传感器在金属裂纹

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应用脉冲涡流检测金属表面裂纹
• 结果分析
通过RS 232接口与单片机进行通信,为整个系统提供统一的触发信号, 通过RS - 232接口与单片机进行通信,为整个系统提供统一的触发信号, 即数 据采集卡、MAX383、单片机可以在同一触发信号下进行工作, 据采集卡、MAX383、单片机可以在同一触发信号下进行工作,从而能够得到 精确的一个脉冲周期的检测信号。在此基础上,测量无缺陷参考试块, 精确的一个脉冲周期的检测信号。在此基础上,测量无缺陷参考试块,并将其一 个脉冲周期的检测信号存为参考信号。然后,检测人工裂纹试块, 个脉冲周期的检测信号存为参考信号。然后,检测人工裂纹试块,同样得到一个 脉冲周期的检测信号, 脉冲周期的检测信号,并与参考信号相减得到的即是裂纹信息。Biblioteka 应用脉冲涡流检测金属表面裂纹
• 涡流传感器工作原理
当被测金属与探头之间的距离发生变化时,探头中线圈的Q值也发生变化,Q 当被测金属与探头之间的距离发生变化时,探头中线圈的Q值也发生变化,Q 值的变化引起振荡电压幅度的变化,而这个随距离变化的振荡电压经过检波、 滤波、线性补偿、放大归一处理转化成电压(电流)变化,最终完成机械位 移(间隙)转换成电压(电流)。由上所述,电涡流传感器工作系统中被测体 间隙) 可看作传感器系统的一半,即一个电涡流传感器的性能与被测体有关。电涡 流传感器工作原理如图所示
734mV为没有裂纹时AC间的电位差。 734mV为没有裂纹时AC间的电位差。
基于电位法原理的金属结构裂纹监 测
• 传感器的优点
该传感器因与金属基体绝缘,所以适用于所有的金属结构, 同时因其基于电位法原理且直接与结构裂纹相关联,故具 有信号处理简单、成本低、可靠性高等。
新型电子传感器在微裂纹检测中的应用
新型电子传感器在微裂纹检测中的 应用
Saite,Homma和Shinata等人对Al试样进行弯曲试验研究发现,外逸 Saite,Homma和Shinata等人对Al试样进行弯曲试验研究发现,外逸 电子发射强度和疲劳周期的关系表明,在疲劳寿命的10%~20%处, 电子发射强度和疲劳周期的关系表明,在疲劳寿命的10%~20%处, 外逸电子发射强度有最大值,且初始微裂纹也正好出现在发射强度最 大值之处,如图2 大值之处,如图2所示。
数量可以提高传感器的灵敏度,在600℃下,传感器的传感效果仍然 能够保持不变,所以,这种传感器非常适合在核电站和高温化工厂使 用。
应用脉冲涡流检测金属表面裂纹
原理方法
按照傅立叶变换,一个脉冲信号可以展开为无限多个波分量之和, 按照傅立叶变换,一个脉冲信号可以展开为无限多个波分量之和,因而具有较宽的频谱。当用脉冲电 流作激励信号进行涡流检测试验时,蕴含着丰富的被测信息。而且, 流作激励信号进行涡流检测试验时,蕴含着丰富的被测信息。而且,激励的脉冲特性使涡流在金属中 存在一个很高的峰值,易于观察测量; 存在一个很高的峰值,易于观察测量;能够进行传统涡流检测所不能进行的瞬态分析。脉冲涡流检测 系统如图1所示。首先,由信号发生器(激励源)产生脉冲信号, 系统如图1所示。首先,由信号发生器(激励源)产生脉冲信号,其信号形式为方波信号。此脉冲信号激 励脉冲涡流传感器的线圈进行检测,然后,试件感应产生瞬时涡流信号, 励脉冲涡流传感器的线圈进行检测,然后,试件感应产生瞬时涡流信号,此涡流信号产生的磁场和原生 磁场相互作用,系统将此时的传感器瞬时电流信号作为检测信号,并通过程控放大器进行放大处理, 磁场相互作用,系统将此时的传感器瞬时电流信号作为检测信号,并通过程控放大器进行放大处理,之 后,经由数据采集卡进行A /D转换采样,对采样后信号利用虚拟仪器进行信号处理和显示,可以初步判 经由数据采集卡进行A /D转换采样,对采样后信号利用虚拟仪器进行信号处理和显示, 断裂纹的性质。
传感器在金属裂纹检测中的应 用
引言
随着社会的发展 ,我们生活的四周可以说 到处可以看到钢铁等金属的使用。随着金 属使用的日益广泛,它所带来的安全问题 日益引起人们的关注,各种检测金属裂纹 的方法被人们所发明并广泛应用。在这些 方法中传感器的应用越来越多,各种传感 器被人们所发明并应用 。
检测金属裂纹的三种方法
• 设计原理
疲劳过程中的塑性变形同表面氧化层的位错攀移及增殖有 关,后者会导致外逸电子的发射。外逸电子的发射易受温 度、湿度、压强等引起的“污物效应” 度、湿度、压强等引起的“污物效应”影响,而且外逸电 子数随微裂纹的扩展而逐渐增加。当表面氧化层出现微裂 纹时,发射的外逸电子数则明显增多。用外逸电子发射理 论研究疲劳损伤过程中的塑性变形,以及微裂纹的形成和 生长,可以进行金属表面初期疲劳损伤微裂纹的无损检 测。
检测裂纹的传感器
• 德国开发成功玻璃幕墙裂纹检测传感器
• 位于维尔茨堡的德国弗劳恩霍夫硅酸盐研究所(ISC)的科学家研发了一
种特殊传感器系统可以检测到玻璃幕墙上微小的裂纹,并在玻璃实际 破裂之前就及时发出维修提示。该传感器通过电缆连接到建筑物的控 制系统,所有传入的数据都会被自动分析,当玻璃出现微小裂缝时就 会触发警报。研究者还成功将传感器安装到层压玻璃面板间。由于这 些传感器在层压玻璃的生产过程中就已经被整合到两块玻璃板之间, 因此,它们能在玻璃安装前就检测到玻璃在运输过程中出现的缺陷。
新型电子传感器在微裂纹检测中的 应用

据此设计出了可用于空气中构件在线检测的双栅极空气计数管 DGAC,较好解决了电子控制电路与IBM PC/XT计算机的接口电路问 DGAC,较好解决了电子控制电路与IBM PC/XT计算机的接口电路问 题,如图3所示。电源为10路高低压混合型直流稳 题,如图3所示。电源为10路高低压混合型直流稳 压电源,分别为计数管阳极、电子控制 电路和接口电路提供工作电源。电子控 制电路主要由放大电路、触发电路 猝熄 电路、抑制电路和单稳态电路等部分组成。 计数器在完成对输入脉冲计数的同时,产 生中断信号,以便产生响应中断,读取计 数器中计数值,重新启动计数器工作,对 检测结果进行处理,读得的数值就是输入 脉冲的频率。根据外逸电子发射强度和疲劳周 期的关系,可以推知裂纹的强度。
• 基于电位法原理的金属结构裂纹监测 • 新型电子传感器在微裂纹检测中的应用 • 应用脉冲涡流检测金属表面裂纹
基于电位法原理的金属结构裂纹监 测
• 设计原理
疲劳失效是金属结构在使用过程中最基本的最主要的破坏模式,通常 金属结构的疲劳裂纹是从结构表产生、扩展的,为了避免灾难性事故 的发生,目前多采用周期性的维修方式,即运用无损探伤的方法对关 键结构进行周期性的检修来保证安全。在此,选用LY12铝合金板材中 键结构进行周期性的检修来保证安全。在此,选用LY12铝合金板材中 心孔试件(如图1所示) 心孔试件(如图1所示)为研究对象来阐述传感器的设计方案。
基于电位法原理的金属结构裂纹监 测
拟研制的金属结构裂纹监测传感器的安装位置及形状如图2 拟研制的金属结构裂纹监测传感器的安装位置及形状如图2所示,该 传感器主要由导电覆层和绝缘层两部分构成。其中核心元件为由特殊 的表面处理方法制备的导电覆层,当恒定电流经由 C点从传感器通过 时,将在传感器中产生一定的电场;如果金属构件表面出现裂纹,由 于随附损伤,传感器膜层也会出现裂纹,其电场将发生变化;裂纹的 位置、长度不同,其对电场的影响不同,从而传感器的输出信号也不 同;因而可以通过测量分析传感器的输出信号,实现对裂纹位置及扩 展情况的监测。
应用脉冲涡流检测金属表面裂纹
• 涡流传感器的应用

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胀差测量 斜坡式胀差测量 补偿式胀差测量 双斜面胀差测量 振动测量 轴位移测量 轴心轨迹测量 差动测量 动力膨胀 转子动平径向运动分析 转速和相位差测试 转速测量 表面不平整度测量 裂痕测量 非导电材料厚度测量 金属元件合格检测 轴承测量 换向片测量
基于电位法原理的金属结构裂纹监 测
• 传感器的输出特性分析
通过建立裂纹监测传感器的有限元模型,运用该模型分析了传感器的电场及 各监测点之间的电位差,仿真结果与试验结果吻合较好。通过对传感器进行 仿真分析,得到了裂纹沿径向单边、双边扩展时各监测点之间电位差的变化 特征和确定裂纹长度的方法。
• 式中:裂纹沿径向双边扩展时裂纹长度a的单位为mm; 的单位为mV; 式中:裂纹沿径向双边扩展时裂纹长度a的单位为mm; 的单位为mV;
检测裂纹的传感器
• 裂纹检测光纤传感器在日本问世
• 日本东京大学工学系开发出了世界上第一个用来检查核电站、高速公路、隧
道等是否存在裂纹的光纤传感器。与目前使用的压电式裂纹传感器相比,这 种传感器使用简便,灵敏度是过去装置的千倍以上,传感器在工作时, 只需 将光纤线圈贴在大楼、桥梁等建筑物的表面,如果被测物体产生裂纹,传感 器将会感知到由此产生的微小的声音和振动,从而使光纤内传导的光信号的 波长发生变化,通过分析波长的变化,就可以发现裂纹位置和开裂程度。研 究人员通过大量的实验证明,不论裂纹位于建筑物表面、墙壁内部还是埋在 地下的部分,传感器都能正确地探测到裂纹的存在。通过增加光纤线圈的
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