CN206223330U - 材料主应力的检测系统和检测传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种材料主应力的检测系统和检测传感器。其中，该材料主应力的检测系统包括：材料主应力传感器，设置在被测部件上，用于向被测部件施加外部磁场，并检测被测部件产生的感生信号；函数发生器，通过功率放大器与材料主应力传感器相连接；电机驱动器，与材料主应力传感器相连接，用于驱动材料主应力传感器沿一个方向按照预设角度旋转；前置放大器，与材料主应力传感器相连接；滤波器，与前置放大器相连接；信号采集卡，与滤波器相连接；处理器，与信号采集卡相连接，用于接收信号采集卡采集到的感生信号，并根据感生信号生成被测部件的材料主应力方向和大小。本实用新型解决了无法测量材料主应力大小和应力方向分布的技术问题。

Description

材料主应力的检测系统和检测传感器

技术领域

本实用新型涉及测试领域，具体而言，涉及一种材料主应力的检测系统和检测传感器。

背景技术

在工业应用中，对应材料所受应力较为复杂，而材料局部任意具体点所受主应力具有方向性，目前，对于材料应力的测量，最为准确的是应变片法，但其测试时每次需使用粘结剂将应变片贴于被检材料表面，若使用多个应变片分别测量材料表面某点各方向应力以求取主应力，使用较为不便；X射线衍射法基于弹性力学和晶格衍射理论，能较准确的测量应力，但X射线辐射对身体有害，设备体积庞大，对于现场应用较为不便，对主应力的测量，还未给出较明确测量结果。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种材料主应力的检测系统和检测传感器，以至少解决无法测量材料主应力大小和应力方向分布的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，还提供了一种材料主应力的检测系统，包括：材料主应力传感器，设置在被测部件上，用于向所述被测部件施加外部磁场，并检测所述被测部件产生的感生信号；函数发生器，通过功率放大器与所述材料主应力传感器相连接，用于向所述材料主应力传感器发出信号，其中，所述信号用于激励所述材料主应力传感器产生外部磁场；电机驱动器，与所述材料主应力传感器相连接，用于驱动所述材料主应力传感器沿一个方向按照预设角度旋转；前置放大器，与所述材料主应力传感器相连接，用于对接收到的所述感生信号进行放大；滤波器，与所述前置放大器相连接，用于对放大后的所述感生信号进行滤波；信号采集卡，与所述滤波器相连接，用于采集所述滤波器滤波后的信号；处理器，与所述信号采集卡相连接，用于接收所述信号采集卡采集到的所述感生信号，并根据所述感生信号生成所述被测部件的材料主应力方向和大小。

可选地，所述材料主应力传感器包括：磁轭，被放置在所述被测部件上；激励线圈，缠绕于所述磁轭上；信号接收器，位于所述磁轭下方，与所述磁轭相连接，用于接收所述被测部件产生的所述感生信号；带编码器电机，设置在所述磁轭的上方，用于带动所述磁轭和所述信号接收器沿Z轴转动。

可选地，所述功率放大器连接在所述激励线圈和所述函数发生器之间，用于放大所述函数发生器产生的信号。

可选地，所述电机驱动器，输出端与所述带编码器电机相连接，输入端与所述处理器相连接，用于驱动所述带编码器电机旋转所述预设角度。

可选地，所述带编码器电机包括旋转编码器和电机，所述系统还包括：旋转编码器配套电路，连接所述旋转编码器和所述处理器，用于向所述处理器发送所述电机的旋转角度信息，其中，所述处理器根据所述旋转角度信息控制所述函数发生器生成控制信号。

可选地，所述感生信号为巴克豪森信号，所述信号接收器为巴克豪森信号接收器。

可选地，所述系统还包括：位移编码器，与所述带编码器电机的转动轴相连，用于测量所述材料主应力传感器的转动角度；滚轮，设置在所述材料主应力传感器与所述被测部件之间，用于使所述材料主应力传感器在被测部件表面移动。

可选地，所述感生信号包括以下至少之一：电信号、磁信号、声信号。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种材料主应力的检测传感器，包括：上述的材料主应力传感器。

在本实用新型实施例中，材料主应力传感器，设置在被测部件上，用于向被测部件施加外部磁场，并检测被测部件产生的感生信号；函数发生器，通过功率放大器与材料主应力传感器相连接，用于向材料主应力传感器发出信号，其中，信号用于激励材料主应力传感器产生外部磁场；电机驱动器，与材料主应力传感器相连接，用于驱动材料主应力传感器沿一个方向按照预设角度旋转；前置放大器，与材料主应力传感器相连接，用于对接收到的感生信号进行放大；滤波器，与前置放大器相连接，用于对放大后的感生信号进行滤波；信号采集卡，与滤波器相连接，用于采集滤波器滤波后的信号；处理器，与信号采集卡相连接，用于接收信号采集卡采集到的感生信号，并根据所述感生信号生成所述被测部件的材料主应力方向和大小，通过本实施例获取被测部件的材料主应力方向和大小，不会破坏材料本身，也不会对测试人员身体造成伤害，还能得到准确的测量结果，进而解决了无法测量材料主应力大小和应力方向分布的技术问题，达到了灵活测量材料应力的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的材料主应力的检测系统的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的被测部件的材料应力方向分布图；

图3是根据本实用新型实施例的励磁方向的示意图；

图4是根据本实用新型实施例的材料主应力传感器的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例还提供了一种材料主应力的检测系统。

本实施例通过一种材料主应力的检测系统来得到材料主应力方向和大小。图1是根据本实用新型实施例的材料主应力的检测系统的示意图。如图1所示，该材料主应力的检测系统包括：材料主应力传感器10、函数发生器20、电机驱动器42和处理器40。

材料主应力传感器10设置在被测部件上，用于向被测部件施加外部磁场，并检测被测部件产生的感生信号；

函数发生器20通过功率放大器与所述材料主应力传感器相连接，用于向所述材料主应力传感器发出信号，其中，所述信号用于激励所述材料主应力传感器产生外部磁场；

电机驱动器42与材料主应力传感器相连接，用于驱动材料主应力传感器沿一个方向按照预设角度旋转；

前置放大器46与材料主应力传感器相连接，用于对接收到的感生信号进行放大；

滤波器38，与前置放大器相连接，用于对放大后的感生信号进行滤波；

信号采集卡44与滤波器38相连接，用于采集滤波器滤波后的信号；

处理器40，与信号采集卡44相连接，用于接收信号采集卡采集到的感生信号，并根据感生信号生成被测部件的材料主应力方向和大小。

在本实施例中，材料主应力传感器10被设置在被测部件上，函数发生器20经由功率放大器放大后控制材料主应力传感器10向被测部件施加外部磁场，被测部件的材料在外部磁场的作用下产生感生信号，该感生信号被材料主应力传感器10检测到并发送给处理器40。在感生信号被材料主应力传感器10检测并发送给处理器40的过程中，由于传感器接收信号很微弱，比如2mv，此时接收信号放大器(也称前置放大器46)将此0.2V信号放大到2V，再经过滤波器滤掉杂波，之后2V的信号经过数据采集卡采集，给计算机(即处理器40)。由于函数发生器20只产生很微弱的小信号(比如正弦信号5V)，产生信号太小不能激励传感器工作，故需功率放大器放大后激励传感器(比如正弦信号5V放大到100V)进行工作。

由于被测部件的材料在外部磁场的作用下回产生激励磁场，该激励磁场具有励磁方向，电机驱动器42控制材料主应力传感器10沿着一个方向旋转一定的角度，改变励磁方向，并再次采集当前励磁方向下的感生信号。电机驱动器42控制材料主应力传感器10由0°旋转至360°，得到每个角度下的感生信号，处理器40根据每个角度下的感生信号生成主应力的方向和大小，还可以生成图2所示的被测部件的材料应力方向分布图，从图2可以确定出主应力方向。

通过本实施例获取被测部件的材料主应力方向和大小，不会破坏材料本身，也不会对测试人员身体造成伤害，还能得到准确的测量结果，进而解决了无法测量材料主应力大小和应力方向分布的技术问题，达到了灵活测量材料应力的效果。

在铁磁性中，在外部磁场作用下，磁畴将发生转动和磁畴壁移动，而磁畴的转动以及畴壁的移动受应力、材料组分等因素的影响，在这些因素影响下，对于不同励磁的方向，磁畴跳动和畴壁移动将不同，因此对于此过程中所释放的某些磁信号(例如，巴克豪森信号、磁声发射信号)也将不同。在本申请中，对于某检测区，首先采用单一或组合励磁方法，获取被检测材料在此激励下的某个或多个感生信号，其次，逐步调整磁场来转动励磁方向并获取每个励磁方向上的感生信号，完成检测区0～360°的感生信号的获取，最后根据所有的感生信号，得出材料主应力方向和大小，不同感生信号反应主应力方向具体方法不同，如采用巴克豪森测量时，根据所得各角度信号均方根或平均值等特征值的分布情况，在主应力方向，均方根或平均值等特征值的信号幅值最大。

按照图3所示的转动方向调整励磁方向，每个励磁方向具有一个感生信号。调整励磁方向时也可以按照与图3所示的转动方向相反的方向进行调整，即可以按照顺时针方向调整励磁方向，还可以按照逆时针方向调整励磁方向。需要说明的是，在0°到360°的旋转方向上，需要按照一个固定方向旋转，材料在每个励磁方向的激励磁场的作用下产生一个或多个感生信号。

这种获取被测部件的材料主应力方向和大小的方法，不会破坏材料本身，也不会对测试人员身体造成伤害，还能得到准确的测量结果，进而解决了无法测量材料主应力大小和应力方向分布的技术问题，达到了灵活测量材料应力的效果。

可选地，根据每个励磁方向上的感生信号生成被测部件的材料主应力方向和大小包括：获取不同角度感生信号与加载应力的规律曲线，其中，规律曲线根据预先确定的应力方向与预先确定的感生信号的变化规律确定；根据规律曲线确定感生信号对应的主应力方向和大小。

首先通过应力加载，测量加载方向应力与感生信号曲线，建立感生信号与主应力关系以标定感生信号随应力的变化规律，再次主动加载已知大小和方向的应力获取感生信号，建立不同角度感生信号特征值(如幅值、相位、均方根、平均值等)与所述加载应力的规律曲线，得到规律曲线。对未知被测部件进行测量时根据上述规律曲线变化规律，根据检测到的所述被测部件的感生信号获取主应力大小和方向。如所述信号为巴克豪森信号时，所示变化规律在主应力方向的巴克豪森信号均方根或平均值幅值最大，测量时在测得0°～360°的巴克豪森信号均方根或平均值幅值最大处即为主应力方向。

需要说明的是，每个励磁方向下的被测部件的材料所产生的感生信号可以是一个或者多个。

图4是根据本实用新型实施例的材料主应力传感器的示意图。如图4所示，该材料主应力传感器包括：磁轭30，被放置在被测部件100上；激励线圈32，缠绕于磁轭30上；信号接收器34，位于磁轭30下方，与磁轭30相连接，用于接收被测部件100产生的感生信号；带编码器电机36，设置在磁轭30的上方，用于带动磁轭30和信号接收器34沿Z轴转动。

如图4所示，带编码器电机36、磁轭30和信号接收器34可以通过沿Z轴方向的轴连接为一个整体，带编码器电机36带动磁轭和信号接收器34沿Z轴旋转，随着磁轭30和磁轭30上缠绕的激励线圈32的旋转，励磁方向随着旋转，信号接收器34采集每个励磁方向下的感生信号，生成图4所示的应力方向和大小的分布图。图4所示的材料主应力传感器可以直接放置在被测部件的表面，信号接收器34可以直接与被测部件的表面接触，也可以稍离开被测部件的表面。

如图1所示，功率放大器41，连接在激励线圈32和函数发生器20之间，用于放大函数发生器产生的信号。

可选地，如图1所示，电机驱动器42，输出端与带编码器电机36的电机362相连接，输入端与处理器40相连接，用于驱动电机362旋转预设角度。

可选地，带编码器电机36包括旋转编码器361和电机362，系统还包括：旋转编码器配套电路48，连接旋转编码器361和处理器40，用于向处理器40发送电机362的旋转角度信息，其中，处理器40根据旋转角度信息控制函数发生器20生成控制信号。

需要说明的是，本申请实施例中的感生信号类型可为电、磁、声等的一种或多种，选用不同类型的接收器可接收不同类型的感生信号，如感生的巴克豪森信号为电磁波信号、感生的磁声发射信号为应力波信号等。在感生信号为巴克豪森信号时，信号接收器可以相应的为巴克豪森信号接收器。

可选地，系统还包括：位移编码器，与带编码器电机的转动轴相连，用于测量材料主应力传感器的转动角度；滚轮，设置在材料主应力传感器与被测部件之间，用于使材料主应力传感器在被测部件表面移动。滚轮安装在材料主应力传感器上，便于材料主应力传感器在被测部件表面随电机旋转。

根据本实用新型实施例，还提供了一种材料主应力的检测传感器。该材料主应力的检测传感器可以上述图4所示的材料主应力传感器，结构在前文已描述，此处不再赘述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种材料主应力的检测系统，其特征在于，包括：

材料主应力传感器，设置在被测部件上，用于向所述被测部件施加外部磁场，并检测所述被测部件产生的感生信号；

函数发生器，通过功率放大器与所述材料主应力传感器相连接，用于向所述材料主应力传感器发出信号，其中，所述信号用于激励所述材料主应力传感器产生外部磁场；

电机驱动器，与所述材料主应力传感器相连接，用于驱动所述材料主应力传感器沿一个方向按照预设角度旋转；

前置放大器，与所述材料主应力传感器相连接，用于对接收到的所述感生信号进行放大；

滤波器，与所述前置放大器相连接，用于对放大后的所述感生信号进行滤波；

信号采集卡，与所述滤波器相连接，用于采集所述滤波器滤波后的信号；

处理器，与所述信号采集卡相连接，用于接收所述信号采集卡采集到的所述感生信号，并根据所述感生信号生成所述被测部件的材料主应力方向和大小。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述材料主应力传感器包括：

磁轭，被放置在所述被测部件上；

激励线圈，缠绕于所述磁轭上；

信号接收器，位于所述磁轭下方，与所述磁轭相连接，并且所述信号接收器的输出端与所述前置放大器的输入端相连接，用于接收所述被测部件产生的所述感生信号，并向所述前置放大器输出放大后的所述感生信号；

带编码器电机，设置在所述磁轭的上方，用于带动所述磁轭和所述信号接收器沿Z轴转动。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述功率放大器连接在所述激励线圈和所述函数发生器之间，用于放大所述函数发生器产生的信号。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电机驱动器，输出端与所述带编码器电机中的电机相连接，输入端与所述处理器相连接，用于驱动所述带编码器电机中的电机旋转所述预设角度。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述带编码器电机包括旋转编码器和电机，所述系统还包括：

旋转编码器配套电路，连接所述旋转编码器和所述处理器，用于向所述处理器发送所述电机的旋转角度信息，其中，所述处理器根据所述旋转角度信息控制所述函数发生器生成控制信号。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述感生信号为巴克豪森信号，所述信号接收器为巴克豪森信号接收器。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

位移编码器，与所述带编码器电机的转动轴相连，用于测量所述材料主应力传感器的转动角度；

滚轮，设置在所述材料主应力传感器与所述被测部件之间，用于使所述材料主应力传感器在被测部件表面移动。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的系统，其特征在于，所述感生信号包括以下至少之一：

电信号、磁信号、声信号。

9.一种材料主应力的检测传感器，其特征在于，包括：权利要求1至7中任意一项所述的材料主应力传感器。