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便攜式超聲波硬度計介紹超聲硬度測試方法基本原理

日期:2021-10-01 12:10
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摘要:
     便攜式超聲波硬度計已廣泛應用於工農業生產、科學試驗和國防建設中,它是研究材料的機械性能、選定加工工藝、保證產品質量的重要手段,準確進行硬度測試,對提高產品質量、降低原材料消耗都起著重要作用。隨著新型材料的不斷出現,便攜式超聲波硬度計越來越成為衡量產品性能質量的不可缺少的重要儀器,這就需要研製高精度、高效率、結構先進、實用方便的新型硬度計。
  近十年來,硬度的測試多基於壓痕法,隨著計算機的廣泛應用,超聲、磁等無損傷硬度測試方法已有了重大突破。目前,硬度測試可采用的方法很多,如直流矯頑力法、光柵法、磁柵法、發射法、超聲傳感器法等,其中光柵、磁柵法雖精度很高,但屬於壓痕法,對被測物表麵損傷較大,成本也較高;直流矯頑力法需預先對被測物的材料、形狀、尺寸和工作條件進行破壞性檢驗,以作出標準測量曲線,故隻適用於大批同一零件的檢驗;發射法雖在無損檢測方麵潛力很大,但測試設備很複雜,在通用的測試中不易采用;超聲傳感器法是使傳感器測頭與被測件接觸,在均勻的接觸壓力下,使傳感器的諧振頻率隨壓痕深度(即硬度)而改變,通過計量該頻率的變化達到測量硬度的目的,該方法對被測件的損傷極小,為無損傷測量,同時采用機電轉換的信號拾取方式,與上述其它方法相比具有很大的優越性。基於超聲計量原理,研製出精度高、功能強的智能型數顯超聲硬度計。
1.1 傳感器工作原理
  傳感器由壓電晶體、勵磁線圈、傳感器杆、金剛石錐體等組成,傳感器杆一端與一個大質量剛體固定在一起,另一端鑲有金剛石錐體壓頭。當壓頭與被測件不接觸時(如圖1a所示),處於自由振動狀態,此時,傳感器杆的固定端將是振動的波節點,壓頭端由於振幅*大而成為振動的波腹點,杆的長度等於振動波長的1/4,此時的頻率就是傳感器杆的自由振蕩頻率。當傳感器杆的壓頭端完全被試件夾緊時(如圖1c),理想情況下傳感器杆的兩端都將成為振動的波節點,杆的長度等於振動波長的1/2,此時的頻率是壓頭端處於自由狀態時的兩倍。當壓頭壓到被測件上時,則處於上述兩種情況之間(如圖1b).在固定負荷作用下,對於彈性模量相同的試件,硬度愈低,壓痕愈深,振動的波長越小,杆的振動頻率就越高。通過測量傳感器杆振動頻率的變化即可確定被測件的硬度。  需要指出的是,試件的彈性模量不同,也會影響傳感器杆的振動狀態,因此被測試塊的彈性模量應與校準用的標準試塊一致,以保證測試精度。
1.2 測頭的激勵振蕩源及輸出信號處理
    這是一個標準的正反饋振蕩器,BG2輸出的振蕩電流流過測頭中的線圈,產生的交變磁場推動傳感器杆振動,杆的振動又作用在壓電陶瓷上,由壓電陶瓷輸出一個經過“放大”的電信號(正弦信號),再正反饋到BG1,形成自激振蕩。電路起振後,振蕩頻率主要由傳感器中的杆負荷及彈簧彈性係數決定。
  測頭的輸出信號是峰值約為0.4V的近似正弦波信號,經放大整形後送入89C51的T0端計數,以計算該頻率,數據處理後即可得到被測硬度值。