[发明专利]优化测量金属材料力学性能退化超声非线性检测装置

说明书

技术领域

本发明测量装置主要涉及一种具有优化性能的，用于离线测量金属材料力学性能退化的超声非线性特性的固定及检测测量装置。 

背景技术

金属材料力学性能退化与超声波透过材料传播时的非线性效应密切相关，可由非线性系数表征。非线性系数与测量信号的基波和二次谐波的大小有关，其量值非常小，受基波和二次谐波变化影响较大，容易被系统非线性淹没，因此对测试系统要求高。测量过程中探头和试件的耦合效果以及接触应力等因素，都影响着探头对超声波的激励接收效果，是系统非线性的影响因素。决定着超声非线性测量的结果，及其试验的稳定性等因素。目前所进行的金属材料超声非线性系数的测量中，对能实现优化测量过程的金属材料力学性能退化的超声非线性特性的固定及检测装置鲜有介绍。因此研制一种高效的，可重复性好的固定及检测装置具有重要意义。 

发明内容

本发明装置提供了一种超声非线性检测装置，该装置在金属材料非线性测量过程中具有测量精度高、效率高、可重复性好、劳动强度低、测量结果不受测量人员本身经验影响的特点，具有普遍适用性。 

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本装置包括基础固定平台、准直对中单元、接触应力控制单元和信号采集单元。 

所述的基础固定平台包括顶层板、中层板、底座支撑板和螺栓，顶层板、中层板和底座支撑板自上而下通过螺栓固定连接为一体，并且顶层板、中层板和底座支撑板均沿水平方向布置三者之间相互平行； 

所述的准直对中单元包括螺旋顶杆、圆柱形滑块和设置在螺旋顶杆和圆柱形滑块之间的垫片。在顶层板的中心开有螺纹孔，螺旋顶杆穿过螺纹孔与顶层板螺纹连接。在中层板的中心开有通孔，圆柱形滑块穿过该通孔并与通孔间隙配合，圆柱形滑块的上端加工有一凸缘结构，凸缘结构的直径大于中层板上通孔的直径，保证圆柱形滑块可自然搭置于中层板上，圆柱形滑块可沿检测装置中轴线方向自由向上移动。在凸缘上开有一个槽，垫片设置在该槽内，螺旋顶杆、垫片和圆柱形滑块位于同一中心轴线上，螺旋顶杆旋动时，螺旋顶杆的下端能够压紧垫片。 

所述的接触应力控制单元包括称重传感器和顶针装置，所述的称重传感器设置在底座支撑板上，所述的顶针装置包括放置在称重传感器上的顶针底座和固定在顶针底座上面的半球冠状的顶针。顶针装置顶部的半球冠设计，便于点接触接触应力施力。 

所述的信号采集单元设置在准直对中单元和接触应力采集单元之间，包括套筒、激励探头、接收探头和试件，试件设置在套筒内，激励探头和接收探头设置在试件的两端，激励探头、试件和接收探头的总长度要大于套筒的长度，同时激励探头、试件及接收探头的整体高度还大于圆柱形滑块的下表面和顶针上表面之间的最小距离。 

螺旋顶杆、垫片、圆柱形滑块、套筒、试件和顶针的中心处于同一轴线上。 

螺旋顶杆采用一根双头螺柱，在双头螺柱的顶端沿水平方向加工有一通孔，螺钉水平穿过该通孔，并用两个螺母将螺钉固定，作为双头螺柱的旋转扶手，可便于控制双头螺柱的旋进旋出。也可以不使用旋转扶手或用旋转扶手和螺柱加工成一体的螺纹杆替代。 

所述的试件、激励探头和接收探头三者之间的接触面均涂有耦合剂。 

顶层板、中层板和底座支撑板组成XY水平方向三层板平行结构基础固定平台，该平台既是整台超声非线性优化测量装置的基础平台，又是XY水平方向和竖直方向Z的固定基准。三层板材均为尺寸相同的长方形或三角形平板，通过四角上的四个或三个竖直平行布置的六角形紧固螺栓8固定，保证三层板结构相对位置的稳固和沿XY方向的标准平行，去除了系统平行度等外加影响因素。在Z方向即竖直方向上，螺旋顶杆、垫片、圆柱形滑块、套筒、激励探头、试件、接收探头和顶针装置中的顶针位于同一中心轴线上，可确保测量过程中被测部分不会沿X、Y方向作微小偏移，从而保证测量试件测量过程中始终 在竖直方向的中心准直，去除了系统垂直度等外加影响因素。 

旋转螺旋顶杆时，螺旋顶杆和垫片结合，通过垫片和圆柱形滑块联结为整体，确保接触应力施力的稳定。螺旋顶杆沿Z轴方向的转动进给量转变为圆柱形滑块沿Z轴方向的直线进给量，通过垫片部分则可排除螺旋顶杆拧动过程中的迟滞效应影响。这样就能在很大程度上控制探头和夹持界面间的接触应力作用，使之保持恒定，从而避免在实验过程中引入额外的非线性参数变化量，确保试验结果的准确性。