本實用新型屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合分體式測量系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無損檢測技術(shù)可以在不損害材料的前提下對研究對象的缺陷分布以及損傷發(fā)展情況進(jìn)行監(jiān)測。例如，非接觸應(yīng)變場的測量可以研究材料受力過程中的全場變形特征并且測試裝置可以與測試試樣保持一定的距離，聲發(fā)射測試技術(shù)可以實時在線監(jiān)測材料的損傷發(fā)展情況獲取材料內(nèi)部微裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展信息，并實現(xiàn)損傷定位。將非接觸應(yīng)變場測試技術(shù)與聲發(fā)射測試技術(shù)相結(jié)合可以有效的研究材料在受力全過程中損傷演化情況與材料全場變形行為之間的關(guān)系，對深入研究材料的損傷機(jī)理以及解決工程實際問題都有重大意義。

在現(xiàn)有技術(shù)中，非接觸應(yīng)變場的測量（例如，數(shù)字圖像相關(guān)法）需要捕捉測試過程中材料或結(jié)構(gòu)表面的變形圖像，這就要求所測材料或結(jié)構(gòu)表面無覆蓋，這對聲發(fā)射傳感器的固定方法提出了苛刻的要求。在現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)固定原理可將聲發(fā)射傳感器的固定方案分成以下幾類：1、磁性固定法，例如專利CN105136912A“一種聲發(fā)射檢測傳感器固定裝置”、專利CN102253124A“一種聲發(fā)射檢測設(shè)備探頭的通用固定裝置”以及專利CN205484214U“一種聲發(fā)射傳感器的夾持裝置”等；2、框架固定法，例如專利CN101571517A“聲發(fā)射測試傳感器固定裝置”、專利CN101571516“萬向式聲發(fā)射測試傳感器固定裝置”和專利CN105842343A“一種將聲發(fā)射傳感器內(nèi)置于真三軸腔室的聲發(fā)射實驗裝置”等；3、捆綁粘貼法（膠帶或皮筋）；4、間接固定方法，例如專利CN204154687U“用于非金屬試件的聲發(fā)射傳感器固定裝置”，專利CN204436964U“一種聲發(fā)射檢測儀器探頭的簡易固定裝置”以及專利CN102661999A“用于混凝土表面的聲發(fā)射傳感器固定裝置”等。

雖然現(xiàn)有技術(shù)中已公開諸多用于固定聲發(fā)射傳感器的解決方案，但是現(xiàn)有技術(shù)仍然無法解決無磁性材料非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合測試過程中聲發(fā)射傳感器的固定問題，主要原因如下：1、無磁性材料無法使用磁性固定法；2、對于框架固定法，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在材料力學(xué)實驗中測試試樣的尺寸一般較小，因此實驗操作難度大，而且用于非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合測試時固定裝置會對測試試樣表面產(chǎn)生一定的遮擋，致使應(yīng)變場測量無法進(jìn)行；3、膠帶固定法是一種簡單易施的聲發(fā)射傳感器固定方法，但是同理，膠帶同樣會遮擋測試表面，因此該方案也無法用于非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合測試；4、間接固定方法通過在測試試樣表面粘貼轉(zhuǎn)換層（塑料套或金屬板），進(jìn)而通過轉(zhuǎn)換層對傳感器進(jìn)行固定，但是在材料力學(xué)測試過程中（例如，拉伸實驗或壓縮實驗），由于轉(zhuǎn)換層與測試試樣之間的粘結(jié)劑會逐步脫粘，脫粘過程中產(chǎn)生的噪聲信號將影響聲發(fā)射的測量結(jié)果。此外，轉(zhuǎn)換層與測試試樣在實驗過程中將共同受力變形，一定程度上影響了載荷示數(shù)，會導(dǎo)致測試結(jié)果與真實結(jié)果出現(xiàn)較為明顯的偏差。

因此，有必要提供一種能夠用于無磁性材料并可以同時兼容非接觸應(yīng)變場以及聲發(fā)射聯(lián)合測量的聲發(fā)射傳感器固定方法和固定裝置，實現(xiàn)快速、簡單、可靠的聯(lián)合測試。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合分體式測量系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案：

一種非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合分體式測量系統(tǒng)，其特征在于，包括：測試試樣、試驗機(jī)夾具、聲發(fā)射傳感器、聲發(fā)射采集系統(tǒng)、攝像頭、圖像采集控制設(shè)備和固定裝置；所述測試試樣為矩形條狀的無磁性材料，所述試驗機(jī)夾具數(shù)量為兩個，試驗機(jī)夾具分別夾持在測試試樣的上下兩端，對測試試樣進(jìn)行拉伸；所述聲發(fā)射傳感器和攝像頭分別固定在測試試樣的左右相對兩側(cè)，聲發(fā)射傳感器將采集的聲信號發(fā)送至聲發(fā)射采集系統(tǒng)，攝像頭將采集的圖像信號發(fā)送至圖像采集控制設(shè)備；所述聲發(fā)射傳感器為圓柱體，圓柱體的頂面為傳感面，聲發(fā)射傳感器通過固定裝置固定，使得聲發(fā)射傳感器的傳感面緊貼測試試樣的表面。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

所述測試試樣為陶瓷基復(fù)合材料。

所述固定裝置包括固定塊、支撐墊片和固定膠帶，所述固定塊為彈性的長方體結(jié)構(gòu)，固定塊中部設(shè)有與聲發(fā)射傳感器形狀相配合的固定槽，所述固定槽在固定塊的表面形成圓形開口，聲發(fā)射傳感器安裝在固定槽中，聲發(fā)射傳感器的底面與固定槽的槽底貼合，聲發(fā)射傳感器的頂面與圓形開口平齊；所述支撐墊片為一對相同的平板墊片，支撐墊片的一端開設(shè)有矩形缺口，所述矩形缺口的寬度與測試試樣的寬度相同，兩個支撐墊片均通過矩形缺口卡住測試試樣，并通過矩形缺口表面涂覆的粘結(jié)劑與測試試樣的表面保持垂直固定，固定塊夾設(shè)在兩個支撐墊片之間；所述固定膠帶將固定塊和支撐墊片連接固定。

所述固定塊由聚乙烯發(fā)泡棉制成。

所述固定膠帶分為兩段，分別固定兩片支撐墊片，兩段固定膠帶之間無直接接觸。

本實用新型的有益效果是：

1、本實用新型解決了無磁性材料在進(jìn)行非接觸應(yīng)變場以及聲發(fā)射聯(lián)合測試時聲發(fā)射傳感器的固定問題；

2、本實用新型中支撐墊片跟隨測試試樣發(fā)生同向變形，同時預(yù)壓縮的彈性固定塊能主動填補(bǔ)支撐墊片反向移動產(chǎn)生的變形間隙，亦能承受支撐墊片相向移動造成的壓縮變形，彈性固定塊的變形跟隨性保證了聲發(fā)射傳感器的有效固定，聲發(fā)射傳感器在測試過程中不會發(fā)生滑動，彈性固定塊的自行膨脹與收縮不會對載荷示數(shù)造成影響，并且不會產(chǎn)生聲發(fā)射信號，因此本實用新型方案測試精度高；

3、本實用新型所涉及測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，無復(fù)雜結(jié)構(gòu)及零件，對非接觸應(yīng)變場測試表面無遮擋，聲發(fā)射傳感器和固定裝置還能夠拆分，實驗操作難度小，實驗測試成本低；

4、本實用新型所提出的方案簡單易施，固定效果好并且具有通用性，針對不同尺寸的測試試樣進(jìn)行微調(diào)即可實施，同時，本方案不僅可以用于無磁性材料，對磁性材料同樣適用。

附圖說明

圖1是測量系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是固定塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是聲發(fā)射傳感器安裝在固定塊中的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是支撐墊片的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標(biāo)記如下：測試試樣1、試驗機(jī)夾具2、聲發(fā)射傳感器3、聲發(fā)射采集系統(tǒng)4、攝像頭5、圖像采集控制設(shè)備6、固定裝置7、固定塊8、支撐墊片9、固定膠帶10、固定槽11、圓形開口12、矩形缺口13。

具體實施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1所示，非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合分體式測量系統(tǒng)包括測試試樣1、試驗機(jī)夾具2、聲發(fā)射傳感器3、聲發(fā)射采集系統(tǒng)4、攝像頭5、圖像采集控制設(shè)備6和固定裝置7。測試試樣1為矩形條狀的無磁性材料，如陶瓷基復(fù)合材料，試驗機(jī)夾具2數(shù)量為一對，分別夾持在測試試樣1的上下兩端，通過試驗機(jī)對測試試樣1進(jìn)行拉伸。聲發(fā)射傳感器3和攝像頭5分別固定在測試試樣1的左右相對兩側(cè)，聲發(fā)射傳感器3將采集的聲信號發(fā)送至聲發(fā)射采集系統(tǒng)4，攝像頭5將采集的圖像信號發(fā)送至圖像采集控制設(shè)備6，由于測試試樣1受力損傷會發(fā)出聲音信號，聲發(fā)射傳感器3可以采集到這種聲信號，聲發(fā)射采集系統(tǒng)4通過分析采集到的聲信號就可以對測試試樣1的損傷過程以及損傷機(jī)理進(jìn)行分析，而攝像頭5（也就是工業(yè)相機(jī)）采集的是測試試樣1的形變照片，圖像采集控制設(shè)備6通過非接觸測量算法對不同時刻的形變照片進(jìn)行比對就能計算出測試試樣1的變形情況。

進(jìn)一步參照圖2-4，聲發(fā)射傳感器3為圓柱體，圓柱體的頂面為傳感面，聲發(fā)射傳感器3通過固定裝置7固定，使得聲發(fā)射傳感器3的傳感面緊貼測試試樣1的表面。固定裝置7包括固定塊8、支撐墊片9和固定膠帶10，固定塊8為彈性的長方體結(jié)構(gòu)，可由聚乙烯發(fā)泡棉制成，固定塊8中部設(shè)有與聲發(fā)射傳感器3形狀相配合的固定槽11，固定槽11在固定塊8的表面形成圓形開口12，聲發(fā)射傳感器3安裝在固定槽11中，聲發(fā)射傳感器3的底面與固定槽11的槽底貼合，聲發(fā)射傳感器3的頂面與圓形開口12平齊。

支撐墊片9為一對相同的平板墊片，支撐墊片9的一端開設(shè)有矩形缺口13，矩形缺口13的寬度與測試試樣1的寬度相同，兩個支撐墊片9均通過矩形缺口13卡住測試試樣1，并通過矩形缺口13表面涂覆的粘結(jié)劑與測試試樣1的表面保持垂直固定，粘結(jié)劑可采用環(huán)氧樹脂膠，實驗過程中支撐墊片9根據(jù)測試試樣1發(fā)生同向變形。

繼續(xù)參照圖1，兩個支撐墊片9呈平行間隔狀，固定塊8的厚度略大于支撐墊片9的非缺口部分的長度，固定塊8的長度略大于兩片支撐墊片9之間的距離，固定塊8與聲發(fā)射傳感器3安裝好后便固定于支撐墊片9之間，安裝時應(yīng)沿著測試試樣1的拉伸方向（即固定塊8的長度方向）將固定塊8壓縮，以便固定塊3與聲發(fā)射傳感器3的組合體可以完全置于支撐墊片9之間，實驗時預(yù)壓縮的固定塊3會發(fā)生膨脹填補(bǔ)支撐墊片9由于跟隨測試試樣1拉伸變形帶來的空隙，亦可承受壓縮變形，避免聲發(fā)射傳感器3直接受壓，保證聲發(fā)射傳感器3的牢固固定。固定膠帶10將支撐墊片9與彈性固定塊8進(jìn)行固定，固定膠帶10具有兩段，兩段固定膠帶10無直接接觸，防止固定膠帶10對固定塊8變形產(chǎn)生約束。

采用以上非接觸應(yīng)變場與聲發(fā)射聯(lián)合分體式測量系統(tǒng)的測量方法，包括以下實驗步驟：

一、取一對支撐墊片9并在支撐墊片9的矩形缺口13處均勻涂抹環(huán)氧樹脂膠，然后將支撐墊片9粘貼到陶瓷基復(fù)合材料測試試樣1的試驗段，試驗段長度為25 mm，支撐墊片9的無缺口區(qū)域長度為15 mm；

二、待環(huán)氧樹脂膠完全凝固后，使用丙烯酸啞光白噴漆將測試試樣1的變形測量面覆蓋成白色，漆面覆蓋必須目視均勻，將噴過漆的試樣放在通風(fēng)處風(fēng)干，啞光噴漆用于降低試樣漆面的反光，減小變形測量噪聲；待白色漆面完全風(fēng)干后使用啞光黑丙烯酸噴漆在白色漆面上噴制散斑圖案；

三、拍攝測試試樣1的散斑照片，對散斑質(zhì)量進(jìn)行評估，評估規(guī)則為，若散斑灰度直方圖分布為高斯分布或鐘型分布則表示散斑滿足測試要求，若灰度直方圖表現(xiàn)為雙峰分布則表示需要重新制作散斑，實驗中使用Photoshop軟件對散斑照片的灰度分布進(jìn)行分析；

四、啟動試驗機(jī)，將測試試樣1裝夾到試驗機(jī)夾具2上并消除預(yù)緊力，實驗中所用試驗機(jī)為MTS Landmark電液伺服疲勞試驗機(jī)；

五、將聲發(fā)射傳感器3安裝到彈性固定塊8的開口中，聲發(fā)射傳感器3的底面與彈性固定塊8開口的盲端相對，彈性固定塊8的長度為27 mm，厚度為17 mm，由聚乙烯發(fā)泡棉制成，聲發(fā)射傳感器3的厚度為10mm，型號為PXR50；

六、將步驟五中得到的組合體安裝到支撐墊片9之間，聲發(fā)射傳感器3的正面與測試試樣1表面相對，在聲發(fā)射傳感器3與測試試樣1表面之間涂抹凡士林耦合劑，安裝時先將固定塊8預(yù)壓縮，以保證固定塊8在測試試樣1承受拉伸載荷時能夠發(fā)生膨脹，填補(bǔ)變形間隙；

七、將一段固定膠帶10的一端粘貼于上方支撐墊片9的上表面，另一端固定于固定塊8上，將另一段固定膠帶10的一端粘貼于下方支撐墊片9的下表面，另一端固定于固定塊8上，固定膠帶10應(yīng)壓緊固定塊8，使得固定塊8壓縮至與支撐墊片9末端平齊，以保證聲發(fā)射傳感器3與測試試樣1緊密結(jié)合，固定膠帶10采用PVC膠布；

八、打開攝像頭5與圖像采集控制設(shè)備6，調(diào)整拍攝距離至1.5m，焦距調(diào)至50mm，得到良好的觀測視野，攝像頭5采用AVT Stingray F-201B黑白工業(yè)相機(jī)，鏡頭采用Computar 50mm定焦工業(yè)相機(jī)鏡頭，圖像采集控制設(shè)備6包括計算機(jī)以及圖像采集軟件；

九、打開聲發(fā)射采集系統(tǒng)4，設(shè)置聲發(fā)射測試門檻值為40 dB，聲發(fā)射采集系統(tǒng)4包括PAC PCI-2聲發(fā)射采集卡、PXPAIV聲發(fā)射放大器、同軸電纜、計算機(jī)以及PXAES軟件；

十、設(shè)置試驗機(jī)加載速率為0.1 mm/min，同時啟動試驗機(jī)、圖像采集控制設(shè)備6以及聲發(fā)射采集系統(tǒng)4進(jìn)行非接觸應(yīng)變場以及聲發(fā)射的聯(lián)合測試。

需要注意的是，實用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實用新型可實施的范疇。

以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術(shù)方案均屬于本實用新型的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進(jìn)和潤飾，應(yīng)視為本實用新型的保護(hù)范圍。