用于声发射检测的谐振波导杆

技术领域

本发明涉及声发射检测技术领域，特别是一种用于声发射检测的谐振波导杆。

背景技术

目前，对高温、深冷、易燃、易爆、有毒及核辐射或对复杂构件(设备)进行声发射检测时，由于条件限制或仪器设备使用的制约，不能将传感器直接安装在被测物体表面，这将限制声发射检测的应用。传统波导杆的功能是对检测信号进行传导以适应复杂的应用环境，但在信号传导中存在较为严重的损耗，目前仍没有找到解决波导杆导波会使声发射信号再次衰减的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于声发射检测的谐振波导杆，它具有传导、放大和带通滤波的作用，可解决信号传导过程中的损耗问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于声发射检测的谐振波导杆，包括波导杆主体，所述波导杆主体具有同轴且依次连接的粗杆段、过渡段和细杆段，所述过渡段的直径自粗杆段至细杆段逐渐减小，所述过渡段的近粗杆段端的直径与所述粗杆段的直径相同，所述过渡段的近细杆段端的直径与所述细杆段的直径相同。

进一步为了方便波导杆主体与其它部件之间的连接，所述粗杆段的自由端连接有第一连接部，所述第一连接部用于与被测物体连接；

所述细杆段的自由端连接有第二连接部，所述第二连接部用于与声发射传感器连接。

进一步，所述第一连接部设置有胶水槽，所述第一连接部被配置为通过其胶水槽内的胶水粘接所述被测物体；

所述第二连接部配置有磁体，所述第二连接部被配置为通过所述磁体连接所述声发射传感器。

进一步，所述粗杆段和所述过渡段的长度比值及所述细杆段和过渡段的长度比值分别不小于5。

进一步，所述波导杆主体的设计频率为声发射信号的中心频率。

采用上述技术方案后，本发明采用变截面波导杆，声发射信号通过波导杆进行传导并被放大，变截面波导杆的设计频率为声发射信号的中心频率，谐振波导杆对信号幅值放大的同时，还有带通滤波作用，本发明简单有效且易于实施。

附图说明

图1为本发明的用于声发射检测的谐振波导杆的结构示意图；

图2为本发明的用于声发射检测的谐振波导杆的工作状态图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、2所示，一种用于声发射检测的谐振波导杆，包括波导杆主体，所述波导杆主体具有同轴且依次连接的粗杆段1、过渡段2和细杆段3，所述过渡段2的直径自粗杆段1至细杆段3逐渐减小，所述过渡段2的近粗杆段1端的直径与所述粗杆段1的直径相同，所述过渡段2的近细杆段3端的直径与所述细杆段3的直径相同。

在本实施例中，所述过渡段2包括但不限于锥面过渡、曲面过渡，过渡段采用渐变过渡，更便于设计制造且更加美观。

如图1、2所示，所述粗杆段1的自由端连接有第一连接部4，所述第一连接部4用于与被测物体10连接；

所述细杆段3的自由端连接有第二连接部5，所述第二连接部5用于与声发射传感器20连接。

在本实施例中，所述第一连接部4设置有胶水槽，所述第一连接部4被配置为通过其胶水槽内的胶水粘接所述被测物体10；所述第二连接部5配置有磁体，所述第二连接部5被配置为通过所述磁体连接所述声发射传感器20。如此设置，整个谐振波导杆可以很方便地连接在被测物体10和声发射传感器20之间。

本实施例中的用于声发射检测的谐振波导杆进行声发射传导的步骤为：

S1，在第一连接部4涂抹一层均匀的凡士林进行耦合；

S2，往胶水槽注入胶水，将第一连接部4固定在被测物体10上；

S3，在第二连接部5涂抹一层均匀的凡士林进行耦合；

S4，通过磁体1吸附固定声发射传感器20；

S5，通过电缆连接声发射传感器20与计算机声发射系统；

S6，被测物体10的声发射信号通过粗杆段1传导至细杆段3被声发射传感器20采集捕捉。

本实施例中的用于声发射检测的谐振波导杆能够实现声发射信号的传导、放大及带通滤波，简单有效且易于实施，在工作过程中，声发射传感器20采集捕捉声发射信号，并将声发射信号数据传输至计算机声发射系统的信号处理器；信号处理器根据声发射信号的特征值绘制波形，最终根据波形准确判断被测物体10的状态。

在本实施例中，相比于粗杆段1和细杆段3，过渡段2的长度很短，所述粗杆段1和所述过渡段2的长度比值及所述细杆段3和过渡段2的长度比值分别不小于5。可以将过渡段2在轴向上的中心处位置处定义为x＝0。

信号放大原理：

假设过渡段2在轴向上的中心处位置处定义为x＝0,作用在波导杆主体的输入端，即粗杆段1的力和振动速度分别是F

/>

其中，k表示常量系数，v为纵向速度，x为纵向距离；

解微分方程可得到波导杆主体的放大系数为：

其中，s

表示输入端端面的位置，x

当x

其中，r

带通滤波原理：

假设波导杆主体输入端的直径为r

其中,α表示波导杆主体的宽厚比，即

通过频率降低系数可知，其为波导杆主体实际频率与设计频率的比值，在设计时为了波导杆主体实际谐振长度不受设计频率值影响，故理想的波导杆主体设计频率为实际频率。由于通过波导管进行声发射的传导，故波导杆的设计频率可以直接设计为声发射信号中心频率。

实施例二

如图2所示，选择被测物体10为长宽高为1000mm×1000mm×1mm的T30钢制储罐底板；

通过以半径为0.4mm、伸长量2.5mm的2B铅笔芯与钢板表面成30°角折断铅笔芯模拟中心频率为80kHz的声发射信号(PLB)；

通过声发射传感器20(MISTRAS型号R31-AST)在被测物体10的A处采集一组声发射信号，作为对比信号；

设置波导杆主体为黄铜材料，黄铜中纵波的传播速度为3.8×10

设置粗杆段1长度与细杆段3长度相等；

设置粗杆段1半径是细杆段3半径的两倍；

设置波导杆主体的设计频率为80kHz；

在第一连接部4涂抹一层均匀的凡士林进行耦合，通过胶水槽注入AB胶固定在被测物体10的A处；

在第二连接部5涂抹一层均匀的凡士林进行耦合；并通过磁体吸附固定声发射传感器20，该声发射传感器20采集的信号为测试信号。

实施例三

该实施例与实施例二的区别在于，粗杆段1半径是细杆段3半径的四倍。

实施例二和实施例三中的试验结果如下：

其中，放大倍数性能是指测试信号最大峰峰值与对比信号的最大峰峰值之比；滤波带宽性能是指波导杆在设定的谐振频率下，从最大幅值下降3dB时，所对应的两个频率之差。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。