LU601643B1

LU601643B1 - An electromagnetic monitoring system and method for test specimens based on a three-axis Hopkinson pushrod

Info

Publication number: LU601643B1
Application number: LU601643A
Authority: LU
Inventors: Xianfeng Lu
Original assignee: Univ Anhui Sci & Technology
Priority date: 2025-05-15
Filing date: 2025-05-15
Publication date: 2025-11-17

Abstract

Die Erfindung offenbart ein elektromagnetisches Prüfkörper-Überwachungsgerät basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange und gehört zum technischen Bereich der Prüfung dynamisch mechanischer Eigenschaften von Werkstoffen. Das System umfasst einen Sockel, eine erste und eine zweite Positioniereinheit, in denen ein dreiachsiges Hopkinson-Druckstangensystem angeordnet ist. Dieses System besteht aus drei zueinander senkrecht stehenden Hauptdruckstangen, wobei jede Hauptdruckstange eine Impedanzstange und eine Transmissionsstange aufweist. An den dem Prüfkörper zugewandten Enden der Impedanz- und Transmissionsstangen sind elektromagnetische Induktionsspulen angebracht. Auf der Oberfläche des Sockels sind mehrere Schutzgehäuse montiert, oberhalb derer sich ein elektromagnetisches Überwachungsmodul befindet.Das auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange basierende elektromagnetische Prüfkörper-Überwachungsgerät verbessert durch die kombinierte Überwachung mittels elektromagnetischer Induktion und Strahlungssignalen sowohl die Messgenauigkeit als auch die Störfestigkeit. Gleichzeitig ermöglicht es eine flexible Belastung sowie eine effiziente Datenverarbeitung unter komplexen dreiachsigen Spannungszuständen und stellt somit ein zuverlässiges Instrument für die Untersuchung dynamischer mechanischer Werkstoffeigenschaften dar.The invention discloses an electromagnetic test specimen monitoring device based on a three-axis Hopkinson thrust bar and belongs to the technical field of testing the dynamic mechanical properties of materials. The system comprises a base, a first and a second positioning unit, in which a three-axis Hopkinson thrust bar system is arranged. This system consists of three mutually perpendicular main thrust bars, each having an impedance bar and a transmission bar. Electromagnetic induction coils are attached to the ends of the impedance and transmission bars facing the test specimen. Several protective housings are mounted on the surface of the base, above which an electromagnetic monitoring module is located. The electromagnetic test specimen monitoring device based on a three-axis Hopkinson thrust bar improves both the measurement accuracy and the interference immunity through the combined monitoring by means of electromagnetic induction and radiation signals. At the same time, it enables flexible loading as well as efficient data processing under complex triaxial stress states and thus represents a reliable instrument for the investigation of dynamic mechanical material properties.

Description

Ein auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange basierendes LU601643 elektromagnetisches Uberwachungssystem und Verfahren für PriifkorperLU601643 Electromagnetic Monitoring System and Method for Test Bodies Based on a Three-Axis Hopkinson Pushrod

Technischer BereichTechnical area

Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Bereich der Prüfung der dynamischen mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen und betrifft insbesondere ein elektromagnetisches Überwachungssystem und -verfahren für Prüfkörper basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange.The present invention belongs to the technical field of testing the dynamic mechanical properties of materials and relates in particular to an electromagnetic monitoring system and method for test specimens based on a three-axis Hopkinson pushrod.

Technologie im HintergrundTechnology in the background

Die Hopkinson-Druckstangen-Technik (SHPB) ist seit ihrer Einführung ein zentrales experimentelles Verfahren zur Untersuchung des mechanischen Verhaltens von Werkstoffen unter hohen Dehnraten im Bereich der Materialwissenschaften. Sie spielt eine unersetzliche Rolle in zahlreichen Schlüsselbranchen wie Luft- undSince its introduction, the Hopkinson pushrod pressure test (SHPB) has been a key experimental method for investigating the mechanical behavior of materials under high strain rates in materials science. It plays an irreplaceable role in numerous key industries such as aerospace and

Raumfahrt, Verteidigung, Verkehrswesen und anderen. Bei der herkömmlichen einachsigen Hopkinson-Druckstange erzeugt die Schlagstange durch Aufprall auf dieAerospace, defense, transportation, and others. In the conventional single-axis Hopkinson pushrod, the impactor generates force upon impact with the

Impedanzstange eine Spannungswelle, die durch diese zum Prüfkörper weitergeleitet wird. Die durch den Prüfkörper hindurchtretende Welle wird von derThe impedance bar transmits a voltage wave to the test specimen. The wave passing through the test specimen is then...

Transmissionsstange empfangen. Auf Basis der eindimensionalenTransmission rod received. Based on the one-dimensional

Spannungswellentheorie können so die mechanischen Eigenschaften von Werkstoffen unter einachsiger Stoßbelastung getestet werden.Mit der rasanten Entwicklung moderner Ingenieurtechnologien befinden sich Materialien in ihrer realen Anwendung jedoch häufig in komplexen, dreiachsigen Spannungszuständen, z.B. beiStress wave theory allows the mechanical properties of materials to be tested under uniaxial impact loading. However, with the rapid development of modern engineering technologies, materials in their real-world applications are often found in complex, triaxial stress states, e.g., during...

Turbinenschaufeln von Flugtriebwerken, kritischen Knotenpunkten vonTurbine blades of aircraft engines, critical nodes of

Brückenkonstruktionen oder Energieabsorptionsbauteilen beibridge structures or energy absorption components at

Hochgeschwindigkeitszügen. Die einachsige SHPB-Technologie kann denHigh-speed trains. The single-axle SHPB technology can...

Anforderungen zur Erforschung des realen mechanischen Verhaltens von Werkstoffen nicht mehr gerecht werden — die dreiachsige Hopkinson-Druckstange ist daher alsThe requirements for investigating the real mechanical behavior of materials can no longer be met — the three-axis Hopkinson thrust rod is therefore considered

Weiterentwicklung entstanden.Further development has resulted.

Gegenwärtig steht die dreiachsige Hopkinson-Druckstangen-Messtechnik in der praktischen Anwendung noch vor mehreren technischen Herausforderungen. Auf derCurrently, the three-axis Hopkinson pushrod measuring technique still faces several technical challenges in practical application. On the

Ebene der Sensortechnologie verlassen sich die gängigen Systeme hauptsächlich auf herkömmliche Sensoren wie Dehnungsmessstreifen zur Erfassung mechanischerAt the sensor technology level, common systems rely mainly on conventional sensors such as strain gauges to detect mechanical stress.

Signale. Diese basieren auf dem Widerstands-Dehnungseffekt von Metalldrähten:Signals. These are based on the resistance-strain effect of metal wires:

Wenn sich der Prüfkörper verformt, ändert sich der Widerstand des auf der Oberfläche angebrachten Dehnungsmessstreifens, wodurch Dehnungsinformationen ermittelt werden können.Doch unter hohen Dehnraten hat diese Methode erheblicheWhen the test specimen deforms, the resistance of the strain gauge attached to its surface changes, allowing strain information to be determined. However, this method has significant limitations at high strain rates.

Einschränkungen: Erstens zeigt der Dehnungsmessstreifen aufgrund seiner Trägheit und der Klebeschicht eine verzögerte dynamische Reaktion, was eine präzise Erfassung der transitorischen mechanischen Signale in der Anfangsphase der Materialverformung verhindert. Zweitens ist die Messgenauigkeit stark von Umweltfaktoren abhängig. InLimitations: First, due to its inertia and the adhesive layer, the strain gauge exhibits a delayed dynamic response, which prevents precise detection of the transient mechanical signals in the initial phase of material deformation. Second, the measurement accuracy is highly dependent on environmental factors.

Umgebungen mit hoher Temperatur, Feuchtigkeit oder starker elektromagnetischerenvironments with high temperature, humidity or strong electromagnetic fields

Störung kann es zu Nullpunktdrift und einem Rückgang des Isolationswiderstands kommen. Bei einer elektromagnetischen Störstärke von 100 V/m kann der Messfehler eines Dehnungsmessstreifens beispielsweise auf 15%-20% ansteigen, was dieInterference can lead to zero-point drift and a decrease in insulation resistance. For example, with an electromagnetic interference level of 100 V/m, the measurement error of a strain gauge can increase to 15%–20%, which...

Zuverlässigkeit der Daten stark beeinträchtigt. Drittens handelt es sich beiData reliability is severely impaired. Thirdly, it concerns

Dehnungsmessstreifen um —punktuelle Messmethoden, die nur lokale LU601643Strain gauges around —point measurement methods that only local LU601643

Dehnungsinformationen an der Anbringungsstelle liefern und keine umfassendeProvide strain information at the attachment point and not a comprehensive one.

Darstellung des mechanischen Verhaltens eines Prüfkôrpers unter dreiachsigerRepresentation of the mechanical behavior of a test specimen under triaxial stress

Belastung ermôglichen — ein wesentlicher Nachteil bei der Untersuchung komplexerEnabling loading — a significant disadvantage in the investigation of complex

Spannungsverteilungen und Verformungsmuster im Materialinneren.Stress distributions and deformation patterns within the material.

Auch in Bezug auf die Konstruktionsgestaltung der Geräte bestehen Mängel hinsichtlich Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Die Sensorhalterungen sind meist fest verbaut, was einen schnellen Wechsel zwischen Prüfkôrpern verschiedener Formen (z. B. Würfel, Zylinder, Sonderformen) und Größen (von wenigen Millimetern bis zu mehreren Dezimetern) erschwert. Der Austausch erfordert oft eine vollständigeThe design of the devices also suffers from shortcomings in terms of flexibility and adaptability. The sensor mounts are usually permanently installed, which makes it difficult to quickly change between test specimens of different shapes (e.g., cubes, cylinders, special shapes) and sizes (from a few millimeters to several decimeters). The exchange often requires a complete

Neukonfiguration und Kalibrierung des Überwachungssystems, was zeitaufwendig ist, zusätzliche Fehlerquellen mit sich bringt und die Effizienz reduziert.Reconfiguring and calibrating the monitoring system is time-consuming, introduces additional sources of error, and reduces efficiency.

Zudem fehlt es den Geräten an einer optimierten Gestaltung der Ausbreitungswege fürFurthermore, the devices lack an optimized design of the propagation paths for

Spannungswellen. An der Schnittstelle zwischen Druckstange und Prüfkörper kommt es leicht zu Reflexionen und Dispersionsphänomenen, was zu einer inhomogenenStress waves. At the interface between the pressure rod and the test specimen, reflections and dispersion phenomena easily occur, leading to an inhomogeneous result.

Spannungsverteilung im Prüfkôrper führt und die Genauigkeit sowieThe voltage distribution in the test specimen affects the accuracy as well as

Reproduzierbarkeit der Ergebnisse beeinträchtigt.Reproducibility of results is impaired.

Im Bereich der Signalverarbeitung sind die in herkömmlichenIn the field of signal processing, the methods used in conventional systems are

Überwachungssystemen eingesetzten Algorithmen in der Regel einfach und beschränken sich meist auf grundlegende Filter- und Verstärkungsfunktionen. Diese reichen nicht aus, um charakteristische Informationen über das mechanische Verhalten von Werkstoffen unter komplexen Spannungszuständen zuverlässig zu extrahieren. So enthalten die Signale von Dehnungsmessstreifen während des dynamischenThe algorithms used in monitoring systems are generally simple and mostly limited to basic filtering and amplification functions. These are insufficient to reliably extract characteristic information about the mechanical behavior of materials under complex stress states. For example, the signals from strain gauges during dynamic stress contain...

Bruchprozesses von Materialien häufig erhebliche Störungen und Rauschen.The fracture process of materials often causes significant disturbances and noise.

Konventionelle Algorithmen sind nicht in der Lage, die entscheidendenConventional algorithms are unable to identify the crucial

Signalmerkmale wie Rissinitiierung und -ausbreitung präzise zu erkennen, was diePrecisely detecting signal characteristics such as crack initiation and propagation, which the

Forschung zur dynamischen Versagensmechanik erheblich einschränkt.This significantly limits research into dynamic failure mechanics.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bestehende dreiachsige Hopkinson-In summary, existing triaxial Hopkinson-

Druckstangen-Messsysteme in Bezug auf Messgenauigkeit, dynamischesPushrod measuring systems with regard to measuring accuracy, dynamics

Ansprechverhalten, Umweltresistenz, strukturelle Flexibilität sowieResponsiveness, environmental resistance, structural flexibility, and

Signalverarbeitungstiefe erhebliche Defizite aufweisen. Es besteht ein dringenderThe signal processing depth exhibits significant deficiencies. There is an urgent need for action.

Bedarf an einem innovativen Überwachungssystem und -verfahren, um den modernenA need for an innovative monitoring system and procedure to meet the modern

Anforderungen der Materialwissenschaften an eine präzise Erfassung des mechanischen Verhaltens unter komplexen Spannungszuständen gerecht zu werden.To meet the requirements of materials science for a precise recording of mechanical behavior under complex stress states.

Inhalt der ErfindungContent of the invention

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein elektromagnetischesThe purpose of the present invention is to provide an electromagnetic

Prüfkörper-Überwachungsgerät und -verfahren basierend auf einer dreiachsigenTest specimen monitoring device and method based on a three-axis

Hopkinson-Druckstange bereitzustellen, um die in der Hintergrundtechnik genanntenTo provide the Hopkinson pressure bar in order to achieve the effects mentioned in the background technique

Probleme herkömmlicher Uberwachungssysteme — wie geringe Präzision, langsameProblems of conventional monitoring systems — such as low precision, slow response times

Reaktion, geringe Störfestigkeit sowie mangelnde strukturelle Anpassungsfähigkeit — zu lösen.To solve the problems of low sensitivity to interference and lack of structural adaptability.

Zur Verwirklichung dieses Zwecks schlägt die Erfindung folgende technischeTo achieve this purpose, the invention proposes the following technical

Lösung vor:Ein elektromagnetisches Prüfkörper-Überwachungsgerät basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange, umfassend einen Sockel, eine erste und eine zweite Positioniereinheit, wobei in der ersten und zweiten Positioniereinheit ein LU601643 dreiachsiges Hopkinson-Druckstangensystem angeordnet ist. Das dreiachsigeSolution proposed: An electromagnetic test specimen monitoring device based on a three-axis Hopkinson pushrod, comprising a base, a first and a second positioning unit, wherein a LU601643 three-axis Hopkinson pushrod system is arranged in the first and second positioning units. The three-axis

Hopkinson-Druckstangensystem umfasst drei zueinander senkrecht angeordneteThe Hopkinson pushrod system comprises three mutually perpendicularly arranged

Hauptdruckstangen, wobei jede Hauptdruckstange aus einer Impedanzstange und einerMain pushrods, each main pushrod consisting of an impedance rod and a

Transmissionsstange besteht. An den dem Prüfkôrper zugewandten Enden vonThe transmission rod consists of... At the ends facing the test specimen of

Impedanzstange und Transmissionsstange ist jeweils eine elektromagnetischeThe impedance rod and transmission rod are each electromagnetic

Induktionsspule angebracht. Die Kontaktenden der Impedanz- undAn induction coil is attached. The contact ends of the impedance and

Transmissionsstangen zum Prüfkôrper sind jeweils mit einer Pufferzone mit graduierterTransmission rods to the test body are each equipped with a graduated buffer zone.

Härte ausgestattet.equipped with hardness.

Auf der Oberfläche des Sockels sind mehrere Schutzgehäuse montiert. In jedemSeveral protective housings are mounted on the surface of the base. In each

Schutzgehäuse ist ein Zylinder installiert, wobei am Ausgang des Zylinders einA cylinder is installed in the protective housing, with a cylinder at the cylinder's outlet.

Schutzkasten befestigt ist. Im Schutzkasten ist ein Schrittmotor montiert, auf dessenThe protective box is attached. A stepper motor is mounted in the protective box, on whose

Ausgangswelle ein elektromagnetisches Überwachungsmodul angebracht ist.An electromagnetic monitoring module is attached to the output wave.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektromagnetischeIn another embodiment, the electromagnetic

Uberwachungsmodul mehrere elektromagnetische Sensoren, die um die dreiMonitoring module with several electromagnetic sensors located around the three

Hauptdruckstangen herum angeordnet sind, wobei jeder elektromagnetische Sensor mit einer Verbundabschirmstruktur ausgestattet ist, die aus einer inneren Schicht ausMain pressure rods are arranged around it, with each electromagnetic sensor equipped with a composite shielding structure consisting of an inner layer of

Metallgeflecht und einer äußeren Schicht aus wellenabsorbierendem Material besteht.consists of a metal mesh and an outer layer of wave-absorbing material.

In einer weiteren Ausführungsform ist im elektromagnetischenIn another embodiment, the electromagnetic

Uberwachungsmodul zudem ein Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem integriert, das aus einem Signalverstärker, einem einstellbaren Bandpassfilter und einem Analog-The monitoring module also integrates a signal acquisition and processing system consisting of a signal amplifier, an adjustable bandpass filter, and an analog-

Digital-Wandler besteht.It consists of a digital converter.

In einer weiteren Ausführungsform liegen die Positioniereinheit eins und dieIn another embodiment, the positioning unit one and the

Positioniereinheit zwei aneinander an, wobei sich an den korrespondierenden Stellen beider Positioniereinheiten mehrere Gewindebohrungen befinden, in denenPositioning units are joined to each other, with several threaded bores located at the corresponding points of both positioning units, in which

Befestigungsschrauben fixiert sind.The mounting screws are fixed.

In einer weiteren Ausführungsform bestehen die drei Hauptdruckstangen aus einer x-Achsen-Hauptdruckstange, einer y-Achsen-Hauptdruckstange und einer z-Achsen-In another embodiment, the three main push rods consist of an x-axis main push rod, a y-axis main push rod, and a z-axis

Hauptdruckstange. Die Positioniereinheiten eins und zwei verfügen jeweils in x-, y- und z-Richtung über Bewegungsschlitze, in denen sich die Hauptdruckstangen bewegen können.Main push rod. Positioning units one and two each have movement slots in the x, y and z directions in which the main push rods can move.

Ein Uberwachungsverfahren für ein elektromagnetisches Prüfkörper-A monitoring procedure for an electromagnetic test object-

Überwachungsgerät basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange umfasst die folgenden Schritte:The monitoring device based on a three-axis Hopkinson pushrod includes the following steps:

Schritt 1 — Vorbereitung und Installation des Prüfkôrpers:Der zu prüfendeStep 1 — Preparation and installation of the test object: The object to be tested

Prüfkörper wird an der Schnittstelle der drei Hauptdruckstangen positioniert, das elektromagnetische Überwachungsmodul wird hinsichtlich Position und Winkel justiert.The test specimen is positioned at the interface of the three main push rods, and the electromagnetic monitoring module is adjusted with respect to position and angle.

Schritt 2 — Systemkalibrierung:Mit einem Standardprüfkörper erfolgt dieStep 2 — System calibration: The system calibration is performed using a standard test object.

Kalibrierung. Dabei werden die Parameter des Signalerfassungs- und - verarbeitungssystems manuell eingestellt, um eine Zuordnung zwischen elektromagnetischen Signalen und mechanischen Parametern zu etablieren.Calibration. This involves manually adjusting the parameters of the signal acquisition and processing system to establish a correlation between electromagnetic signals and mechanical parameters.

Schritt 3 — Stoßbelastung und Signalerfassung:Die Reihenfolge und Energiezufuhr der Belastung durch die Hauptdruckstangen wird festgelegt, anschließend werden dieStep 3 — Impact loading and signal acquisition: The sequence and energy input of the load through the main pushrods is determined, then the

Signale der elektromagnetischen Induktionsspulen und Sensoren erfasst und verarbeitet.Signals from electromagnetic induction coils and sensors are captured and processed.

Schritt 4 — Datenverarbeitung und Analyse:Die erfassten Signale werden mit LU601643 klassischen Algorithmusmodulen einer Signalverarbeitungssoftware analysiert, um mechanische Parameter und dynamische Reaktionsinformationen des Prüfkôrpers zu ermitteln.Step 4 — Data processing and analysis: The recorded signals are analyzed using LU601643 classic algorithm modules of a signal processing software to determine mechanical parameters and dynamic reaction information of the test specimen.

Schritt 5 — Ergebnisausgabe:Die mechanischen Leistungsparameter und dynamischen Reaktionsdaten des Prüfkôrpers werden zusammengefasst und ausgegeben.Step 5 — Output of results: The mechanical performance parameters and dynamic response data of the test specimen are summarized and output.

In einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt 3 das Signal durch das Signal- erfassungs- und -verarbeitungssystem verstärkt, gefiltert und einer Analog-Digital-In another embodiment, in step 3 the signal is amplified, filtered, and converted to an analog-to-digital converter by the signal acquisition and processing system.

Wandlung unterzogen.underwent transformation.

In einer weiteren Ausführungsform wird im Schritt 4 das elektromagnetischeIn another embodiment, in step 4 the electromagnetic

Signal mittels Algorithnen wie der Fourier-Transformation und derSignal using algorithms such as the Fourier transform and the

Korrelationsfunktionsanalyse analysiert und verarbeitet.Correlation function analysis is analyzed and processed.

Technische Wirkungen und Vorteile der Erfindung:Technical effects and advantages of the invention:

Das elektromagnetische Prüfkörper-Überwachungssystem und -verfahren basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange optimiert durch die einstellbaren elektromagnetischen Induktionsspulen und die Pufferzone mit graduierterThe electromagnetic test specimen monitoring system and procedure, based on a three-axis Hopkinson pushrod, is optimized by the adjustable electromagnetic induction coils and the graduated buffer zone.

Härte sowohl die Signalinduktion als auch die Ausbreitungseigenschaften derThe hardness affects both signal induction and propagation properties.

Spannungswellen. Dadurch können kleinste mechanische Veränderungen desVoltage waves. This allows even the smallest mechanical changes to occur.

Prüfkörpers unter einem dreiachsigen Spannungszustand präzise erfasst werden. ImThe test specimen is precisely measured under a triaxial stress state.

Vergleich zu herkömmlichen Überwachungssystemen wird die Messgenauigkeit deutlich verbessert und präzisere Daten für die Untersuchung der mechanischenCompared to conventional monitoring systems, the measurement accuracy is significantly improved, and more precise data is available for the investigation of mechanical components.

Eigenschaften von Werkstoffen bereitgestellt.Properties of materials provided.

Die Verbundabschirmstruktur und die flexibel einstellbare Konstruktion der elektromagnetischen Sensoren schirmen externe elektromagnetische Störungen effektiv ab und ermöglichen eine an die Prüfkôrpergeometrie angepassteThe composite shielding structure and the flexibly adjustable design of the electromagnetic sensors effectively shield against external electromagnetic interference and enable adaptation to the test object geometry.

Sensorplatzierung. Dies gewährleistet eine hohe Signalzuverlässigkeit. Selbst unter starker elektromagnetischer Störeinwirkung wird das Signal-Rausch-Verhältnis deutlich verbessert, wodurch die Echtheit und Gültigkeit der Versuchsdaten sichergestellt wird.Sensor placement ensures high signal reliability. Even under strong electromagnetic interference, the signal-to-noise ratio is significantly improved, thus guaranteeing the authenticity and validity of the test data.

Das Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem nutzt fortschrittliche Hardware und Softwarealgorithmen zur schnellen Erfassung, präzisen Verarbeitung und tiefgehenden Analyse elektromagnetischer Signale. So können in kurzer Zeit großeThe signal acquisition and processing system utilizes advanced hardware and software algorithms for the rapid acquisition, precise processing, and in-depth analysis of electromagnetic signals. This enables the rapid processing of large quantities of data.

Mengen experimenteller Daten effizient verarbeitet und analysiert werden, was dieLarge amounts of experimental data can be efficiently processed and analyzed, which means

Forschungseffizienz deutlich steigert.Research efficiency is significantly increased.

Das dreiachsige Hopkinson-Druckstangensystem sowie das elektromagnetischeThe three-axis Hopkinson pushrod system and the electromagnetic

Überwachungsmodul des Geräts lassen sich flexibel an das Material, die Form und dieThe device's monitoring module can be flexibly adapted to the material, shape, and...

Größe des Prüfkörpers anpassen. Damit können unterschiedlichste Werkstoffe unter verschiedensten dreiachsigen Spannungszuständen getestet werden, was denAdjust the size of the test specimen. This allows a wide variety of materials to be tested under various triaxial stress states, which increases the

Anwendungsbereich der Vorrichtung erheblich erweitert und eine hohe Universalität und Praxistauglichkeit gewährleistet. Dieses auf einer dreiachsigen Hopkinson-The device's application range has been significantly expanded, ensuring high universality and practicality. This is based on a three-axis Hopkinson-

Druckstange basierende elektromagnetische Prüfkörper-Überwachungssystem und - verfahren verbessert durch die Kombination elektromagnetischer Induktion undPushrod-based electromagnetic test specimen monitoring system and method improved by combining electromagnetic induction and

Strahlungssignalerfassung sowohl die Messgenauigkeit als auch die Störfestigkeit.Radiation signal acquisition improves both measurement accuracy and interference immunity.

Gleichzeitig ermöglicht es eine flexible Belastung sowie eine effiziente LU601643At the same time, it allows for flexible loading as well as efficient LU601643

Datenverarbeitung unter komplexen dreiachsigen Spannungsbedingungen und stellt somit ein zuverlässiges Instrument für die Forschung zur dynamischen mechanischenData processing under complex triaxial stress conditions and thus represents a reliable instrument for research into dynamic mechanical engineering

Werkstoffcharakterisierung dar. 5 Beschreibung der beigefügten ZeichnungenMaterial characterization. 5 Description of the attached drawings

Um die spezifischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder die technischen Lösungen des Standes der Technik klarer zu erläutern, wird nachfolgend eine einfache Beschreibung der in den Ausführungsformen oder in der Beschreibung des Standes der Technik verwendeten Zeichnungen gegeben. Offensichtlich stellen die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen lediglich einige Ausführungsbeispiele derTo more clearly explain the specific embodiments of the present invention or the prior art technical solutions, a simple description of the drawings used in the embodiments or in the prior art description is given below. Obviously, the drawings described below represent only some exemplary embodiments of the

Erfindung dar. Für Fachleute auf diesem Gebiet ist es ohne erfinderischen Aufwand möglich, auf Grundlage dieser Zeichnungen weitere Zeichnungen zu erhalten.This constitutes an invention. For experts in this field, it is possible to obtain further drawings based on these drawings without inventive effort.

Bild 1: Strukturübersicht der vorliegenden Erfindung;Figure 1: Structural overview of the present invention;

Bild 2: Strukturübersicht der Positioniereinheit eins und Positioniereinheit zwei der vorliegenden Erfindung;Figure 2: Structural overview of positioning unit one and positioning unit two of the present invention;

Bild 3: Explosionsdarstellung der Transmissionsstange der vorliegendenFigure 3: Exploded view of the transmission rod of the present

Erfindung;Invention;

Bild 4: Schnittansicht des Schutzgehäuses und des elektromagnetischenFigure 4: Sectional view of the protective housing and the electromagnetic

Überwachungsmoduls der vorliegenden Erfindung;Monitoring module of the present invention;

Bild 5: Explosionsdarstellung des elektromagnetischen Überwachungsmoduls der vorliegenden Erfindung.Figure 5: Exploded view of the electromagnetic monitoring module of the present invention.

In den Abbildungen: 1 — Sockel; 2 — Positioniereinheit eins; 3 — Positioniereinheit zwei; 4 — Impedanzstange; 5 — Transmissionsstange, 6 — ElektromagnetischeIn the illustrations: 1 — Base; 2 — Positioning unit one; 3 — Positioning unit two; 4 — Impedance rod; 5 — Transmission rod; 6 — Electromagnetic

Induktionsspule; 7 — Pufferzone mit graduierter Härte; 8 — Schutzgehäuse; 9 — Zylinder; 10- Schutzkasten; 11 — Schrittmotor; 12 — Elektromagnetisches Überwachungsmodul; 13 — Elektromagnetischer Sensor; 14 — Abschirmschicht aus Metallgeflecht; 15 —Induction coil; 7 — Buffer zone with graduated hardness; 8 — Protective housing; 9 — Cylinder; 10 — Protective box; 11 — Stepper motor; 12 — Electromagnetic monitoring module; 13 — Electromagnetic sensor; 14 — Shielding layer made of metal mesh; 15 —

Wellenabsorbierende Materialschicht; 16 — Signalverstärker; 17 — EinstellbarerWave-absorbing material layer; 16 — Signal amplifier; 17 — Adjustable

Bandpassfilter; 18 — Analog-Digital-Wandler.Bandpass filter; 18 — Analog-to-digital converter.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für Fachleute auf diesem Gebiet offensichtlich, dass die Erfindung auch ohne eines oder mehrere dieser Details durchgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden bestimmte bekannte technische Merkmale des Fachgebiets nicht beschrieben, um keineThe following description includes numerous specific details to facilitate a more comprehensive understanding of the present invention. However, it is obvious to those skilled in the art that the invention can also be implemented without one or more of these details. In other cases, certain known technical features of the field have been omitted to avoid [unclear context].

Verwirrung mit der vorliegenden Erfindung zu stiften.to cause confusion with the present invention.

Sofern nicht anders ausdrücklich definiert, beziehen sich die in diesem Dokument verwendeten Richtungsangaben wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten, innen und außen auf die in den Figuren dargestellten Richtungen der Erfindung; dies sei hiermit klargestellt.Unless otherwise expressly defined, the directional terms used in this document, such as above, below, left, right, front, back, inside and outside, refer to the directions of the invention as illustrated in the figures; this is hereby clarified.

Die Erfindung stellt ein elektromagnetisches Prüfkörper-Überwachungsgerät basierend auf einer dreiachsigen Hopkinson-Druckstange bereit, wie in den Bildern 1— 5 dargestellt. Es umfasst einen Sockel 1, eine erste Positioniereinheit 2 und eine zweiteThe invention provides an electromagnetic test specimen monitoring device based on a three-axis Hopkinson pushrod, as shown in Figures 1-5. It comprises a base 1, a first positioning unit 2, and a second

Positioniereinheit 3. Die Positioniereinheit 1 und die Positioniereinheit2 liegen einander an, wobei an den korrespondierenden Stellen mehrere Gewindebohrungen vorhanden sind, in denen Befestigungsschrauben fixiert sind. In den beiden LU601643Positioning unit 3. Positioning unit 1 and positioning unit 2 are positioned against each other, with several threaded holes at the corresponding points in which fastening screws are fixed. In the two LU601643

Positioniereinheiten ist ein dreiachsiges Hopkinson-Druckstangensystem integriert, das aus drei senkrecht zueinander angeordneten Hauptdruckstangen besteht, nämlich einer x-Achsen-, einer y-Achsen- und einer z-Achsen-Hauptdruckstange. DieThe positioning units incorporate a three-axis Hopkinson pushrod system, consisting of three main pushrods arranged perpendicular to each other: an x-axis, a y-axis, and a z-axis main pushrod.

Positioniereinheiten2 und3 verfügen in den Richtungen x, y und z überPositioning units 2 and 3 have in the x, y and z directions

Bewegungsschlitze, durch die sich die Hauptdruckstangen bewegen lassen JedeMovement slots through which the main push rods can move. Each

Hauptdruckstange besteht aus einer Impedanzstange 4 und einer Transmissionsstange 5.The main pushrod consists of an impedance rod 4 and a transmission rod 5.

Die Impedanzstange4 überträgt die durch die Schlagstange erzeugtenThe impedance rod4 transmits the impedances generated by the impact bar

Spannungswellen auf den Prüfkôrper, während die Transmissionsstange 5 die durch denVoltage waves on the test specimen, while the transmission rod 5 passes through the

Prüfkôrper hindurchgehenden Spannungswellen empfängt.The test object receives voltage waves passing through it.

An den dem Prüfkôrper zugewandten Enden von Impedanzstange 4 undAt the ends of impedance rod 4 facing the test specimen and

Transmissionsstange 5 ist jeweils eine elektromagnetische Induktionsspule 6 angebracht. Diese Induktionsspulen 6 sind nach einem speziellen Wicklungsverfahren gefertigt, wobei Windungszahl, Drahtdurchmesser und Abstand zurEach transmission rod 5 has an electromagnetic induction coil 6 attached. These induction coils 6 are manufactured using a special winding process, whereby the number of turns, wire diameter and distance to the

Prüfkörperoberfläche präzise an die Materialeigenschaften (wie elektrischeThe surface of the test specimen precisely matches the material properties (such as electrical properties).

Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität) sowie die Größe des Prüfkörpers angepasst werden können. Beispielsweise wird bei Prüfkörpern aus hochleitfähigemConductivity and magnetic permeability) as well as the size of the test specimen can be adjusted. For example, for test specimens made of highly conductive material

Metall die Windungszahl reduziert, um eine Sättigung des induzierten Signals zu vermeiden; bei sehr kleinen Prüfkörpern wird der Abstand zur Oberfläche verringert, um die Induktionswirkung zu verstärken.Die Kontaktenden der Impedanz- undThe metal reduces the number of turns to avoid saturation of the induced signal; for very small test pieces, the distance to the surface is reduced to increase the induction effect. The contact ends of the impedance and

Transmissionsstangen 4 und 5 sind jeweils mit einer Pufferzone mit graduierter Härte 7 versehen. Diese besteht aus Schichten unterschiedlicher Härte und verbessert dieTransmission rods 4 and 5 are each provided with a buffer zone of graduated hardness 7. This consists of layers of varying hardness and improves the

Gleichmäßigkeit der Spannungswellenausbreitung im Prüfkôrper, verringertUniformity of voltage wave propagation in the test specimen, reduced

Spannungskonzentrationen und erhôht somit die Genauigkeit der Messergebnisse.It reduces stress concentrations and thus increases the accuracy of the measurement results.

Auf der Oberfläche des Sockels 1 sind mehrere Schutzgehäuse 8 mittels Schrauben befestigt. In jedem Schutzgehäuse 8 1st über Schrauben ein Zylinder 9 installiert, dessenSeveral protective housings 8 are attached to the surface of the base 1 by means of screws. A cylinder 9 is installed in each protective housing 8, also by means of screws, the

Ausgangsende mit einem Schutzkasten 10 verbunden ist. Im Schutzkasten 10 ist einThe output end is connected to a protective box 10. Inside the protective box 10 is a

Schrittmotor 11 eingebaut, der über einen Rotationswinkel von +180° verfügt. Auf derA stepper motor 11 is installed, which has a rotation angle of +180°. On the

Ausgangswelle des Schrittmotors 11 ist oben ein elektromagnetischesThe output shaft of stepper motor 11 is an electromagnetic element at the top.

Uberwachungsmodul 12 montiert. Das elektromagnetische Uberwachungsmodul 12 umfasst mehrere elektromagnetische Sensoren 13, die um die drei Hauptdruckstangen herum angeordnet sind. Die Sensoren 13 sind räumlich versetzt verteilt, sodass sie elektromagnetische Strahlungssignale des Prüfkôrpers unter dreiachsigerMonitoring module 12 is mounted. The electromagnetic monitoring module 12 comprises several electromagnetic sensors 13 arranged around the three main pushrods. The sensors 13 are spatially offset so that they detect electromagnetic radiation signals from the test object in triaxial orientation.

Spannungsbelastung aus allen Richtungen erfassen können.Jeder elektromagnetischeIt can detect voltage loads from all directions. Every electromagnetic

Sensor 13 ist mit einer Verbundabschirmstruktur ausgestattet, die aus einer innerenSensor 13 is equipped with a composite shielding structure consisting of an inner

Abschirmschicht aus Metallgeflecht 14 und einer äußeren Schicht aus wellenabsorbierendem Material 15 besteht. Die Abschirmschicht 14 blockiert effektiv niederfrequente externe elektromagnetische Störungen, während die Schicht aus absorbierendem Material 15 hochfrequente Streustrahlen absorbiert und so eine stabile elektromagnetische Umgebung für die Sensoren 13 schafft. Die elektromagnetischenThe shielding layer consists of a metal mesh 14 and an outer layer of wave-absorbing material 15. The shielding layer 14 effectively blocks low-frequency external electromagnetic interference, while the layer of absorbing material 15 absorbs high-frequency scattered radiation, thus creating a stable electromagnetic environment for the sensors 13.

Sensoren 13 sind höhen- und winkelverstellbar, sodass sie flexibel an Prüfkörper unterschiedlicher Form und Größe angepasst werden können und eine umfassendeSensors 13 are height and angle adjustable, so they can be flexibly adapted to test objects of different shapes and sizes and provide comprehensive

Signalerfassung gewährleisten.Ensure signal detection.

Im elektromagnetischen Überwachungsmodul 12 ist ferner ein Signalerfassungs-Furthermore, the electromagnetic monitoring module 12 contains a signal acquisition-

; und -verarbeitungssystem integriert, das aus einem Signalverstärker 16, einem LU601643 einstellbaren Bandpassfilter 17 und einem Analog-Digital-Wandler 18 besteht. Das; and integrated processing system consisting of a signal amplifier 16, an LU601643 adjustable bandpass filter 17, and an analog-to-digital converter 18. The

Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem ist mit einem externen Computer verbunden. Die von den elektromagnetischen Induktionsspulen6 und den elektromagnetischen Sensoren 13 erfassten schwachen elektrischen Signale werden zunächst dem Signalverstärker 16 zugeführt. Dieser verwendet eine mehrstufigeThe signal acquisition and processing system is connected to an external computer. The weak electrical signals detected by the electromagnetic induction coils 6 and the electromagnetic sensors 13 are first fed to the signal amplifier 16. This uses a multi-stage

Verstärkerschaltung, die je nach Signalstärke automatisch den Verstärkungsfaktor anpasst, um eine verzerrungsfreie Signalverstärkung sicherzustellen.Das verstärkteAmplifier circuit that automatically adjusts the gain factor depending on the signal strength to ensure distortion-free signal amplification.

Signal wird anschließend im einstellbaren Bandpassfilter 17 gefiltert. Durch Anpassung der Schaltungsparameter lässt sich das Durchlassband präzise definieren, umThe signal is then filtered in the adjustable bandpass filter 17. By adjusting the circuit parameters, the passband can be precisely defined in order to

Störsignale effektiv zu entfernen und die für die mechanischen Eigenschaften desto effectively remove interference signals and improve the mechanical properties of the

Prüfkörpers relevanten Signalkomponenten zu erhalten. Das gefilterte Analogsignal wird durch den Analog-Digital-Wandler 18, der über hohe Abtastrate und hoheto obtain the relevant signal components of the test specimen. The filtered analog signal is processed by the analog-to-digital converter 18, which has a high sampling rate and high

Auflösung verfügt, in ein digitales Signal umgewandelt. Dadurch kann derThe resolution is converted into a digital signal. This allows the

Datenverarbeitungsrechner das Signal zügig und präzise analysieren.Im Computer ist speziell entwickelte Signalverarbeitungssoftware installiert, die verschiedene moderneData processing computers analyze the signal quickly and precisely. The computer has specially developed signal processing software installed, which supports various modern methods.

Analysealgorithmen integriert — darunter schnelle Fourier-Transformation (FFT),Integrated analysis algorithms — including fast Fourier transform (FFT),

Wavelet-Analyse und digitale Filterung. Diese ermöglichen eine Echtzeitanalyse und - verarbeitung der elektromagnetischen Signale, sodass relevante Kennwerte wieWavelet analysis and digital filtering enable real-time analysis and processing of electromagnetic signals, allowing for the determination of relevant parameters such as...

Spannung, Dehnung und Verformung des Prüfkörpers extrahiert und entsprechende dynamische Verlaufskurven erzeugt werden können.Stress, strain and deformation of the test specimen can be extracted and corresponding dynamic curves can be generated.

Zusätzlich kann das Gerät je nach Einsatzbedarf mit einem Trigger- undAdditionally, depending on the application requirements, the device can be equipped with a trigger and

Steuersystem ausgestattet werden, das aus einem Auslöser und einem Steuercomputer besteht. Der Auslöser verwendet ein elektromagnetisches Auslöseprinzip, bei dem durch Ein- und Ausschalten des Stroms ein Trigger-Signal erzeugt wird, das dieThe device will be equipped with a control system consisting of a trigger and a control computer. The trigger uses an electromagnetic triggering principle, where switching the current on and off generates a trigger signal that...

Schlagstange mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit gegen die Impedanzstange 4 antreibt und so eine Stoßbelastung erzeugt. Der Steuercomputer dient zur präzisenThe impact bar is driven against the impedance rod 4 at a predetermined speed, thus generating an impact load. The control computer serves for precise control.

Steuerung der Stoßreihenfolge, Energie und Zeitintervalle der drei Hauptdruckstangen.Control of the impact sequence, energy and time intervals of the three main pushrods.

Über die Benutzeroberfläche des Steuercomputers kann der Benutzer flexibel dasThe user can flexibly adjust the control computer's interface.

Ladeverfahren festlegen, z. B. sequenzielles, synchrones oder alternierendes Laden, und gleichzeitig alle Ladeparameter in Echtzeit überwachen. Darüber hinaus tauscht der Steuercomputer Daten mit dem Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem aus, um eine präzise Synchronisation zwischen Lade- und Erfassungsprozess sicherzustellen und Messfehler durch zeitliche Abweichungen zu vermeiden.The charging method, e.g., sequential, synchronous, or alternating charging, is defined, and all charging parameters are monitored in real time. Furthermore, the control computer exchanges data with the signal acquisition and processing system to ensure precise synchronization between the charging and acquisition processes and to avoid measurement errors due to timing deviations.

Die in dieser Erfindung verwendeten Normteile sind handelsüblich erhältlich.The standard parts used in this invention are commercially available.

Sonderbauteile können gemäß der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen individuell angefertigt werden. Die spezifischen Verbindungsarten der einzelnenSpecial components can be individually manufactured according to the description and the attached drawings. The specific connection types of the individual components

Komponenten erfolgen über im Stand der Technik etablierte Verfahren wieComponents are manufactured using state-of-the-art methods such as

Schraubverbindungen, Nieten oder Schweißen. Maschinen, Bauteile und Geräte entsprechen gängigen Modellen aus dem Stand der Technik. Auch dieScrew connections, rivets, or welding. Machines, components, and equipment conform to common, state-of-the-art models. Also, the

Schaltungsverbindungen beruhen auf konventionellen Methoden, sodass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet wird. Die Steuerung der Erfindung erfolgt über einen Controller, dessen Steuerungsschaltung durch einfaches Programmieren durchCircuit connections are based on conventional methods, so a detailed description is omitted. The invention is controlled by a controller whose control circuitry can be easily programmed by

Fachleute auf diesem Gebiet realisierbar ist. Inhalte, die in dieser Beschreibung nicht im Detail ausgeführt werden, gelten als dem Fachpersonal bekannte Techniken des LU601643This is feasible for experts in this field. Content not detailed in this description is considered to be techniques known to specialists in this field, as defined in LU601643.

Standes der Technik.State of the art.

In der Beschreibung dieser Erfindung ist zu verstehen, dass die angegebenenIn the description of this invention, it is to be understood that the specified

Richtungs- oder Lageangaben auf den in den Zeichnungen dargestellten Verhältnissen beruhen. Diese dienen lediglich der Vereinfachung der Beschreibung und stellen keineDirectional or positional information is based on the proportions shown in the drawings. These serve only to simplify the description and do not constitute a definitive statement.

Einschränkung hinsichtlich einer bestimmten Ausrichtung oder Konstruktion desrestriction regarding a specific orientation or construction of the

Geräts oder seiner Komponenten dar. Eine solche Interpretation soll daher nicht als beschränkend für den Schutzumfang der Erfindung verstanden werden.The device or its components. Such an interpretation should therefore not be understood as limiting the scope of protection of the invention.

Funktionsprinzip:Operating principle:

Das auf einer dreiachsigen =— Hopkinson-Druckstange basierende elektromagnetische Überwachungssystem und -verfahren sieht vor, dass der zu testendeThe electromagnetic monitoring system and procedure, based on a three-axis Hopkinson pushrod, stipulates that the device to be tested

Prüfkörper in eine geeignete Form und Größe gebracht und anschließend an derThe test specimen was brought into a suitable shape and size and then attached to the

Schnittstelle der drei Hauptdruckstangen positioniert wird. Dabei muss der Prüfkörper eng an den Stirnflächen der Hauptdruckstangen anliegen. Nach Auslösung des Triggers im Trigger- und Steuersystem schlägt die externe Schlagstange mit hoherThe test specimen is positioned at the interface of the three main pushrods. It must be in close contact with the end faces of the main pushrods. After the trigger in the trigger and control system is activated, the external impact bar strikes with high force.

Geschwindigkeit auf die Impedanzstange 4 auf und erzeugt eine Spannungswelle. AmThe velocity acts on the impedance rod 4 and generates a voltage wave.

Beispiel der x-Achsen-Hauptdruckstange: Die durch den Aufprall erzeugteExample of the x-axis main pushrod: The force generated by the impact

Spannungswelle wandert entlang der Impedanzstange 4 in Richtung des Prüfkörpers.The voltage wave travels along the impedance bar 4 in the direction of the test specimen.

Da die drei Hauptdruckstangen senkrecht zueinander stehen, kann eine dreiachsige dynamische Belastung des Prüfkörpers realisiert werden, was eine realitätsnaheSince the three main pressure rods are perpendicular to each other, a triaxial dynamic load on the test specimen can be achieved, resulting in a realistic simulation.

Nachbildung komplexer Spannungszustände in technischen Anwendungen ermöglicht.Enabling the simulation of complex stress states in technical applications.

Die auf den Prüfkörper übertragene Spannungswelle führt zu dessen Verformung undThe stress wave transmitted to the test specimen leads to its deformation and

Spannungsänderung.Voltage change.

Unter der Stoßbelastung verändert sich die Struktur des Prüfkörpers, z.B. dieUnder impact stress, the structure of the test specimen changes, e.g. the

Elektronenverteilung und das Kristallgitter, was zur Entstehung elektromagnetischerElectron distribution and the crystal lattice, leading to the formation of electromagnetic

Signale führt. Die elektromagnetischen Induktionsspulen 6 an den dem Prüfkörper zugewandten Enden der Impedanzstangen 4 und Transmissionsstangen 5 erfassen dieseSignals are detected by the electromagnetic induction coils 6 at the ends of the impedance rods 4 and transmission rods 5 facing the test specimen.

Signaländerungen. Gleichzeitig erfassen die elektromagnetischen Sensoren 13 des elektromagnetischen Überwachungsmoduls 12, die in verschiedenen Richtungen rund um den Prüfkôrper verteilt sind, kontinuierlich die vom Prüfkörper unter dreiachsigerSignal changes. At the same time, the electromagnetic sensors 13 of the electromagnetic monitoring module 12, which are distributed in different directions around the test specimen, continuously detect the signals emanating from the test specimen in three-axis motion.

Spannungsbelastung emittierten elektromagnetischen Strahlungssignale. Diese enthalten Informationen über den mechanischen Zustand des Prüfkörpers.Voltage stress emitted electromagnetic radiation signals. These contain information about the mechanical condition of the test specimen.

Die von den Induktionsspulen6 und Sensoren 13 empfangenen schwachen elektrischen Signale werden zunächst in das Signalerfassungs- und - verarbeitungssystem eingespeist. Dort werden sie vom Signalverstärker 16 verstärkt, vom einstellbaren Bandpassfilter 17 gefiltert, um Störsignale zu entfernen, und schließlich vom Analog-Digital-Wandler 18 in digitale Signale umgewandelt. Diese gelangen zur Auswertung in den Rechner. Die dort installierteThe weak electrical signals received by the induction coils 6 and sensors 13 are first fed into the signal acquisition and processing system. There, they are amplified by the signal amplifier 16, filtered by the adjustable bandpass filter 17 to remove interference, and finally converted into digital signals by the analog-to-digital converter 18. These signals are then sent to the computer for evaluation. The computer installed there

Signalverarbeitungssoftware analysiert und verarbeitet die elektromagnetischenSignal processing software analyzes and processes the electromagnetic signals.

Signale in Echtzeit mithilfe von Algorithmen wie schneller Fourier- Transformation undSignals in real time using algorithms such as fast Fourier transform and

Wavelet-Analyse. Auf Grundlage der bei der Systemkalibrierung hergestelltenWavelet analysis. Based on the data generated during system calibration.

Korrelation zwischen elektromagnetischen Signalen und mechanischen Parametern werden die Signale in mechanische Kennwerte wie Spannung, Dehnung undCorrelation between electromagnetic signals and mechanical parameters: the signals are converted into mechanical properties such as stress, strain, and

Verformung übersetzt. Gleichzeitig werden Kurven wie Spannungs-Zeit- undDeformation is translated. At the same time, curves such as stress-time and

Dehnungs-Zeit-Diagramme erzeugt, um dynamische Informationen über den LU601643Strain-time diagrams were generated to provide dynamic information about the LU601643

Verformungs- und Schädigungsverlauf des Prüfkôrpers — z. B. Zeitpunkt und Ort vonDeformation and damage progression of the test specimen — e.g., time and location of

Rissbildung und -ausbreitung — zu analysieren.To analyze crack formation and propagation.

Der Steuerrechner im Trigger- und Steuersystem kontrolliert präzise dieThe control computer in the trigger and control system precisely controls the

StoBreihenfolge, Energiezufuhr und Zeitintervalle der drei Hauptdruckstangen. Zudem ist er mit dem Signalerfassungs- und -verarbeitungssystem verbunden, wodurch sichergestellt wird, dass die Signalerfassung exakt synchron mit dem Auftreffen derThe sequence of impacts, energy input, and time intervals of the three main thrust rods are monitored. Furthermore, it is connected to the signal acquisition and processing system, ensuring that signal acquisition is precisely synchronized with the impact of the thrusts.

Schlagstange beginnt. Auf diese Weise können die aufgezeichneten elektromagnetischen Signale die mechanischen Veränderungen des Prüfkôrpers unter definierter Belastung exakt widerspiegeln.The impact bar begins. In this way, the recorded electromagnetic signals can accurately reflect the mechanical changes of the test specimen under defined load.

Obwohl Ausführungsbeispiele dieser Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für Fachleute auf diesem Gebiet ersichtlich, dass verschiedene Änderungen,Although exemplary embodiments of this invention have been shown and described, it is obvious to those skilled in the field that various modifications,

Modifikationen, Ersetzungen und Varianten dieser Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. DerModifications, substitutions, and variants of these embodiments can be made without deviating from the spirit and basic concept of the invention.

Schutzumfang der Erfindung wird durch die beigefügten Patentansprüche und derenThe scope of protection of the invention is defined by the attached patent claims and their

Aquivalente definiert.Equivalents defined.

Claims

Claims LU601643

1. An electromagnetic test specimen monitoring device based on a three-axis Hopkinson pushrod, comprising a base (1), a first positioning unit (2) and a second positioning unit (3), characterized in that: a three-axis Hopkinson pushrod system is arranged in the first positioning unit (2) and the second positioning unit (3), comprising three mutually perpendicular main pushrods, each main pushrod containing an impedance rod (4) and a transmission rod (5), an electromagnetic induction coil (6) is attached to the end of the impedance rod (4) and the transmission rod (5) facing the test specimen, and a buffer zone with graduated hardness (7) is provided at the contact ends to the specimen; On the surface of the base (1) several protective housings (8) are installed, each containing a cylinder (9), the output end of the cylinder (9) being connected to a protective box (10) in which a stepper motor (11) is mounted, on the top of whose output shaft an electromagnetic monitoring module (12) is located.

2. The electromagnetic test specimen monitoring device according to claim 1, characterized in that: the electromagnetic monitoring module (12) comprises several electromagnetic sensors (13) arranged around the three main pressure rods, each electromagnetic sensor (13) being provided with a composite shielding structure consisting of an inner shielding layer of metal mesh (14) and an outer layer of wave-absorbing material (15).

3. The electromagnetic test specimen monitoring device according to claim 1, characterized in that: a signal acquisition and processing system is integrated in the electromagnetic monitoring module (12), consisting of a signal amplifier (16), an adjustable bandpass filter (17) and an analog-to-digital converter (18).

4. The electromagnetic test specimen monitoring device according to claim 1, characterized in that: the first positioning unit (2) and the second positioning unit (3) are adjacent to each other and several threaded bores are located at the corresponding points in which fastening screws are inserted.

5. The electromagnetic test specimen monitoring device according to claim 1, characterized in that: the three main push rods are an x-axis, y-axis and z-axis main push rod, and that the positioning units (2) and (3) are each provided with movement slots in the x, y and z directions for moving the main push rods.

6. A monitoring method based on one of the devices mentioned in claims 1 to 5, characterized in that it comprises the following steps: Step 1 — Preparation and installation of the test specimen: The test specimen to be tested is positioned at the interface of the three main push rods, the electromagnetic monitoring module (12) is adjusted with respect to position and angle;

Step 2 — System calibration: Using a standard test specimen, the LU601643 calibration is performed by manually adjusting the parameters of the signal acquisition and processing system to establish a correlation between electromagnetic signals and mechanical parameters; Step 3 — Impact loading and signal acquisition: The sequence and energy of the load applied by the main pushrods are determined, and the signals from the electromagnetic induction coils (6) and sensors (13) are acquired and processed; Step 4 — Data processing and analysis: The acquired signals are analyzed using classic algorithm modules of signal processing software to obtain mechanical parameters and dynamic response information of the test specimen; Step 5 — Result output: The mechanical performance parameters and dynamic response data of the test specimen are summarized and output.

7. The monitoring method according to claim 4, characterized in that: in step 3 the signal acquisition and processing system (consisting of signal amplifier (16), adjustable bandpass filter (17) and analog-to-digital converter (18)) amplifies, filters and converts the signals into digital signals.

8. The monitoring method according to claim 4, characterized in that: in step 4 electromagnetic signals are analyzed and processed using algorithms such as Fourier transformation and correlation function analysis.