常用检测技术剖析
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（8）检测速度 为了预防在检测过程中触针遇到波峰 时被弹起或崩断，厂家一般都推荐了比较保守的检测速 度，约为0.1~1mm/s。
二、覆层厚度的检测
通常是利用无损检测（磁法、涡流法、超声法、射 线法、光学法、电容法、微波法、热电势法和石英振荡 法等）。
磁法是利用覆层和基体之间材料的磁导率不同；涡 流法是利用材料的电导率不同；射线法是利用材料原子 系数不同对射线的吸收系数和反散射系数也不同，等等
（2）传感器 最常用的两种为：线性差动变压器（图 3-12a,P51)和激光干涉式传感器（图3-12b,P51)。
（3）驱动装置 使被检测件与触针在水平方向上发生 相对运动：一般有电动机+齿轮齿条、电动机+滚珠丝 杠、电动机+皮带与滑台等。
2、检测要求与条件 （1）采样间隔 是对检测轮廓量化时在水平方向
=E 式中，E—被测零件材料的弹性模量。
2、主应力方向已知的平面应力状态
将应变片沿主应力1和2方向各贴一片（图3-1， P42），分别测出其应变值1和2，然后用广义虎克定 律求出主应力1和2以及最大切应力max
1
E 1
2
( 1
2)
2
E 1
2
( 2
1)
m ax
2 (1
E
2)
( 1
2)
式中， —被测零件材料的泊松比。
点应力，误差比较小。
2、磁弹性法 原理：利用铁磁物质在磁场中磁化后的磁致伸缩效
应来检测残余应力,即通过测得某一小范围内各个方向 磁导率的变化，来反映出这一区域的应力状态。
第二节 材料表面性能电测技术 一、表面粗糙度测量
1、触针式表面轮廓仪 传统的触针式表面轮廓仪一般是二维表面粗糙度检
测装置(图a) ); 图b) 为计算机控制的数字表面轮廓仪。
第三章 材料成形及控制工程常用检测技术
第一节 零件应变和应力状态的检测 测定应力状态常采用电阻应变法。该方法是先
用应变片测出应变，然后用虎克定律求出其应力 。此方法仅适用于弹性平面问题，即测定零件表 面的弹性应力和应变。
一、应变检测和应力计算
1、线应力状态
对于单向应力状态，只要将应变片沿应力方向粘贴， 测出应变值，即可求出应力
3、主应力方向未知的平面应力状态
将为计算方便，一般采用方向夹角一定的应变花：
直角型应变花（图3-2，P43） ，三角型应变花（图3-3，
P43） ，分别测出其应变值1、2、 3。则主应力max、 min与主方向夹角p和最大切应力max 式中的系数A、B 、 C
见表3-1（P43）
max m in
二、残余应力检测
对残余应力的理论计算是一个非常困难的问题。因 此工程上主要依靠残余应力的测定来求得残余应力的数 据。
目前，测定残余应力的方法归纳起来可分为全破坏、 局部破坏和非破坏三大类。用于金属结构和零件非破坏 的电测方法主要有盲孔应力释放法和磁弹性法。
1、盲孔应力释放法 原理：在均匀连续受力的板上钻一通孔。利用图3-
各种方法应视具体条件和要求而加以选用，如基 体与覆层为同一类型材料时，则用磁法和涡流法检测覆 层厚度比较困难，当两者的物理参数都十分相近时就几 乎无法检测。
图3-16（P55）为涡流法渗氮层厚度测量电路方块 图，其基本原理是利用一个载有高频电流线圈的探头， 在测试样表面产生高频磁场，由此引起金属内部产生涡 流，此涡流产生的磁场又反作用于探头内线圈使其阻抗 发生变化。
E
1
A E
1
B2 C2
max
E
1
B2 C2
p
1 2
arctg
C B
4、测点选择、布片和选片原则
（1）测点的选择
应考虑如下几个问题： 1）最大应力点一般都产生在危险截面或应力集中的地方。 2）如果最大应力点难以确定，或者需要了解构件应力分布 的全貌，一般都在所研究的线段上比较均匀地布置5~7个测点。 3）对于构件上开有孔、凹槽或截面急剧变化等一些产生应 力集中的区域，测点应适当的加多，以了解其应力变化情况。 4）为了减少测点数目，可以利用结构与载荷的对称性和结 构边界的特殊性况。 5）动态测试应在静态测试的基础上进行，测点数目要比静 态的少。动态测点一定要选在能反映构件动态性质的关键部位。
于一个给定的截断长度B ，大于该长度的粗糙度分量 将被滤掉或衰减；小于该长度的分量将被保留。图3-
15a（P53）所示检测信号，图3-15b为被滤掉的分量
（中线基准），图3-15c则为滤波后的粗糙度信号。
截断长度（或取样长度）在检测时，应根据加工表
面性质的不同，选用不同的标准。
（4）评价长度 模对一个表面的分析需从几个取样长 度的统计平均意义上来考虑。若干个取样长度的总和就 称为评价长度。
4（P45）布置的电阻应变片求出应力1和2 （P45）， 然后再通过标定试验获得1和2 公式中的A、B系数对 通孔的理论解进行修正。
其优点如下： 1）只需在工件的表面上钻一个小而浅的盲孔，实
测后，可将盲孔磨掉，保证结构完好。 2）检测的工作量少，速度快。 3）采用小标距电阻应变片测得的残余应力接近于
的量化间隔。通常采样间隔是采用等间隔的形式，如图 3-14（P52）所示的。
（2）取样长度 是表面分析与计算的基本长度， 粗糙度的参数计算一般都是定义在一个取样长度上，如 图3-14 （P52）所示的取样长度由l表示。
（3）截断长度 模拟滤波器的截断长度B（模拟系统 中实现的取样长度）即为取样长度l（物理概念）。对
（5）行程 指触针在一次检测时的水平运动距离。理 论上行程等于评价长度，但实际上应包含加减速所需的 行程以及评价长度所具有的行程。
（6）针尖半径 针尖半径和针尖角均具有国际标准。 对于较光滑的表面应采用小针尖半径的触针，反之，应 采用大针尖半径的触针。
（7）检测力 触针接触于表面的作用力。国际标准中 推荐的静态测量力与动态变化力范围见表3-2（P54）。
触针
驱动装置 放大倍率选择 截断长度选择
传感器
放大器
wenku.baidu.com
滤波器
Ra读数计
笔式记录仪
a) 传统的表面轮廓仪
打印机
计算机
驱动装置 放大倍率选择 截断长度选择
传感器 触针
放大器
滤波器
A/D转换器
b) 计算机控制的表面轮廓仪
在现代电子与计算机高度发展的今天，决定检测精 度、可靠性、检测范围的关键部件是触针本身以及传感 器与驱动装置。 （1）触针 理论上触针针尖半径越小越好，它可分辨 出更细微波长的平面度。但实际上针尖半径不可能做得 无限小。针尖的形状和半径均有国际标准。
二、覆层厚度的检测
通常是利用无损检测（磁法、涡流法、超声法、射 线法、光学法、电容法、微波法、热电势法和石英振荡 法等）。
磁法是利用覆层和基体之间材料的磁导率不同；涡 流法是利用材料的电导率不同；射线法是利用材料原子 系数不同对射线的吸收系数和反散射系数也不同，等等
（2）传感器 最常用的两种为：线性差动变压器（图 3-12a,P51)和激光干涉式传感器（图3-12b,P51)。
（3）驱动装置 使被检测件与触针在水平方向上发生 相对运动：一般有电动机+齿轮齿条、电动机+滚珠丝 杠、电动机+皮带与滑台等。
2、检测要求与条件 （1）采样间隔 是对检测轮廓量化时在水平方向
=E 式中，E—被测零件材料的弹性模量。
2、主应力方向已知的平面应力状态
将应变片沿主应力1和2方向各贴一片（图3-1， P42），分别测出其应变值1和2，然后用广义虎克定 律求出主应力1和2以及最大切应力max
1
E 1
2
( 1
2)
2
E 1
2
( 2
1)
m ax
2 (1
E
2)
( 1
2)
式中， —被测零件材料的泊松比。
点应力，误差比较小。
2、磁弹性法 原理：利用铁磁物质在磁场中磁化后的磁致伸缩效
应来检测残余应力,即通过测得某一小范围内各个方向 磁导率的变化，来反映出这一区域的应力状态。
第二节 材料表面性能电测技术 一、表面粗糙度测量
1、触针式表面轮廓仪 传统的触针式表面轮廓仪一般是二维表面粗糙度检
测装置(图a) ); 图b) 为计算机控制的数字表面轮廓仪。
第三章 材料成形及控制工程常用检测技术
第一节 零件应变和应力状态的检测 测定应力状态常采用电阻应变法。该方法是先
用应变片测出应变，然后用虎克定律求出其应力 。此方法仅适用于弹性平面问题，即测定零件表 面的弹性应力和应变。
一、应变检测和应力计算
1、线应力状态
对于单向应力状态，只要将应变片沿应力方向粘贴， 测出应变值，即可求出应力
3、主应力方向未知的平面应力状态
将为计算方便，一般采用方向夹角一定的应变花：
直角型应变花（图3-2，P43） ，三角型应变花（图3-3，
P43） ，分别测出其应变值1、2、 3。则主应力max、 min与主方向夹角p和最大切应力max 式中的系数A、B 、 C
见表3-1（P43）
max m in
二、残余应力检测
对残余应力的理论计算是一个非常困难的问题。因 此工程上主要依靠残余应力的测定来求得残余应力的数 据。
目前，测定残余应力的方法归纳起来可分为全破坏、 局部破坏和非破坏三大类。用于金属结构和零件非破坏 的电测方法主要有盲孔应力释放法和磁弹性法。
1、盲孔应力释放法 原理：在均匀连续受力的板上钻一通孔。利用图3-
各种方法应视具体条件和要求而加以选用，如基 体与覆层为同一类型材料时，则用磁法和涡流法检测覆 层厚度比较困难，当两者的物理参数都十分相近时就几 乎无法检测。
图3-16（P55）为涡流法渗氮层厚度测量电路方块 图，其基本原理是利用一个载有高频电流线圈的探头， 在测试样表面产生高频磁场，由此引起金属内部产生涡 流，此涡流产生的磁场又反作用于探头内线圈使其阻抗 发生变化。
E
1
A E
1
B2 C2
max
E
1
B2 C2
p
1 2
arctg
C B
4、测点选择、布片和选片原则
（1）测点的选择
应考虑如下几个问题： 1）最大应力点一般都产生在危险截面或应力集中的地方。 2）如果最大应力点难以确定，或者需要了解构件应力分布 的全貌，一般都在所研究的线段上比较均匀地布置5~7个测点。 3）对于构件上开有孔、凹槽或截面急剧变化等一些产生应 力集中的区域，测点应适当的加多，以了解其应力变化情况。 4）为了减少测点数目，可以利用结构与载荷的对称性和结 构边界的特殊性况。 5）动态测试应在静态测试的基础上进行，测点数目要比静 态的少。动态测点一定要选在能反映构件动态性质的关键部位。
于一个给定的截断长度B ，大于该长度的粗糙度分量 将被滤掉或衰减；小于该长度的分量将被保留。图3-
15a（P53）所示检测信号，图3-15b为被滤掉的分量
（中线基准），图3-15c则为滤波后的粗糙度信号。
截断长度（或取样长度）在检测时，应根据加工表
面性质的不同，选用不同的标准。
（4）评价长度 模对一个表面的分析需从几个取样长 度的统计平均意义上来考虑。若干个取样长度的总和就 称为评价长度。
4（P45）布置的电阻应变片求出应力1和2 （P45）， 然后再通过标定试验获得1和2 公式中的A、B系数对 通孔的理论解进行修正。
其优点如下： 1）只需在工件的表面上钻一个小而浅的盲孔，实
测后，可将盲孔磨掉，保证结构完好。 2）检测的工作量少，速度快。 3）采用小标距电阻应变片测得的残余应力接近于
的量化间隔。通常采样间隔是采用等间隔的形式，如图 3-14（P52）所示的。
（2）取样长度 是表面分析与计算的基本长度， 粗糙度的参数计算一般都是定义在一个取样长度上，如 图3-14 （P52）所示的取样长度由l表示。
（3）截断长度 模拟滤波器的截断长度B（模拟系统 中实现的取样长度）即为取样长度l（物理概念）。对
（5）行程 指触针在一次检测时的水平运动距离。理 论上行程等于评价长度，但实际上应包含加减速所需的 行程以及评价长度所具有的行程。
（6）针尖半径 针尖半径和针尖角均具有国际标准。 对于较光滑的表面应采用小针尖半径的触针，反之，应 采用大针尖半径的触针。
（7）检测力 触针接触于表面的作用力。国际标准中 推荐的静态测量力与动态变化力范围见表3-2（P54）。
触针
驱动装置 放大倍率选择 截断长度选择
传感器
放大器
wenku.baidu.com
滤波器
Ra读数计
笔式记录仪
a) 传统的表面轮廓仪
打印机
计算机
驱动装置 放大倍率选择 截断长度选择
传感器 触针
放大器
滤波器
A/D转换器
b) 计算机控制的表面轮廓仪
在现代电子与计算机高度发展的今天，决定检测精 度、可靠性、检测范围的关键部件是触针本身以及传感 器与驱动装置。 （1）触针 理论上触针针尖半径越小越好，它可分辨 出更细微波长的平面度。但实际上针尖半径不可能做得 无限小。针尖的形状和半径均有国际标准。