声发射试验的传感器固定装置及方法 |
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