傳感器在金屬裂紋課件

傳感器在金屬裂紋檢測中的應(yīng)用傳感器在金屬裂紋檢測中的應(yīng)用引言

隨著社會的發(fā)展，我們生活的四周可以說到處可以看到鋼鐵等金屬的使用。隨著金屬使用的日益廣泛，它所帶來的安全問題日益引起人們的關(guān)注，各種檢測金屬裂紋的方法被人們所發(fā)明并廣泛應(yīng)用。在這些方法中傳感器的應(yīng)用越來越多，各種傳感器被人們所發(fā)明并應(yīng)用。引言隨著社會的發(fā)展，我們生活的四周可以說到處可以看到鋼檢測金屬裂紋的三種方法基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用

應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋

檢測金屬裂紋的三種方法基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

設(shè)計原理

疲勞失效是金屬結(jié)構(gòu)在使用過程中最基本的最主要的破壞模式，通常金屬結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋是從結(jié)構(gòu)表產(chǎn)生、擴(kuò)展的，為了避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，目前多采用周期性的維修方式，即運(yùn)用無損探傷的方法對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性的檢修來保證安全。在此，選用LY12鋁合金板材中心孔試件(如圖1所示)為研究對象來闡述傳感器的設(shè)計方案。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測設(shè)計原理基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

擬研制的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的安裝位置及形狀如圖2所示，該傳感器主要由導(dǎo)電覆層和絕緣層兩部分構(gòu)成。其中核心元件為由特殊的表面處理方法制備的導(dǎo)電覆層，當(dāng)恒定電流經(jīng)由C點從傳感器通過時，將在傳感器中產(chǎn)生一定的電場；如果金屬構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，由于隨附損傷，傳感器膜層也會出現(xiàn)裂紋，其電場將發(fā)生變化；裂紋的位置、長度不同，其對電場的影響不同，從而傳感器的輸出信號也不同；因而可以通過測量分析傳感器的輸出信號，實現(xiàn)對裂紋位置及擴(kuò)展情況的監(jiān)測。基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測擬研制的金屬結(jié)構(gòu)裂基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的輸出特性分析通過建立裂紋監(jiān)測傳感器的有限元模型，運(yùn)用該模型分析了傳感器的電場及各監(jiān)測點之間的電位差，仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。通過對傳感器進(jìn)行仿真分析，得到了裂紋沿徑向單邊、雙邊擴(kuò)展時各監(jiān)測點之間電位差的變化特征和確定裂紋長度的方法。式中：裂紋沿徑向雙邊擴(kuò)展時裂紋長度a的單位為mm；的單位為mV；734mV為沒有裂紋時AC間的電位差。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的輸出特性分析基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的優(yōu)點該傳感器因與金屬基體絕緣，所以適用于所有的金屬結(jié)構(gòu)，同時因其基于電位法原理且直接與結(jié)構(gòu)裂紋相關(guān)聯(lián)，故具有信號處理簡單、成本低、可靠性高等。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的優(yōu)點新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用設(shè)計原理疲勞過程中的塑性變形同表面氧化層的位錯攀移及增殖有關(guān)，后者會導(dǎo)致外逸電子的發(fā)射。外逸電子的發(fā)射易受溫度、濕度、壓強(qiáng)等引起的“污物效應(yīng)”影響，而且外逸電子數(shù)隨微裂紋的擴(kuò)展而逐漸增加。當(dāng)表面氧化層出現(xiàn)微裂紋時，發(fā)射的外逸電子數(shù)則明顯增多。用外逸電子發(fā)射理論研究疲勞損傷過程中的塑性變形，以及微裂紋的形成和生長，可以進(jìn)行金屬表面初期疲勞損傷微裂紋的無損檢測。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用設(shè)計原理新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用Saite，Homma和Shinata等人對Al試樣進(jìn)行彎曲試驗研究發(fā)現(xiàn)，外逸電子發(fā)射強(qiáng)度和疲勞周期的關(guān)系表明，在疲勞壽命的10％～20％處，外逸電子發(fā)射強(qiáng)度有最大值，且初始微裂紋也正好出現(xiàn)在發(fā)射強(qiáng)度最大值之處，如圖2所示。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用Saite，Ho新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用

據(jù)此設(shè)計出了可用于空氣中構(gòu)件在線檢測的雙柵極空氣計數(shù)管DGAC，較好解決了電子控制電路與IBMPC／XT計算機(jī)的接口電路問題，如圖3所示。電源為10路高低壓混合型直流穩(wěn)壓電源，分別為計數(shù)管陽極、電子控制電路和接口電路提供工作電源。電子控制電路主要由放大電路、觸發(fā)電路猝熄電路、抑制電路和單穩(wěn)態(tài)電路等部分組成。計數(shù)器在完成對輸入脈沖計數(shù)的同時，產(chǎn)生中斷信號，以便產(chǎn)生響應(yīng)中斷，讀取計數(shù)器中計數(shù)值，重新啟動計數(shù)器工作，對檢測結(jié)果進(jìn)行處理，讀得的數(shù)值就是輸入脈沖的頻率。根據(jù)外逸電子發(fā)射強(qiáng)度和疲勞周期的關(guān)系，可以推知裂紋的強(qiáng)度。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用據(jù)此設(shè)計出了可用應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋

原理方法

按照傅立葉變換,一個脈沖信號可以展開為無限多個波分量之和,因而具有較寬的頻譜。當(dāng)用脈沖電流作激勵信號進(jìn)行渦流檢測試驗時,蘊(yùn)含著豐富的被測信息。而且,激勵的脈沖特性使渦流在金屬中存在一個很高的峰值,易于觀察測量;能夠進(jìn)行傳統(tǒng)渦流檢測所不能進(jìn)行的瞬態(tài)分析。脈沖渦流檢測系統(tǒng)如圖1所示。首先,由信號發(fā)生器(激勵源)產(chǎn)生脈沖信號,其信號形式為方波信號。此脈沖信號激勵脈沖渦流傳感器的線圈進(jìn)行檢測,然后,試件感應(yīng)產(chǎn)生瞬時渦流信號,此渦流信號產(chǎn)生的磁場和原生磁場相互作用,系統(tǒng)將此時的傳感器瞬時電流信號作為檢測信號,并通過程控放大器進(jìn)行放大處理,之后,經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換采樣,對采樣后信號利用虛擬儀器進(jìn)行信號處理和顯示,可以初步判斷裂紋的性質(zhì)。應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋原理方法應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器工作原理當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個電渦流傳感器的性能與被測體有關(guān)。電渦流傳感器工作原理如圖所示應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器工作原理應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器的應(yīng)用

脹差測量斜坡式脹差測量補(bǔ)償式脹差測量雙斜面脹差測量振動測量軸位移測量軸心軌跡測量差動測量動力膨脹轉(zhuǎn)子動平徑向運(yùn)動分析轉(zhuǎn)速和相位差測試轉(zhuǎn)速測量表面不平整度測量裂痕測量非導(dǎo)電材料厚度測量金屬元件合格檢測軸承測量換向片測量應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器的應(yīng)用應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋結(jié)果分析通過RS-232接口與單片機(jī)進(jìn)行通信,為整個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的觸發(fā)信號,即數(shù)據(jù)采集卡、MAX383、單片機(jī)可以在同一觸發(fā)信號下進(jìn)行工作,從而能夠得到精確的一個脈沖周期的檢測信號。在此基礎(chǔ)上,測量無缺陷參考試塊,并將其一個脈沖周期的檢測信號存為參考信號。然后,檢測人工裂紋試塊,同樣得到一個脈沖周期的檢測信號,并與參考信號相減得到的即是裂紋信息。應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋結(jié)果分析檢測裂紋的傳感器德國開發(fā)成功玻璃幕墻裂紋檢測傳感器位于維爾茨堡的德國弗勞恩霍夫硅酸鹽研究所(ISC)的科學(xué)家研發(fā)了一種特殊傳感器系統(tǒng)可以檢測到玻璃幕墻上微小的裂紋，并在玻璃實際破裂之前就及時發(fā)出維修提示。該傳感器通過電纜連接到建筑物的控制系統(tǒng)，所有傳入的數(shù)據(jù)都會被自動分析，當(dāng)玻璃出現(xiàn)微小裂縫時就會觸發(fā)警報。研究者還成功將傳感器安裝到層壓玻璃面板間。由于這些傳感器在層壓玻璃的生產(chǎn)過程中就已經(jīng)被整合到兩塊玻璃板之間，因此，它們能在玻璃安裝前就檢測到玻璃在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的缺陷。檢測裂紋的傳感器德國開發(fā)成功玻璃幕墻裂紋檢測傳感器檢測裂紋的傳感器裂紋檢測光纖傳感器在日本問世日本東京大學(xué)工學(xué)系開發(fā)出了世界上第一個用來檢查核電站、高速公路、隧道等是否存在裂紋的光纖傳感器。與目前使用的壓電式裂紋傳感器相比，這種傳感器使用簡便，靈敏度是過去裝置的千倍以上，傳感器在工作時，只需將光纖線圈貼在大樓、橋梁等建筑物的表面，如果被測物體產(chǎn)生裂紋，傳感器將會感知到由此產(chǎn)生的微小的聲音和振動，從而使光纖內(nèi)傳導(dǎo)的光信號的波長發(fā)生變化，通過分析波長的變化，就可以發(fā)現(xiàn)裂紋位置和開裂程度。研究人員通過大量的實驗證明，不論裂紋位于建筑物表面、墻壁內(nèi)部還是埋在地下的部分，傳感器都能正確地探測到裂紋的存在。通過增加光纖線圈的數(shù)量可以提高傳感器的靈敏度，在600℃下，傳感器的傳感效果仍然能夠保持不變，所以，這種傳感器非常適合在核電站和高溫化工廠使用。檢測裂紋的傳感器裂紋檢測光纖傳感器在日本問世/10/2917./10/2917.傳感器在金屬裂紋檢測中的應(yīng)用傳感器在金屬裂紋檢測中的應(yīng)用引言

隨著社會的發(fā)展，我們生活的四周可以說到處可以看到鋼鐵等金屬的使用。隨著金屬使用的日益廣泛，它所帶來的安全問題日益引起人們的關(guān)注，各種檢測金屬裂紋的方法被人們所發(fā)明并廣泛應(yīng)用。在這些方法中傳感器的應(yīng)用越來越多，各種傳感器被人們所發(fā)明并應(yīng)用。引言隨著社會的發(fā)展，我們生活的四周可以說到處可以看到鋼檢測金屬裂紋的三種方法基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用

應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋

檢測金屬裂紋的三種方法基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

設(shè)計原理

疲勞失效是金屬結(jié)構(gòu)在使用過程中最基本的最主要的破壞模式，通常金屬結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋是從結(jié)構(gòu)表產(chǎn)生、擴(kuò)展的，為了避免災(zāi)難性事故的發(fā)生，目前多采用周期性的維修方式，即運(yùn)用無損探傷的方法對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行周期性的檢修來保證安全。在此，選用LY12鋁合金板材中心孔試件(如圖1所示)為研究對象來闡述傳感器的設(shè)計方案。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測設(shè)計原理基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測

擬研制的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的安裝位置及形狀如圖2所示，該傳感器主要由導(dǎo)電覆層和絕緣層兩部分構(gòu)成。其中核心元件為由特殊的表面處理方法制備的導(dǎo)電覆層，當(dāng)恒定電流經(jīng)由C點從傳感器通過時，將在傳感器中產(chǎn)生一定的電場；如果金屬構(gòu)件表面出現(xiàn)裂紋，由于隨附損傷，傳感器膜層也會出現(xiàn)裂紋，其電場將發(fā)生變化；裂紋的位置、長度不同，其對電場的影響不同，從而傳感器的輸出信號也不同；因而可以通過測量分析傳感器的輸出信號，實現(xiàn)對裂紋位置及擴(kuò)展情況的監(jiān)測?；陔娢环ㄔ淼慕饘俳Y(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測擬研制的金屬結(jié)構(gòu)裂基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的輸出特性分析通過建立裂紋監(jiān)測傳感器的有限元模型，運(yùn)用該模型分析了傳感器的電場及各監(jiān)測點之間的電位差，仿真結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。通過對傳感器進(jìn)行仿真分析，得到了裂紋沿徑向單邊、雙邊擴(kuò)展時各監(jiān)測點之間電位差的變化特征和確定裂紋長度的方法。式中：裂紋沿徑向雙邊擴(kuò)展時裂紋長度a的單位為mm；的單位為mV；734mV為沒有裂紋時AC間的電位差。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的輸出特性分析基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的優(yōu)點該傳感器因與金屬基體絕緣，所以適用于所有的金屬結(jié)構(gòu)，同時因其基于電位法原理且直接與結(jié)構(gòu)裂紋相關(guān)聯(lián)，故具有信號處理簡單、成本低、可靠性高等。

基于電位法原理的金屬結(jié)構(gòu)裂紋監(jiān)測傳感器的優(yōu)點新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用設(shè)計原理疲勞過程中的塑性變形同表面氧化層的位錯攀移及增殖有關(guān)，后者會導(dǎo)致外逸電子的發(fā)射。外逸電子的發(fā)射易受溫度、濕度、壓強(qiáng)等引起的“污物效應(yīng)”影響，而且外逸電子數(shù)隨微裂紋的擴(kuò)展而逐漸增加。當(dāng)表面氧化層出現(xiàn)微裂紋時，發(fā)射的外逸電子數(shù)則明顯增多。用外逸電子發(fā)射理論研究疲勞損傷過程中的塑性變形，以及微裂紋的形成和生長，可以進(jìn)行金屬表面初期疲勞損傷微裂紋的無損檢測。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用設(shè)計原理新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用Saite，Homma和Shinata等人對Al試樣進(jìn)行彎曲試驗研究發(fā)現(xiàn)，外逸電子發(fā)射強(qiáng)度和疲勞周期的關(guān)系表明，在疲勞壽命的10％～20％處，外逸電子發(fā)射強(qiáng)度有最大值，且初始微裂紋也正好出現(xiàn)在發(fā)射強(qiáng)度最大值之處，如圖2所示。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用Saite，Ho新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用

據(jù)此設(shè)計出了可用于空氣中構(gòu)件在線檢測的雙柵極空氣計數(shù)管DGAC，較好解決了電子控制電路與IBMPC／XT計算機(jī)的接口電路問題，如圖3所示。電源為10路高低壓混合型直流穩(wěn)壓電源，分別為計數(shù)管陽極、電子控制電路和接口電路提供工作電源。電子控制電路主要由放大電路、觸發(fā)電路猝熄電路、抑制電路和單穩(wěn)態(tài)電路等部分組成。計數(shù)器在完成對輸入脈沖計數(shù)的同時，產(chǎn)生中斷信號，以便產(chǎn)生響應(yīng)中斷，讀取計數(shù)器中計數(shù)值，重新啟動計數(shù)器工作，對檢測結(jié)果進(jìn)行處理，讀得的數(shù)值就是輸入脈沖的頻率。根據(jù)外逸電子發(fā)射強(qiáng)度和疲勞周期的關(guān)系，可以推知裂紋的強(qiáng)度。新型電子傳感器在微裂紋檢測中的應(yīng)用據(jù)此設(shè)計出了可用應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋

原理方法

按照傅立葉變換,一個脈沖信號可以展開為無限多個波分量之和,因而具有較寬的頻譜。當(dāng)用脈沖電流作激勵信號進(jìn)行渦流檢測試驗時,蘊(yùn)含著豐富的被測信息。而且,激勵的脈沖特性使渦流在金屬中存在一個很高的峰值,易于觀察測量;能夠進(jìn)行傳統(tǒng)渦流檢測所不能進(jìn)行的瞬態(tài)分析。脈沖渦流檢測系統(tǒng)如圖1所示。首先,由信號發(fā)生器(激勵源)產(chǎn)生脈沖信號,其信號形式為方波信號。此脈沖信號激勵脈沖渦流傳感器的線圈進(jìn)行檢測,然后,試件感應(yīng)產(chǎn)生瞬時渦流信號,此渦流信號產(chǎn)生的磁場和原生磁場相互作用,系統(tǒng)將此時的傳感器瞬時電流信號作為檢測信號,并通過程控放大器進(jìn)行放大處理,之后,經(jīng)由數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換采樣,對采樣后信號利用虛擬儀器進(jìn)行信號處理和顯示,可以初步判斷裂紋的性質(zhì)。應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋原理方法應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器工作原理當(dāng)被測金屬與探頭之間的距離發(fā)生變化時，探頭中線圈的Q值也發(fā)生變化，Q值的變化引起振蕩電壓幅度的變化，而這個隨距離變化的振蕩電壓經(jīng)過檢波、濾波、線性補(bǔ)償、放大歸一處理轉(zhuǎn)化成電壓（電流）變化，最終完成機(jī)械位移(間隙)轉(zhuǎn)換成電壓（電流）。由上所述，電渦流傳感器工作系統(tǒng)中被測體可看作傳感器系統(tǒng)的一半，即一個電渦流傳感器的性能與被測體有關(guān)。電渦流傳感器工作原理如圖所示應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器工作原理應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器的應(yīng)用

脹差測量斜坡式脹差測量補(bǔ)償式脹差測量雙斜面脹差測量振動測量軸位移測量軸心軌跡測量差動測量動力膨脹轉(zhuǎn)子動平徑向運(yùn)動分析轉(zhuǎn)速和相位差測試轉(zhuǎn)速測量表面不平整度測量裂痕測量非導(dǎo)電材料厚度測量金屬元件合格檢測軸承測量換向片測量應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋渦流傳感器的應(yīng)用應(yīng)用脈沖渦流檢測金屬表面裂紋結(jié)果分析通過RS-232接口與單片機(jī)進(jìn)行通信,為整個系統(tǒng)提供統(tǒng)一的觸發(fā)信號,即數(shù)據(jù)采集卡、MAX383