CN207227504U - 一种基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统 - Google Patents

Abstract

基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、传感器组、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；上位机系统包括存储传感器组采集到的信号存储模块，信号分析与特征提取模块，信号特征存储模块，信号特征显示模块。本实用新型具有能够在线、多角度的评价振动时效效果的优点。

Description

一种基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统

技术领域

本实用新型涉及振动时效技术领域，特指一种基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统及方法。

技术背景

振动时效技术的效果评价是振动时效技术领域的关键问题之一。目前振动时效技术的效果评价方法主要包括：参数曲线评定法、残余应力测量法、精度稳定性检测法以及动应力判据法。

(1)参数曲线评定法

参数曲线评定法是根据振动时效过程中参数发生有规律的变化现象总结出来的，能够对振动时效的效果进行定性评价，所用的评价准则主要包括：振动时效过程中振幅时间曲线出现上升后变平以及上升后下降然后变平；振动时效处理后扫频曲线的共振峰值比振动时效处理前升高；振动时效处理后扫频曲线的共振频率比振动时效处理前降低；振动时效处理后扫频曲线的带宽比振动时效处理前变窄。

(2)残余应力测量法

为了准确的评价振动时效调控残余应力的效果，就需要准确地评估工件振动时效前后的残余应力，然而工件表层的残余应力分布情况，特别是一些复杂工件表层残余应力的分布状态，很难采用理论计算的方法进行分析求解，所以采用实验测量的方法评估工件表层残余应力的大小具有重要的现实意义。目前残余应力的实验测量方法主要包括：有损的机械测量法和无损的物理测量法，能够定量的评估工件振动时效处理前后的残余应力。机械测量法主要包括小孔法、切条法等；物理测量法主要包括X射线法、超声波法等。

(3)精度稳定性检测法

精度稳定性检测法是通过检测工件振动时效处理后的精度来评价振动时效技术的效果，能够对振动时效技术的效果进行定性评价，主要包括长期放置精度法、加动载荷后精度法等。长期放置精度法是将经过振动时效处理后的工件长期放置并且定期检测工件的尺寸稳定性，具体操作流程是在放置15天时第一次检测，以后每隔30天检测一次，总的放置时间应该在半年以上；加动载荷后精度法是检测经过振动时效处理后的工件在动载荷作用后的尺寸精度的变化量。

(4)动应力判据法

上海交通大学的陈立功教授团队提出了动应力判据法，因为动应力作为振动时效过程中最重要的参数，必然与振动时效效果存在某种相关性。他们研究发现动应力与残余应力释放效果之间存在定量的非线性相关性，并通过数学回归分析和曲线拟合得到它们之间的近似函数关系DP-CH方程，可以在振动时效过程中在线检测动应力，实时定量判断振动时效的效果。

工件吸收了振动能量后，其内部微观组织形态会发生演化，从而在工件振动塑性变形过程中会产生与微观组织形态相对应的特征信号，显然如果能够综合分析振动时效过程中工件微观组织形态的演变规律，就可以进一步明确工件振动时效过程中产生的特征信号，从而在此基础上确定检测特征信号的传感器，实现对振动时效效果在线评价的目的。为了丰富振动时效效果的评价方法，本实用新型提出一种基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统及方法。

实用新型内容

为了丰富振动时效效果的评价方法，本实用新型提出一种基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统及方法。

基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、传感器组、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机系统控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

传感器组中的传感器安装在工件上，传感器组中的传感器与二次仪表连接，二次仪表与数据采集卡连接，数据采集卡与上位机系统连接；

上位机系统包括存储传感器组采集到的信号存储模块，信号分析与特征提取模块，信号特征存储模块，信号特征显示模块。

进一步，支撑装置为弹性元件。

进一步，传感组中包含有S种不同类型的传感器，S为正整数，且S≥3。

本实用新型的技术构思是：由上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、传感器组、二次仪表、数据采集卡以及支撑装置组成基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统；对传感器组中的多传感器采集到的信号进行分析，提取信号的特征，并采用分析得到的信号特征对振动时效效果进行评价。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型提出的方法能够实现对振动时效效果进行在线、多角度的评价。

2、本实用新型提出的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统及方法对振动时效效果进行评价时不会对工件产生损伤，属于无损的评价方法。

3、本实用新型提出的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统对振动时效效果进行在线评价时，都是通过上位机系统进行控制，无需手动操作，减少了工作量，提高了工作效率。

4、本实用新型提出的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统及方法能够实现对振动时效效果进行在线、可靠评价，为研究振动时效效果的评价方法提供了新的思路。

附图说明

图1基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统示意图。

具体实施方式

参照附图，进一步说明本实用新型：

基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、传感器组、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机系统控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

传感器组中的传感器安装在工件上，传感器组中的传感器与二次仪表连接，二次仪表与数据采集卡连接，数据采集卡与上位机系统连接；

上位机系统包括存储传感器组采集到的信号存储模块，信号分析与特征提取模块，信号特征存储模块，信号特征显示模块。

进一步，支撑装置为弹性元件。

进一步，传感组中包含有S种不同类型的传感器，S为正整数，且S≥3。

基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价方法包括以下步骤：

(1)、将工件与激振器固定连接；通过具有弹性的支撑装置对工件进行支撑，以便激振器对工件进行激振；将传感器组中的传感器安装在工件上；接通上位机系统与任意波形发生卡之间的信号连线；接通任意波形发生卡与功率驱动器之间的信号连线；接通功率驱动器与激振器之间的信号连线；接通传感器组中的传感器与二次仪表之间的信号连线；接通二次仪表与数据采集卡之间的信号连线；接通数据采集卡与上位机系统之间的信号连线；接通上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、二次仪表和数据采集卡的电源；

(2)、上位机系统控制任意波形发生卡对工件进行扫频振动，从而确定振动时效的激励频率；

(3)、缓慢调节功率驱动器的增益旋钮使功率驱动器输出恒定的电流，驱动激振器对工件进行振动时效处理；

(4)、上位机系统中的信号分析与特征提取模块对存储在信号存储模块中的信号进行分析；将分析得到的信号特征存储到信号特征存储模块，并通过信号特征显示模块进行显示；并采用分析得到的信号特征对振动时效效果进行评价。

具体实施细节为：本实用新型中采用加速度传感器、应变传感器以及声发射传感器组成多传感器组对工件振动时效过程中的信号进行检测，并对采集到的信号进行分析处理得到信号的特征，以便对振动时效效果进行在线评价。

应变传感器采集到的应变信号相比于加速度传感器采集到的加速度信号对工件局部结构的变化更加敏感，而且应变传感器采集到的应变信号能够直接转换成作用在工件上的动应力，而动应力是振动时效的主要工艺参数，直接关系到振动时效的效果，因此采用应变传感器去检测振动时效过程中的振动信号能够有利于评估振动时效的效果。

材料在受力过程中产生变形时，以弹性波形式释放出应变能的现象，称为声发射。利用检测声发射信号，对材料进行动态无损检测的技术，称为声发射技术。在振动时效过程中材料内部的位错会产生微观运动，从而导致材料产生塑性变形。综上所述，能够采用声发射技术对振动时效过程中的工件进行动态无损检测，并对检测到的声发射信号进行分析，以此评价振动时效是否产生了消除残余应力的效果。

通过数据采集卡采集到工件振动时效过程中的加速度信号和应变信号，并分别以加速度信号和应变信号的幅值作为特征量，分别提取加速度信号和应变信号的幅值，形成加速度幅值特征向量A＝[a₁,a₂,…,a_i,…,a_j,…,a_n]和应变幅值特征向量ε＝[ε₁,ε₂,…,ε_i,…,ε_j,…,ε_n]，其中i，j，n为正整数，当加速度幅值特征向量中的特征值a_i＝a_j时，表明振动时效的效果已经稳定；当应变幅值特征向量中的特征值ε_i＝ε_j时，也表明振动时效的效果已经稳定。

通过数据采集卡采集到工件振动时效过程中的声发射信号，并采用小波分析法对声发射信号进行小波分析，并以小波分析后得到的声发射频率作为特征量对振动时效效果进行评价，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。

采用加速度传感器-应变传感器-声发射传感器组成多传感器组对工件振动时效过程中的信号进行动态无损检测，并对采集到的信号进行分析，提取信号的特征，从而从不同的角度对振动时效效果进行在线评价。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1.基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，包括上位机系统、任意波形发生卡、功率驱动器、激振器、传感器组、二次仪表、数据采集卡、支撑装置；激振器固定在工件的表面上，工件采用具有弹性的支撑装置进行支撑；

上位机系统控制任意波形发生卡输出幅值和频率均独立且连续可调的正弦激励信号；任意波形发生卡输出的正弦激励信号经由功率驱动器输入到激振器，驱动激振器产生振动；

传感器组中的传感器安装在工件上，传感器组中的传感器与二次仪表连接，二次仪表与数据采集卡连接，数据采集卡与上位机系统连接；

上位机系统包括存储传感器组采集到的信号存储模块，信号分析与特征提取模块，信号特征存储模块，信号特征显示模块。

2.如权利要求1所述的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，其特征在于：支撑装置为弹性元件。

3.如权利要求1所述的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，其特征在于：传感组中包含有S种不同类型的传感器，S为正整数，且S≥3。

4.如权利要求1所述的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，其特征在于：所述的传感器分别为加速度传感器和应变传感器时，分别以加速度信号和应变信号的幅值作为特征量，分别提取加速度信号和应变信号的幅值，从而形成加速度幅值特征向量A＝[a₁,a₂,…,a_i,…,a_j,…,a_n]和应变幅值特征向量ε＝[ε₁,ε₂,…,ε_i,…,ε_j,…,ε_n]，其中i，j，n为正整数，当加速度幅值特征向量中的特征值a_i＝a_j时，表明振动时效的效果已经稳定；当应变幅值特征向量中的特征值ε_i＝ε_j时，也表明振动时效的效果已经稳定。

5.如权利要求1所述的基于多传感器多视角的振动时效效果在线评价系统，其特征在于：所述的传感器为声发射传感器时，采用小波分析法对声发射信号进行小波分析，并以小波分析后得到的声发射频率作为特征量对振动时效效果进行评价，当声发射信号经过小波分析后具有一定的声发射频率范围时，表明工件经过振动时效处理后产生了效果。