CN115963180A

CN115963180A - 一种带吸盘的声发射传感器夹具

Info

Publication number: CN115963180A
Application number: CN202211527356.1A
Authority: CN
Inventors: 刘斌; 陈卫; 张震; 赵占勇; 李忠华; 王利卿; 白培康
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2022-12-01
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-04-14

Abstract

本发明公开了一种带吸盘的声发射传感器夹具，利用吸盘让声发射传感器可以稳定耦合在被测材料表面，包括声发射传感器夹具、空气抽离器和吸盘底座；所述空气抽离器设置在声发射传感器夹具侧面，所述吸盘底座安装在声发射夹具和空气抽离器的底部；其中吸盘底座与被测材料表面接触，声发射传感器夹具用以固定声发射传感器，空气抽离器用以抽出吸盘底座中与被测材料表面之间的空气，并使用卡扣螺栓将封闭活塞高度固定，以此达到声发射传感器在被测材料表面的稳定固定。

Description

一种带吸盘的声发射传感器夹具

技术领域

本发明涉及一种夹具，具体涉及一种带吸盘的声发射传感器夹具，利用吸盘让声发射传感器稳定耦合在被测材料表面。

背景技术

声发射是指材料在受到外力或内力作用产生变形或者断裂时，材料局部区域应力集中，快速释放能量并产生瞬态弹性波的现象。声发射传感器要想采集到清晰完整的声发射信号就需要紧贴于被测材料表面。目前声发射传感器多是通过直接包裹并在底部镶嵌磁铁与被测物体表面连接，然而这种方法对于非铁磁材料表面的信号采集并不适用。目前，在非磁性材料表面贴合传感器的方法主要有使用胶带绕圈缠绕、使用双面胶粘合、使用502胶水粘合三种。其中，使用胶带绕圈缠绕虽然可以让声发射传感器在细长类结构表面固定，但是对于平面较大的结构，固定效果并不理想；使用双面胶粘合，粘性太弱声发射传感器易脱落；502胶水固定虽然稳定，但因为粘性太强，回收时只能使用物理方法硬敲下来，然后使用化学药剂除去声发射传感器表面胶质，易损坏声发射传感器。

发明内容

本发明的目的是提供一种带吸盘的声发射传感器夹具，解决目前声发射传感器在非铁磁材料表面耦合不稳定、耦合后难拆卸的问题，实现声发射传感器在非铁磁材料表面的稳定耦合。

本发明的技术方案是：一种带吸盘的声发射传感器夹具，包括声发射传感器夹具、空气抽离器和吸盘底座；所述空气抽离器设置在声发射传感器夹具侧面，所述吸盘底座安装在声发射夹具和空气抽离器的底部。

进一步，所述声发射传感器夹具包括套筒本体、套筒顶盖和两个固定螺栓，所述套筒本体中空，所述套筒本体的侧面顶部设有套筒螺纹，所述套筒本体的侧面开有一个槽口和两个固定螺栓螺纹孔；所述套筒顶盖的内壁设有与套筒螺纹耦合的顶盖螺纹，所述套筒顶盖的中心焊有伸缩弹簧。

进一步，所述空气抽离器包括空气抽离器腔体、空气抽离器拉杆、封闭活塞和卡扣螺栓，所述空气抽离器腔体侧面开有三个腔体卡扣通孔；所述空气抽离器拉杆设置在空气抽离器腔体内部；所述空气抽离器拉杆的底部设有封闭活塞；所述空气抽离器拉杆上部开有三个拉杆卡扣通孔；所述卡扣螺栓的尺寸与腔体卡扣通孔和拉杆卡扣通孔匹配。

进一步，所述封闭活塞的直径尺寸略小于所述空气抽离器腔体的内径，所述封闭活塞的外表面嵌套有橡胶。

进一步，所述吸盘底座包括吸盘、大吸盘口和小吸盘口，所述大吸盘口和所示小吸盘口在同一平面上；所述吸盘的材料采用丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶或硅橡胶。

本发明的有益效果是：本发明中套筒顶盖内的伸缩弹簧与被测材料表面配合将声发射传感器夹在中间，实现声发射传感器的上下固定，声发射传感器夹具利用两个固定螺栓将声发射传感器左右固定，该设计适配于不同型号的声发射传感器；空气抽离器拉杆上提将封闭活塞拉起，可以将吸盘底座与被测材料表面之间的空气吸入其中，然后使用一根卡扣螺栓将封闭活塞位置固定，利用大气压将声发射传感器紧紧压在被测材料表面；目前制作吸盘底座使用材料最广的主要有丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶或硅橡胶四种，可以根据不同使用场合选择不同特性吸盘材料；待声发射传感器与被测材料表面耦合好后，进行测试10cm连续断铅实验评价该夹具的可行性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为空气抽离器腔体的结构示意图；

图3为带封闭活塞的空气抽离器拉杆的结构示意图；

图4为卡扣螺栓的结构示意图；

图5为吸盘底座的结构示意图；

图6为声发射传感器的内部结构简图；

图7为套筒本体的结构示意图；

图8为套筒顶盖的结构示意图；

图9为固定螺栓的结构示意图；

图10为10cm连续断铅实验图；

图中：1-空气抽离器；101-腔体卡扣通孔；102-空气抽离器腔体；103-空气抽离器拉杆；104-封闭活塞；105-拉杆卡扣通孔；106-卡扣螺栓；2-吸盘底座；201-小吸盘口；202-大吸盘口；203-吸盘；3-声发射传感器；301-引线；302-压电陶瓷；303-耦合面；304-端子；305-金属外壳；4-声发射传感器夹具； 401-套筒本体；402-套筒顶盖；403-槽口；404-顶盖螺纹；405-伸缩弹簧；406-固定螺栓；407-套筒螺纹；408-固定螺栓螺纹孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明包括空气抽离器1、吸盘底座2和声发射传感器夹具4，其中空气抽离器1设置在声发射传感器夹具4的旁边，吸盘底座2粘合在空气抽离器1和声发射传感器夹具4的下端。其中，声发射传感器夹具4的作用是固定声发射传感器3，吸盘底座2与被测材料表面接触，空气抽离器1抽出吸盘底座2与被测材料表面中间间隙的空气，利用大气压强将声发射传感器紧紧压于被测材料表面。

如图2至图4所示，空气抽离器1包括空气抽离器腔体102、空气抽离器拉杆103、封闭活塞104和卡扣螺栓106。空气抽离器腔体102是一个外径为20mm、内径为15mm、高度为40mm的镂空圆柱，并在空气抽离器腔体102的外壁上开有三个等距直径为5mm的腔体卡扣通孔101；空气抽离器拉杆103下端焊接有封闭活塞104，其中封闭活塞104是一个直径为14mm、高度为3mm的圆柱，外套橡胶皮，使得封闭活塞104可以阻绝活塞上下空气；空气抽离器拉杆103直径为10mm、上端直径为20mm，便于动态上提、落下，且使得拉杆运动时不会滑入空气抽离器腔体102中，空气抽离器拉杆103中间打有三个直径为5mm的拉杆卡扣通孔105；卡扣螺栓106是柱径为5mm、长度为30mm、顶面是六角的无螺旋线螺栓，刚好可以穿过腔体卡扣通孔101和拉杆卡扣通孔105。

空气抽离器的具体工作方式为：待到吸盘底座2与被测材料表面完全接触时，用力拉起空气抽离器拉杆103，封闭活塞104受到拉力向上移动，会将吸盘底座2与被测材料表面空气吸入，使得吸盘底座2紧紧贴于被测材料表面，将卡扣螺栓106同时穿过腔体卡扣通孔101和拉杆卡扣通孔105，使得封闭活塞104位置被固定，声发射传感器3紧紧夹于被测材料表面。

如图5所示，吸盘底座2包括吸盘203、大吸盘口202和小吸盘口201，其形状是一个大镂空圆台嵌套一个小镂空圆台，其中小吸盘口201直径为20mm，与空气抽离器腔体102之间使用502胶水粘合；大圆吸盘口202直径为50mm，与套筒本体401底部使用502胶水粘合。制作吸盘面203的材料主要有腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶或硅橡胶四种。其中，丁腈橡胶的韧性杰出，耐磨性好，耐酸碱性差，抗老化性差，可在120°下工作；聚氨酯橡胶的韧性较好，耐磨性好，耐油性好，耐酸碱性差，抗老化性好，可在60°下工作；氟橡胶的韧性一般，耐磨性好，耐油性好，耐酸碱性差，抗老化性好，可在250°下工作；硅橡胶的韧性好，耐磨性差，耐油性好，耐酸碱性差，抗老化性能好，可在200°下工作。根据不同的工作环境特点，选取适合的材料，如果要在特殊环境下工作，可以在吸盘外部覆盖软柔性金属类加强稳定性。

如图6所示，声发射传感器耦合面303与被测材料表面接触，若被测材料有声发射信号产生，声发射信号通过声发射传感器耦合面303使得压电陶瓷302发生压电效应，产生电信号，经由引线301将电信号通过接入端子304的导线导入信号采集系统。

如图7所示，声发射传感器夹具4的套筒本体401是一个外径为50mm、内径为45mm、高度为55mm的镂空圆柱，套筒本体401的侧面顶部设有套筒螺纹407，套筒本体401的侧面开有一个槽口403和两个固定螺栓螺纹孔408，其中套筒螺纹407采用M14*2.0参数螺纹，共10圈，固定螺栓螺纹孔408为M5*1，槽口403供声发射传感器端子304伸出。

如图8所示，套筒顶盖402是一个外径为55mm、内径为50mm、底部掏空的圆柱，套筒顶盖螺纹404与套筒螺纹407相吻合，套筒顶盖402内焊有一根伸缩弹簧405，可以与被测材料表面相配合，使得声发射传感器3在套筒本体401中上下固定。如图9所示，固定螺栓406尺寸参数与固定螺栓螺纹孔408匹配，固定螺栓406的作用是通过璇入固定螺栓螺纹孔408使得声发射传感器3左右固定。

在对本发明进行实验时，此次测试实验场合为室温下、干燥铝合金机器侧表面的声发射信号采集，具体工作过程如下：

第一步，将声发射传感器与设计夹具配合：首先把声发射传感器3从套筒本体401的上端垂直放入，声发射传感器3下端耦合面303与铝合金机器侧表面接触，其中，接触侧表面尽可能保持光滑并在声发射传感器耦合面303及侧表面涂有真空脂，保证声发射传感器3接触良好。声发射传感器3上端端子304从套筒本体401侧顶面开出的槽口403伸出；随后将套筒顶盖402与套筒本体401旋紧，此时顶盖螺纹404与套筒螺纹407相配合，套筒顶盖402内焊接的伸缩弹簧405把声发射传感器3紧紧按住，并与铝合金机器侧表面配合将声发射传感器3夹住，实现上下固定；随后使用两个固定螺栓406穿过固定螺栓口402，将声发射传感器304左右固定。

第二步，利用吸盘底座2配合空气抽离器1将声发射传感器3贴于铝合金机器侧表面：考虑到此次工作场合为室温下、干燥铝合金机器侧表面，吸盘底座选择较为经济的聚氨酯橡胶，聚氨酯橡胶的特点有韧性较好，耐磨性好，耐油性好，耐酸碱性差，抗老化性好，可在60°下工作，适合本次工作环境；随后使用502胶水将小吸盘口201、大吸盘口202分别与空气抽离器腔体102下端、套筒本体401下端粘合，带封闭活塞104的空气抽离器拉杆103放入空气抽离器腔体102中，将吸盘底座2轻轻按于铝合金机器侧表面，缓缓拉动空气抽离器拉杆103，拉杆拉起时，带动封闭活塞104上提，利用大气压强将吸盘紧紧压于铝合金机器侧表面，待到吸盘底座2与侧表面耦合强度足够时，利用一个卡扣螺栓106同时穿过腔体卡扣通孔101和拉杆卡扣通孔105，实现吸盘底座2配合空气抽离器1将声发射传感器3在铝合金机器侧表面的固定。

第三步，进行声发射测试实验：使用本发明具将声发射传感器3耦合于铝合金机器侧表面后，进行测试实验：使用直径0.5mm、硬度为2H的自动铅笔，每次铅芯伸出2.5mm，断铅时铅芯与铝合金机器侧表面夹角为45°，在距离声发射传感器3间隔10cm处进行连续10次断铅实验，根据连续断铅实验数据绘制出10cm连续断铅实验图，如图10所示。可以看出，声发射信号幅值平均为96.12dB，最低幅值为95.53dB。根据测试实验数据确定使用带吸盘的声发射夹具固定的声发射传感器与铝合金机器侧表面耦合良好，在实验中可以采集到清晰、完整的声发射信号。

第四步，回收声发射传感器机器夹具：待到声发射测试实验信号采集完成后，拔出卡扣螺栓106，使得吸入空气抽离器腔体之中空气回到吸盘底座3与铝合金机器侧表面之间，吸盘内外恢复大气压强，将吸盘夹具及传感器移出铝合金机器侧表面，旋开套筒顶盖402和两个固定螺栓406可以使得声发射传感器3轻松取下，完成回收。

本发明实施所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例中陈述的具体形式，本发明的保护范围以及本领域技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims

1.一种带吸盘的声发射传感器夹具，其特征在于：包括声发射传感器夹具、空气抽离器和吸盘底座；所述空气抽离器设置在声发射传感器夹具侧面，所述吸盘底座安装在声发射夹具和空气抽离器的底部。

2.根据权利要求1所述的一种带吸盘的声发射传感器夹具，其特征在于：所述声发射传感器夹具包括套筒本体、套筒顶盖和两个固定螺栓，所述套筒本体中空，所述套筒本体的侧面顶部设有套筒螺纹，所述套筒本体的侧面开有一个槽口和两个固定螺栓螺纹孔；所述套筒顶盖的内壁设有与套筒螺纹耦合的顶盖螺纹，所述套筒顶盖的中心焊有伸缩弹簧。

3.根据权利要求1所述的一种带吸盘的声发射传感器夹具，其特征在于：所述空气抽离器包括空气抽离器腔体、空气抽离器拉杆、封闭活塞和卡扣螺栓，所述空气抽离器腔体侧面开有三个腔体卡扣通孔；所述空气抽离器拉杆设置在空气抽离器腔体内部；所述空气抽离器拉杆的底部设有封闭活塞；所述空气抽离器拉杆上部开有三个拉杆卡扣通孔；所述卡扣螺栓的尺寸与腔体卡扣通孔和拉杆卡扣通孔匹配。

4.根据权利要求3所述的一种带吸盘的声发射传感器夹具，其特征在于：所述封闭活塞的直径尺寸略小于所述空气抽离器腔体的内径，所述封闭活塞的外表面嵌套有橡胶。

5.根据权利要求1所述的一种带吸盘的声发射传感器夹具，其特征在于：所述吸盘底座包括吸盘、大吸盘口和小吸盘口，所述大吸盘口和所示小吸盘口在同一平面上；所述吸盘的材料采用丁腈橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶或硅橡胶。