CN110243948B - 一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置，考虑了在滚动接触疲劳试验等振动剧烈，稳定性差的封闭式安装环境，设计了包裹式的夹具主体，并设计了弹簧扣和支撑座结构，圆环支撑座内滚道由半圆型的细滚道和半圆槽结构组成；支撑座和弹簧扣共同组成了对旋转时的保护机制。试验运行过程中，由于受到扭矩不稳定时期，试验样会有周向旋转的局部运动或运动趋势，导致声发射探头线材卷入而损坏探头；本方案弹簧扣与支撑座的设计，能够在被测对象发生局部转动时，卸载施加于声发射探头上的预紧力，可以保证声发射探头在旋转角度过大时对探头的线材接口起到保护作用，避免财产损失。

Description

一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置

技术领域

本发明涉及声试验设备技术领域，特别涉及一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置。

背景技术

材料中局部区域由于快速释放应变能而产生一种瞬态的弹性波，可以成为应力波发射。它是一种常见的物理现象，不同材料的声发射信号频率不同。一般声发射信号频率可以分为：次声频、声频和超声频。频率的粉为很大，从几Hz到MHz，信号幅度大，可以从微观的错位运动的10-13m到地震波的1m量级，如果应变能达到一定程度时，残生的声发射信号就能够让人耳听见。一般情况下，大部分材料变形和断裂产生的声发射信号强度是很微弱的，我们人耳不能听见，这种情况下，就要借助一些高灵敏度的电子设备检测。声发射信号通过仪器探测，记录和分析判断出声发射源评价被检物体的活动性缺陷的方法称为声发射技术。

AE(即声发射)探头表面与试件表面之间良好的声耦合为传感器安装的基本要求。试件的表面须平整和清洁，松散的涂层和氧化皮应清除，粗糙表面应打磨，表面油污或多余物要清洗。对半径大于150mm的曲面可看成平面，而对小半径曲面应采取适当措施，例如，可采用转接耦合块或小直径传感器。对于接触界面，应填充声耦合剂，以保证良好的声传输。耦合剂不宜涂得过多或过少，耦合层应尽可能薄，表面要充分浸湿。耦合剂的类型，对声耦合效果影响甚少多采用真空脂、凡士林、黄油、快干胶及其它超声耦合剂。对高温检测，也可采用高真空脂、液态玻璃及陶瓷等。但是，须考虑耦合剂与试件材料的相容性，即不得腐蚀或损伤试件材料表面。多用机械压缩来固定AE探头。常用固定方式包括：松紧带、胶带、弹簧夹、磁性固定器、紧固螺丝等。所加之力，应尽可能大一些，约为0.7MPa。

目前常用的声发射探头固定方式有，磁吸式，螺母固定和胶合固定；现有的固定器的检测对象多为稳定(固定，无运动或运动趋势)的对象。

现有的AE探头固定方案通常以保证传感器与被测对象的稳定紧密贴合为首要目标，而忽视了传感器本身的保护。胶合或磁吸方式的声发射探头固定器应用较多的方案，通常只能安装于稳定性较好的场合，某些振动剧烈或者是存在局部运动的场景，探头容易从被测对象表面脱落使得探头碰撞损坏。而且，胶合式和磁吸式固定器多应用于外露场景。针对某些特定的应用场景，通用的固定方式难以满足要求，需设计特定的夹具实现夹具，这些设计都未考虑声发射探头的保护机制，导致检测过程中探头的至损率极高。尤其是被测对象包含在结构内部的应用场景时，探头工作环境尤为复杂，只能设计特殊的夹具用于固定探头。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置，既能保证AE探头与被测对象的紧密接触，又能对声发射探头具有保护机制。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置，包括：夹具；所述夹具具有用于同探头配合的第一装配结构，和用于同被测对象配合的第二装配结构。

优选的，所述夹具为分体组合结构，包括：第一夹具和第二夹具；

所述第一装配结构包括：开设于所述第一夹具组合面和/或所述第二夹具组合面，用于同所述探头配合的安装槽。

优选的，所述第一装配结构还包括：开设于所述第一夹具组合面和/或所述第二夹具组合面，用于同所述探头线材配合的走线槽，所述走线槽连通于所述安装槽。

优选的，所述安装槽内表面设置有泡沫棉。

优选的，所述夹具为环形结构，所述第二装配结构为所述夹具的内侧周面。

优选的，还包括：设置在所述夹具的弹簧扣，所述弹簧扣的内端用于同所述探头接触提供预紧力。

优选的，所述弹簧扣包括：第一支撑杆、第二支撑杆和弹簧；

所述第一支撑杆头部外侧用于同所述探头配合，所述第一支撑杆的尾部可运动安装于所述第二支撑杆尾部的空心结构内，所述弹簧安装在所述第一支撑杆头部内侧和所述第二支撑杆的头部内侧之间。

优选的，所述夹具为环形结构，所述声发射探头保护装置还包括：设置在所述环形夹具外侧周面的支撑座，所述支撑座的内侧周面与所述弹簧扣的外端接触配合，且所述支撑座的内侧周面还开设有用于同所述弹簧扣外端配合的深沟槽。

优选的，所述支撑座的内侧周面还开设有用于同所述弹簧扣外端配合的浅沟槽，所述浅沟槽与深沟槽连通，且位于同一圆周。

优选的，所述弹簧扣的外端为半球结构，所述浅沟槽的截面为与所述弹簧扣外端半球结构契合的半圆形。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的针对非稳定对象的声发射探头保护装置，其设计及方案基于滚动式接触疲劳试验平台封闭式内部环境，被测对象存在局部运动或运动趋势，设计了一种声发射探头的夹具，不仅能保证声发射探头与被测对象的稳定贴合，同时能够在可以在振动过于剧烈的场景和局部运动产生时对声发射探头起到保护作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的夹具与探头的装配爆炸结构示意图；

图2为本发明实施例提供的分体式夹具的组装结构示意图；

图3为本发明实施例提供的声发射探头保护装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的被测对象与声发射探头保护装置的装配结构示意图；

图5为本发明实施例提供的弹簧扣的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的支撑座的结构示意图。

其中，10为夹具，11为第一夹具，12为第二夹具，13为安装槽，14为走线槽；

20为弹簧扣，21为第一支撑杆，22为第二支撑杆，23为弹簧，24为弹簧扣外端的半球结构；

30为支撑座，31为浅沟槽，32为深沟槽；

40为探头；

50为被测对象。

具体实施方式

现有技术中，在某些特定的实验场合，安装位置存在振动、微转动、润滑油液冲洗等复杂工况(如：接触式滚动接触疲劳试验机)，AE探头无法直接通过胶合、磁吸等方式安装于被测对象表面，导致AE探头收集到信号包含大量的试验机噪声，不利于后续的分析处理。

如果为声发射传探头设计一个安装的夹具，将AE探头与被测试样接触式装配，同时做到被测对象与实验平台的隔离。既可以使得被测对象与传感器直接接触，同时减弱从实验台收集的噪声信号，从而采集到良好的信号。

本设计及方案基于滚动式接触疲劳试验平台封闭式内部环境，被测对象存在局部运动或运动趋势，设计了一种声发射探头的夹具，不仅能保证声发射探头与被测对象的稳定贴合，同时能够在可以在振动过于剧烈的场景和局部运动产生时对声发射探头起到保护作用。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的针对非稳定对象的声发射探头保护装置，包括：夹具10；该夹具10具有用于同探头40配合的第一装配结构，和用于同被测对象50配合的第二装配结构。

从上述的技术方案可以看出，本发明实施例提供的针对非稳定对象的声发射探头保护装置，使得探头40和被测对象50通过夹具10实现装配，与现有技术相比，解决了无法直接安装的问题，能有效保证探头40与被测对象50的稳定配合，适用于非稳定对象的复杂工况。

作为优选，夹具10为分体组合结构，包括：第一夹具11和第二夹具12；

第一装配结构包括：开设于第一夹具11组合面和/或第二夹具12组合面，用于同探头40配合的安装槽13，其结构可以参照图1、图2和图3所示，通过安装槽13装配的方式，定位精准，提高探头40与被测对象50配合的稳定性，结构简单，便于操作；夹具10的分体组合结构方便探头40的装卸，利于设计和加工得到。可以理解的是，第一夹具11和第二夹具12的组合面是指两者之间接触装配的外表面。

为了进一步优化上述的技术方案，第一装配结构还包括：开设于第一夹具11组合面和/或第二夹具12组合面，用于同探头40线材配合的走线槽14，走线槽14连通于安装槽13。其结构可以参照图1、图2和图3所示，以便于探头40线材的布设和对其起到保护作用。

具体的，安装槽13内表面设置有泡沫棉，用于防止探头40与夹具10直接接触，而且起到一定的隔离作用，不仅可以对探头40起保护作用，还能一定程度上提升探头40的稳定性。

在本实施例中，第二装配结构为用于同被测对象50外表面包裹配合的型面，使得夹具10可将被测对象50包裹于其中，特别适用于在非稳定情况下依然保持探头40与被测对象50的稳定配合。

如图3和图4所示，这里的夹具10为环形结构，第二装配结构为夹具10的内侧周面，能够与被测对象50的外侧周面配合，特别适用于环形的被测对象50，滚动接触疲劳试验平台的特殊工况。此时，相应的安装槽13优选为沿夹具10环形结构的径向设置，以便于探头40沿径向安装与被测对象50配合。

本发明实施例提供的针对非稳定对象的声发射探头保护装置，还包括：设置在夹具10的弹簧扣20，该弹簧扣20的内端用于同探头40接触提供预紧力，进一步保证了探头40与被测对象50的稳定配合。弹簧扣20可为同样设于安装槽13中，内端与探头40接触，外端通过夹具10结构或其他部件预紧。

进一步的，弹簧扣20包括：第一支撑杆21、第二支撑杆22和弹簧23；

其中，第一支撑杆21头部外侧用于同探头40配合，第一支撑杆21的尾部可运动安装于第二支撑杆22尾部的空心结构内，弹簧23安装在第一支撑杆21头部内侧和第二支撑杆22的头部内侧之间。其结构可以参照图5所示，通过上述结构设计，弹簧扣20能够为探头40提供有效的弹性回复预紧力。

作为优选，夹具10为环形结构；声发射探头保护装置还包括：设置在环形夹具10外侧周面的支撑座30，该支撑座30的内侧周面与弹簧扣20的外端(与前述内端相对的另一端)接触配合，且支撑座30的内侧周面还开设有用于同弹簧扣20外端配合的深沟槽32。如此设置，弹簧扣20的外端与支撑座30的内侧周面接触预紧；沿支撑座30的内侧周面运动后，弹簧扣20的外端会与深沟槽32配合，减小甚至卸载预紧力，探头40会因为预应力不足而脱离被测对象50表面。试验运行过程中，由于受到扭矩不稳定时期，试验样(即被测对象50)会有周向旋转的局部运动或运动趋势，导致探头40线材卷入而损坏探头，弹簧扣20与支撑座30的设计可以保证探头40在旋转角度过大时，卸载预紧力从而起到保护探头的作用。

具体的，支撑座30的内侧周面还开设有用于同弹簧扣20外端配合的浅沟槽31，该浅沟槽31与深沟槽32连通，且位于同一圆周。其结构可以参照图6所示，浅沟槽31能够为弹簧扣20外端的运动提供限位导向。

为了进一步优化上述的技术方案，弹簧扣20的外端为半球结构，浅沟槽31的截面为与弹簧扣20外端半球结构契合的半圆形，使两者之间的运动更顺畅。

下面结合具体实施例对本方案作进一步介绍：

本发明的目的在于基于滚动接触疲劳试验平台的特殊工况，设计了一个能在内部保证AE探头与被测对象的紧密接触，并对声发射探头具有保护机制的夹具。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本设计采用包裹式夹具方案，AE探头内嵌于夹具之中，如图1和图2所示；夹具分为上下两个对称镜像设计的部分，两部分分别开有声发射探头的安装槽和走线槽。夹具的材料可选不锈钢或者塑料等材质。

夹具开设的槽内表面覆盖一层泡沫棉，不仅可以对声发射探头起保护作用，还能一定程度上提升探头的稳定性。

声发射探头安装于圆环夹具内部，面向安装轴线的一侧与圆环夹具中心为被测试样，AE传感器另一侧受到由弹簧扣施加的一个径向力，将声发射探头与试样表面压紧，同时在试样与声发射探头的接触面涂上耦合剂使其贴合效果更好。

弹簧扣的结构如图5所示，由3部分组成，两个支撑杆穿过弹簧，第一支撑杆直径较小，第二支撑杆内部空心，第一支撑杆可以在第二支撑杆内，沿着夹具圆环的径向运动，第一支撑杆，第二支撑杆，一同安装于弹簧内。弹簧扣的外侧是由一个支撑座施加一个预紧力，支撑座结构如图6所示，其内环上开有3个截面半圆形的滚道，与弹簧扣的半球性契合。与滚道上同一圆周线上的半圆形两侧开设较深的半圆槽。

分体式包裹型夹具、弹簧扣、圆环支撑座、探头、被测对象的安装关系，如图3和图4所示，夹具、支撑座和测试对象都通过中心轴定位。试验运行过程中，由于受到扭矩不稳定时期，试验样会有周向旋转的局部运动或运动趋势，导致声发射探头线材卷入而损坏探头，弹簧扣与支撑座的设计可以保证声发射探头在旋转角度过大时，卸载预紧力从而起到保护探头的作用。

本发明的优点与效益：

本发明所设计的夹具的优点是考虑了在滚动接触疲劳试验等振动剧烈，稳定性差的封闭式安装环境，设计了一个包裹式的夹具主体，并设计了一个弹簧扣和支撑座结构，能够在被测对象发生局部转动时，卸载施加于声发射探头上的预紧力，对探头的线材接口起到保护作用，避免财产损失。

综上所述，本方案的设计要点为：

1、弹簧扣由3部分组成，第一支撑杆，第二支撑杆，弹簧，可拆卸；

2、圆环支撑座内滚道由半圆型的细滚道和半圆槽结构组成；

3、支撑座和弹簧扣共同组成的对旋转时的保护机制。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种针对非稳定对象的声发射探头保护装置，其特征在于，包括：夹具(10)；所述夹具(10)具有用于同探头(40)配合的第一装配结构，和用于同被测对象(50)配合的第二装配结构；

所述夹具(10)为环形结构，所述第二装配结构为所述夹具(10)的内侧周面；所述夹具(10)为分体组合结构，包括：第一夹具(11)和第二夹具(12)；所述第一装配结构包括：开设于所述第一夹具(11)组合面和/或所述第二夹具(12)组合面，用于同所述探头(40)配合的安装槽(13)；

所述声发射探头保护装置还包括：设置在所述夹具(10)的弹簧扣(20)，所述弹簧扣(20)的内端用于同所述探头(40)接触提供预紧力；所述弹簧扣(20)设于所述安装槽(13)中；

所述声发射探头保护装置还包括：设置在所述环形夹具(10)外侧周面的支撑座(30)，所述支撑座(30)的内侧周面与所述弹簧扣(20)的外端接触配合，且所述支撑座(30)的内侧周面还开设有用于同所述弹簧扣(20)外端配合的深沟槽(32)。

2.根据权利要求1所述的声发射探头保护装置，其特征在于，所述第一装配结构还包括：开设于所述第一夹具(11)组合面和/或所述第二夹具(12)组合面，用于同所述探头(40)线材配合的走线槽(14)，所述走线槽(14)连通于所述安装槽(13)。

3.根据权利要求1所述的声发射探头保护装置，其特征在于，所述安装槽(13)内表面设置有泡沫棉。

4.根据权利要求1所述的声发射探头保护装置，其特征在于，所述弹簧扣(20)包括：第一支撑杆(21)、第二支撑杆(22)和弹簧(23)；

所述第一支撑杆(21)头部外侧用于同所述探头(40)配合，所述第一支撑杆(21)的尾部可运动安装于所述第二支撑杆(22)尾部的空心结构内，所述弹簧(23)安装在所述第一支撑杆(21)头部内侧和所述第二支撑杆(22)的头部内侧之间。

5.根据权利要求1所述的声发射探头保护装置，其特征在于，所述支撑座(30)的内侧周面还开设有用于同所述弹簧扣(20)外端配合的浅沟槽(31)，所述浅沟槽(31)与深沟槽(32)连通，且位于同一圆周。

6.根据权利要求5所述的声发射探头保护装置，其特征在于，所述弹簧扣(20)的外端为半球结构，所述浅沟槽(31)的截面为与所述弹簧扣(20)外端半球结构契合的半圆形。

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