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CN109374682A - 一种脆性材料起裂时间的监测装置 - Google Patents

一种脆性材料起裂时间的监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种脆性材料起裂时间的监测装置包括声发射监测装置、应变监测装置和温度监测装置。本装置是一种集“声发射”、“应变”和“温度”三个参量联合监测的装置，利用声发射撞击强度、应变和温度曲线共同准确判断脆性材料的破坏失效时间。

Description

一种脆性材料起裂时间的监测装置
技术领域
本发明属于涉及试验技术装置领域，具体涉及一种脆性材料起裂时间的监测装置。
背景技术
采用声发射监测系统可以获得脆性材料的损伤、破坏或失效信息，但在其它机电设备运行的复杂现场环境中，机电设备、照明灯或其它测试设备通常会对声发射监测系统产生电磁干扰，这种干扰信号影响对脆性材料损伤、破坏或失效的分析与判断。
针对复杂电磁干扰环境造成基于单一声发射监测技术难以准确判断脆性材料起裂破坏问题，因此需要一种能准确判断脆性材料起裂时间的监测装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种能准确判断脆性材料起裂时间的监测装置。
本发明采取以下技术方案：
一种脆性材料起裂时间的监测装置，包括声发射监测装置、应变监测装置和温度监测装置，所述的声发射监测装置包括声发射传感器、前置放大器和声发射采集器，声发射传感器连接在脆性材料的表面，前置放大器和声发射采集器依次与声发射传感器连接；应变监测装置包括应变计和应变采集器，所述的应变计连接在脆性材料的表面，所述的应变采集器与应变计连接；所述的温度监测装置包括热电偶和温度采集器，所述的热电偶连接在脆性材料的表面，所述的温度采集器与热电偶连接；所述的应变计和热电偶不重叠。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的声发射传感器、应变计或热电偶分别采用与脆性材料表面变形一致的粘接胶粘接在脆性材料的表面。
在本发明的一些具体实施方案中，所述粘接胶选自瞬干胶或环氧胶。
在本发明的一些具体实施方案中，应变计和热电偶的横向中心间距小于脆性材料横向长度的1％；应变计和热电偶的竖向中心间距小于脆性材料竖向长度的5％。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的声发射采集器的采样率不低于5MHz，A/D精度不低于16位。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的前置放大器的有效滤波带宽为20～1000KHz。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的应变采集器采用1/4桥“三线制”方法连接应变计。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的应变采集器和温度采集器的采样率相同，且采样率不低于1Hz。
在本发明的一些具体实施方案中，本发明的方法适用于检测脆性材料的起裂时间，所述的脆性材料包括非金属复合材料，例如聚合物粘结炸药。
本发明与现有技术相比，具有以下的有益效果：
本装置包括声发射监测装置、应变监测装置和温度监测装置，是一种集“声发射”、“应变”和“温度”三个参量联合监测的装置，利用声发射撞击强度、应变和温度曲线共同准确判断脆性材料的破坏失效时间。
本装置在应变计附近安装电热偶，排除被测的脆性材料温度快速变化引起应变曲线的剧烈抖动的误判。
附图说明
图1为本发明的脆性材料起裂时间的监测装置的结构示意图；
图2为应变计和热电偶的位置示意图；
图3为本发明一个实施例的脆性材料起裂的信号示意图。
1-脆性材料；11-声发射传感器；12-前置放大器；13-声发射采集器；21-应变计；22-应变采集器；31-热电偶；32-温度采集器。
具体实施方式
下面结合本发明的附图和具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
结合附图1，一种脆性材料起裂时间的检测装置，包括声发射监测装置、应变监测装置和温度监测装置，所述的声发射监测装置包括声发射传感器11、前置放大器12和声发射采集器13，声发射传感器11连接在脆性材料1的表面，前置放大器12和声发射采集器13依次与声发射传感器11连接；应变监测装置包括应变计21和应变采集器22，所述的应变计21连接在脆性材料1的表面，所述的应变采集器22与应变计21连接；所述的温度监测装置包括热电偶31和温度采集器32，所述的热电偶31连接在脆性材料1的表面，所述的温度采集器32与热电偶31连接；所述的应变计21和热电偶31不重叠。
在本发明的一些具体实施例中，所述的声发射传感器11、应变计21或热电偶31分别采用与脆性材料表面变形一致的粘接胶粘接在脆性材料1的表面。所述粘接胶选自瞬干胶或环氧胶，所述的粘接胶可根据环境选择，以确保声发射传感器11、应变计21或热电偶31与脆性材料1的表面变形一致即可。
为了排除被测的脆性材料温度快速变化引起应变曲线的剧烈抖动的误判，在应变计21的附近安装热电偶31；且为了避免热电偶31引起应变计21产生测量误差，两者不能重叠。应变计21与热电偶31的位置示意图参见图2，应变计21和热电偶31的横向中心间距小于脆性材料横向长度的1％；应变计21和热电偶31的竖向中心间距小于脆性材料竖向长度的5％。在本发明的一些具体实施例中，热电偶为微小圆形，应变计为规则矩形。
在本发明的一些具体实施例中，所述的声发射采集器13的采样率不低于5MHz，A/D精度不低于16位。例如在本发明的一些具体实施例中，采用Express-8(美国物理声学公司)型号的声发射采集器。
在本发明的一些具体实施例中，所述的前置放大器12的有效滤波带宽为20～1000KHz。例如在本发明的一些具体实施例中，采用2/4/6(美国物理声学公司)型号的前置放大器。
在本发明的一些具体实施例中，采用R15(美国物理声学公司)型号的声发射传感器11。
在本发明的一些具体实施例中，所述的应变采集器22采用1/4桥“三线制”方法连接应变计21。在本发明的一些具体实施例中，采用.德国HBM公司的MX1615B型号应变采集器22和中航电测仪器股份有限公司2AA型应变计。
在本发明的一些具体实施例中，所述的应变采集器22和温度采集器32的采样率相同，且采样率不低于1Hz。在本发明中的一些具体实施例中，采用美国Fluke公司的2680A型的温度采集器32。
测试例1：
将声发射传感器、应变计和热电偶按照图1示意图粘贴在聚合物粘结炸药上，然后将该部分整体放入到温控箱内。通过温控箱对脆性材料进行温度冲击，使脆性材料起裂破坏。采用本发明的脆性材料起裂时间的检测装置检测脆性材料的起裂时间，获得“声发射”、“应变”和“温度”的三参量图，详见图3，横坐标为时间，纵坐标为“声发射”、“应变”和“温度”的幅值，单位分别为：dB、με、℃。从图3可以看出，材料表面温度保持不变时，无声发射撞击事件；当试验温度需要降低时，温度控制箱内的高功率电机启动，有电磁干扰引起的多个声发射撞击事件，如果仅以声发射撞击事件为判断材料起裂的依据，那么会误判以为该时间为材料起裂时间。当被测脆性材料真正起裂时，会出现多个声发射撞击事件，同时应变曲线出现抖动，那么可以准确地认为此时为材料起裂时间。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (8)

1.一种脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于包括声发射监测装置、应变监测装置和温度监测装置，所述的声发射监测装置包括声发射传感器(11)、前置放大器(12)和声发射采集器(13)，声发射传感器(11)连接在脆性材料(1)的表面，前置放大器(12)和声发射采集器(13)依次与声发射传感器(11)连接；应变监测装置包括应变计(21)和应变采集器(22)，所述的应变计(21)连接在脆性材料(1)的表面，所述的应变采集器(22)与应变计(21)连接；所述的温度监测装置包括热电偶(31)和温度采集器(32)，所述的热电偶(31)连接在脆性材料(1)的表面，所述的温度采集器(32)与热电偶(31)连接；所述的应变计(21)和热电偶(31)不重叠。
2.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述的声发射传感器(11)、应变计(21)或热电偶(31)分别采用与脆性材料表面变形一致的粘接胶粘接在脆性材料(1)的表面。
3.根据权利要求2所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述粘接胶选自瞬干胶或环氧胶。
4.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于应变计(21)和热电偶(31)的横向中心间距小于脆性材料(1)横向长度的1％；应变计(21)和热电偶(31)的竖向中心间距小于脆性材料(1)竖向长度的5％。
5.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述的声发射采集器(13)的采样率不低于5MHz，A/D精度不低于16位。
6.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述的前置放大器(12)的有效滤波带宽为20～1000KHz。
7.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述的应变采集器(22)采用1/4桥“三线制”方法连接应变计(21)。
8.根据权利要求1所述的脆性材料起裂时间的检测装置，其特征在于所述的应变采集器(22)和温度采集器(32)的采样率相同，且采样率不低于1Hz。
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