CN113310805B - 一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，包括永磁体组件、螺旋线圈和铝合金棒，所述螺旋线圈的下端面固定设置于所述铝合金棒的上端中部，所述永磁体组件的下端固定设置于所述螺旋线圈的上端面。本发明的轴向应力测量装置中的电磁超声纵波换能器带有新型圆环型永磁铁，能提供很强的水平磁场强度，大大提高纵波换能效率。采用螺旋线圈，激发纵向超声波，传播效果好，并且螺旋线圈结构简单，换能效率高，使用过程简单，适合进行轴向应力测量。

Description

一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置
技术领域
本发明涉及一种铝棒轴向应力测量装置，尤其涉及一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置。
背景技术
杆状紧固件，如螺栓连接，经常用于工程结构间的连接、固定、定位等，它们的工作状态影响着主要工程结构的可靠性。因此，为了防止紧固件断裂失效并提高机械系统整体的可靠性，我们需要精确测量和控制其预紧力。
超声波测量应力的原理是声弹性效应，即静态变形结构中弹性波的传播速度会随其受力状态的不同而发生改变。在不同大小的应力作用下，超声波在杆状试样中传播速度不同，通过测量纵向超声波在试件两端传播的时间，可以计算出试件所受轴向应力的大小。
目前，测量应力的无损检测方法有光弹性法、电阻应变法、压阻法、X射线衍射法和超声波检测法。其中，光弹性法仅适用于透明材料，电阻应变法和压阻法需要对试件的安装位置进行严格限制，X射线衍射法的检测范围有限。
采用超声波测量应力时，存在以下问题：
(1)用传统接触式超声波探头测量应力时，探头与试件之间的耦合条件是不可重复的，因此一个微小的扰动会导致结果发生很大的变化。
(2)通常检测频率限制在很低的范围了，虽然能够传播较长的距离，但是测量测度不高。
(3)实际检测信号的模态混叠现象比较严重，分辨率不高。
因此需要一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，适应简单方便的测量，并具有较高的分辨率。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
本发明包括永磁体组件、螺旋线圈和铝合金棒，所述螺旋线圈的下端面固定设置于所述铝合金棒的上端中部，所述永磁体组件的下端固定设置于所述螺旋线圈的上端面。
进一步，所述永磁体组件由圆柱形永磁体、第一环形永磁体、第二环形永磁体和第三环形永磁体组成，所述第一环形永磁体套装于所述圆柱形永磁体外，所述第二环形永磁体套装于所述第一环形永磁体外，所述第三环形永磁体套装于所述第二环形永磁体外，所述圆柱形永磁体与所述第二环形永磁体的磁极方向为轴向方向，且所述圆柱形永磁体与所述第二环形永磁体的磁极方向相反，所述第一环形永磁体与所述第三环形永磁体的磁极方向为径向方向。且所述第一环形永磁体与所述第三环形永磁体的磁极方向相反。
优选的，所述永磁体组件的材料为钕铁硼永磁铁。
优选的，所述螺旋线圈的直径与所述永磁体组件的直径相等。
本发明的有益效果在于：
本发明是一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，与现有技术相比，本发明能够实现简单方便地测量，具有如下技术效果：
本发明的轴向应力测量装置中的电磁超声纵波换能器带有新型圆环型永磁铁，能提供很强的水平磁场强度，大大提高纵波换能效率。
本发明的轴向应力测量装置中的电磁超声纵波换能器采用螺旋线圈，其线宽0.2mm，线间距0.2mm，激发纵向超声波，传播效果好，并且螺旋线圈结构简单，换能效率高，使用过程简单，适合进行轴向应力测量。
本发明轴向应力测量装置是外置式，拆卸方便，使用便捷。
本发明轴向应力测量装置不会对试件造成损伤，并且不会对外界环境造成污染。
本发明轴向应力测量装置受外界环境影响较小，能实现快速测量，可靠性好。
本发明轴向应力测量装置的测量信号信噪比大，能精确得到回波信号的时间。
本发明轴向应力测量装置中的电磁超声纵波换能器采用单发单收，经过信号处理模块，能够滤除大量干扰信号提高了测量精度。
本发明轴向应力测量装置中的电磁超声纵波换能器能够与试件表面紧贴，接触良好，有很好的测量灵敏度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明永磁体组件的结构示意图；
图3是本发明螺旋线圈的结构示意图；
图4是本发明的测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-3所示：本发明包括永磁体组件1、螺旋线圈2和铝合金棒3，所述螺旋线圈2的下端面固定设置于所述铝合金棒3的上端中部，所述永磁体组件1的下端固定设置于所述螺旋线圈2的上端面。
进一步，所述永磁体组件1由圆柱形永磁体4、第一环形永磁体5、第二环形永磁体6和第三环形永磁体7组成，所述第一环形永磁体5套装于所述圆柱形永磁体4外，所述第二环形永磁体6套装于所述第一环形永磁体5外，所述第三环形永磁体7套装于所述第二环形永磁体6外，所述圆柱形永磁体4与所述第二环形永磁体6的磁极方向为轴向方向，且所述圆柱形永磁体4与所述第二环形永磁体6的磁极方向相反，所述第一环形永磁体5与所述第三环形永磁体7的磁极方向为径向方向。且所述第一环形永磁体5与所述第三环形永磁体7的磁极方向相反。
优选的，所述永磁体组件1的材料为钕铁硼永磁铁。
优选的，所述螺旋线圈2的直径与所述永磁体组件1的直径相等。
如图4所示：在应力测量时，将铝合金棒3两端通过夹具9夹持在拉伸机8的动力输出端，从而进行应力拉伸测量。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，其特征在于：包括永磁体组件(1)、螺旋线圈(2)和铝合金棒(3)，所述螺旋线圈(2)的下端面设置于所述铝合金棒(3)的上端中部，所述永磁体组件(1)的下端设置于所述螺旋线圈(2)的上端面；
所述永磁体组件(1)由圆柱形永磁体(4)、第一环形永磁体(5)、第二环形永磁体(6)和第三环形永磁体(7)组成，所述第一环形永磁体(5)套装于所述圆柱形永磁体(4)外，所述第二环形永磁体(6)套装于所述第一环形永磁体(5)外，所述第三环形永磁体(7)套装于所述第二环形永磁体(6)外，所述圆柱形永磁体(4)与所述第二环形永磁体(6)的磁极方向为轴向方向，且所述圆柱形永磁体(4)与所述第二环形永磁体(6)的磁极方向相反，所述第一环形永磁体(5)与所述第三环形永磁体(7)的磁极方向为径向方向，且所述第一环形永磁体(5)与所述第三环形永磁体(7)的磁极方向相反。
2.根据权利要求1所述的带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，其特征在于：所述永磁体组件(1)的材料为钕铁硼永磁铁。
3.根据权利要求1所述的带有新型电磁超声纵波换能器的轴向应力测量装置，其特征在于：所述螺旋线圈(2)的直径与所述永磁体组件(1)的直径相等。
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