[发明专利]用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法

说明书

本发明涉及微型元器件无损检测技术领域，特指一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法。系统由上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪构成；上位机系统控制信号发生器输出高频激振信号，经由功率驱动器放大后输入电磁式激振器，进而驱动电磁式激振器产生高频振动；小尺寸构件安装在工作台的上表面；应变片粘贴在小尺寸构件峰值残余应力处；小尺寸构件的表层存在微观裂纹时，动态应变仪采集回来的应变信号的峰值相比于小尺寸构件的表层无微观裂纹时的应变信号的峰值会发生突变。本发明具有能够实现采用振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的优点。

技术领域

本发明涉及微型元器件无损检测技术领域，特指一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法。

背景技术

随着制造技术的快速发展，小尺寸构件在机械工程领域得到了广泛的应用，然而由材料到小尺寸构件的过程中离不开各种加工工艺的作用，很容易在小尺寸构件的表层引入微观裂纹，严重制约着小尺寸构件质量的提高，因此对小尺寸构件进行检测确定其表层是否产生微观裂纹已经成为小尺寸构件研究领域的一项重要课题，同时对小尺寸构件的后续工程应用也具有重要的意义。

目前广泛使用的裂纹或者裂缝的检测方法主要包括电子显微镜技术、声发射检测技术、超声检测技术以及振动模态分析技术。电子显微镜技术在检测裂纹或者裂缝的时候首先制备试样，然后进行腐蚀处理，才能观察到小尺寸构件的微观形貌，进而确定小尺寸构件表层是否产生裂纹，这是一种可以观测到长度小于2mm，宽度小于0.2mm的微观裂纹，并且检测精度高，但是电子显微镜技术属于破坏性检测法，此外实验前所需的准备时间长，并且实验成本高。声发射检测技术属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而在实际的检测中声发射信号通常比较微弱，容易受到外部因素的干扰，降低了检测的精度。超声检测技术也属于无损检测技术，能够对小尺寸构件进行无损检测，然而超声检测技术对材料早期疲劳损伤所产生的微观裂纹并不敏感，降低了检测的精度。

振动模态分析技术通常采用力锤激励的方式获取构件的振动状态信息，然后对获取的信号进行分析，可以获得构件多个频率下的振动状态信息，从而根据振动状态信息对构件有无缺陷以及缺陷位置做出判断，但是构件的振动能量会分布在多个频率上，这样会导致每一个频率下的振动能量有限，尤其是在高阶频率下这样的振动能量是很微弱的，会降低检测的精度，同时也只能针对较大尺寸的缺陷(比如裂缝)进行检测。但是从振动理论的角度来说，振动模态分析技术具备了检测微观裂纹的可行性，然而目前的激振设备要么就是输出频率太低，远远小于小尺寸构件的共振频率(小尺寸构件的共振频率通常在1kHz以上，甚至更高)，要么就是输出的振动能量有限，导致对小尺寸构件进行激振处理后输出的振动信号幅值非常微弱，无法进行有效的检测，尤其是对微观裂纹检测时效果非常有限，甚至无法检测到微观裂纹，如何提供一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动装置已经成为振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹研究领域的一项重要课题。针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法，能够实现采用振动模态分析技术对小尺寸构件表层微观裂纹进行无损检测的目的。

发明内容

为了克服现有技术无法实现对小尺寸构件通过振动模态分析技术来检测微观裂纹的缺点，本发明提出了一种用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统及方法，能够进行大振动能量的输出，实现了采用振动模态分析技术检测小尺寸构件表层微观裂纹的目的。

用于无损检测小尺寸构件表层微观裂纹的高频振动系统，包括上位机系统、信号发生器、功率驱动器、电磁式激振器、高频振动能量放大装置、垫块、应变片以及动态应变仪；上位机系统控制信号发生器输出幅值和频率均能够独立且连续调节的正弦激振信号，并经功率驱动器输入电磁式激振器；