CN204142686U - 超声疲劳试验振动位移标定装置 - Google Patents

超声疲劳试验振动位移标定装置 Download PDF

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陈一鸣
彭文杰
赵雪松
高云
邓攀
褚乃强
尚伦
刘冬
余立
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Abstract

本实用新型公开了一种超声疲劳试验振动位移标定装置，包括基座、背板、设有轴套和心轴的微分头、一端设有第一通孔的支臂，以及两端分别设有第二通孔和第三通孔的Z形支架等。由于采用非接触方式，不影响超声疲劳试验系统的共振参数，不干扰试验结果且操作简便；通过采用精细分度值和高分辨率型微分头，从而提高了标定精度；而且充分利用了现有试验室设备，节约了试验成本。

Description

超声疲劳试验振动位移标定装置
技术领域
本实用新型涉及金属材料力学性能测试技术领域，具体地指一种超声疲劳试验振动位移标定装置。
背景技术
超声疲劳试验技术是一种加速共振式的疲劳试验方法，它的测试频率(20kHz)远远超过了常规疲劳测试频率(小于200Hz)。超声疲劳试验研究表明某些钢种直到1010个应力循环后仍会发生疲劳断裂，并不存在常规疲劳试验曲线所示的“疲劳极限”，因此用107周次的疲劳试验数据进行疲劳强度设计并不安全。液压伺服的常规疲劳试验机频率都低于200Hz，难以提供超过107以上的循环周次，而超声疲劳试验机的频率范围是15～30kHz，典型的频率是20kHz，用这样高的频率不仅可以节省疲劳试验的时间，而且可以测得常规疲劳试验几乎不能得到的超过107周次的超高周疲劳性能。
超声疲劳试验过程中，换能器、位移放大器和试样组成一个力学振动系统，试样的一端固定在放大器末端，另一端自由。换能器将超声发生器产生的高频电信号转化成机械振动，再由位移放大器进行放大，使试样获得所需的振动位移。
超声疲劳试验机通过控制振动位移来完成疲劳试验，位移的精度直接影响到试验结果的可信度。因此，位移的标定显得尤为关键和重要，常规的位移标定方式需要将测量装置固定在试样上，直接测量位移。但由于超声疲劳试验基于共振原理，试样质量和外形的改变会影响测量结果，所以这种标定方式不适用于超声疲劳试验振动位移标定。
发明内容
本实用新型的目的就是要提供一种标定精度高的超声疲劳试验振动位移标定装置。
为实现上述目的，本实用新型所设计的超声疲劳试验振动位移标定装置包括基座、背板、设有轴套和心轴的微分头、一端设有第一通孔的支臂，以及两端分别设有第二通孔和第三通孔的Z形支架，所述背板垂直设置在基座上，所述支臂垂直设置在背板上且平行于基座，所述轴套穿过第一通孔并用第一锁紧手柄固定，所述心轴穿过第二通孔并用第二锁紧手柄固定，所述第三通孔内设置有涡流传感器，并通过锁紧螺母固定，所述涡流传感器正上方悬空布置有试样，所述试样安装在试验机位移放大器上，所述涡流传感器的信号输出端连接有用于将涡流传感器测量的电压信号放大后输出的变送器，所述变送器的信号输出端连接有用于显示变送器的输出电压信号的数字示波器。
进一步地，所述微分头的精度为±0.5μm，测量范围为25mm。
进一步地，所述微分头采用双向刻度微分头。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：所设计的超声疲劳试验振动位移标定装置结构简单，由于采用非接触方式，不影响超声疲劳试验系统的共振参数，不干扰试验结果且操作简便；通过采用精细分度值和高分辨率型微分头，从而提高了标定精度；而且充分利用了现有试验室设备，节约了试验成本。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
图2为图1的右侧局部结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图1和图2所示的超声疲劳试验振动位移标定装置，包括基座1、背板2、设有轴套9a和心轴9b的微分头9、一端设有第一通孔3a的支臂3，以及两端分别设有第二通孔4a和第三通孔4b的Z形支架4，背板2垂直设置在基座1上，支臂3垂直设置在背板2上且平行于基座1，轴套9a穿过第一通孔3a并用第一锁紧手柄10a固定，心轴9b穿过第二通孔4a并用第二锁紧手柄10b固定，第三通孔4b内设置有涡流传感器7，并通过锁紧螺母8固定，涡流传感器7正上方悬空布置有试样6，试样6通过螺纹安装在试验机位移放大器5上，试验机位移放大器5是试验机的一部分，试验机整体未画出。本技术方案原理是首先利用微分头9获得数字示波器12单位电压值下的位移标准值，再将试样6振动过程中数据测量单元获得的电压值与上述位移标准值相乘获得实际振动位移值。涡流传感器7的信号输出端连接有用于将涡流传感器7测量的电压信号放大后输出的变送器11，变送器11的信号输出端连接有用于显示变送器11的输出电压信号的数字示波器12。本实施实例中所用微分头9的精度为±0.5μm，测量范围25mm的精细分度值和高分辨率型，且采用双向刻度，这样易于在两个方向读数。变送器11提供涡流传感器7激励电源，并将涡流传感器7测量的电压信号放大输出。本实用新型的工作过程如下：将试样6安装在试验机位移放大器5下端，调整基座1位置使涡流传感器7位于试样6下端面正下方，并与试样6下端面保持适当距离；将数字示波器12切换到直流模式，调节微分头9使数字示波器12测量电压值为+A，记下此时微分头9读数M1。调节微分头9使数字示波器12测量电压值为A，记下此时微分头9读数M2。计算参考值B1＝(M1-M2)/2A。重复以上步骤3次，分别计算3次的参考值B1、B2、B3，并求其平均值作为参考值B。调节微分头9使数字示波器12测量电压值为0。调整完毕后，将数字示波器切换到交流模式。启动超声疲劳试验机输出给定的振动位移，记录此时数字示波器12测量电压的峰-峰值C，将C与参考值B相乘即得到实际的振动位移值。

Claims (3)

1.一种超声疲劳试验振动位移标定装置，包括基座(1)、背板(2)、设有轴套(9a)和心轴(9b)的微分头(9)、一端设有第一通孔(3a)的支臂(3)，以及两端分别设有第二通孔(4a)和第三通孔(4b)的Z形支架(4)，所述背板(2)垂直设置在基座(1)上，所述支臂(3)垂直设置在背板(2)上且平行于基座(1)，所述轴套(9a)穿过第一通孔(3a)并用第一锁紧手柄(10a)固定，所述心轴(9b)穿过第二通孔(4a)并用第二锁紧手柄(10b)固定，其特征在于：所述第三通孔(4b)内设置有涡流传感器(7)，并通过锁紧螺母(8)固定，所述涡流传感器(7)正上方悬空布置有试样(6)，所述试样(6)安装在试验机位移放大器(5)上，所述涡流传感器(7)的信号输出端连接有用于将涡流传感器(7)测量的电压信号放大后输出的变送器(11)，所述变送器(11)的信号输出端连接有用于显示变送器(11)的输出电压信号的数字示波器(12)。
2.根据权利要求1所述的超声疲劳试验振动位移标定装置，其特征在于：所述微分头(9)的精度为±0.5μm，测量范围为25mm。
3.根据权利要求1或2所述的超声疲劳试验振动位移标定装置，其特征在于：所述微分头(9)采用双向刻度微分头。
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