基于电磁加载的金属板声弹性系数在线测量系统

专利主权项内容

1.一种基于电磁加载的金属板声弹性系数在线测量系统，其特征在于该系统包括单片机、脉冲信号发生器、超声发射头、超声接收头、示波器、可调稳压电源、储能电容、可控硅和四个加载头，所述脉冲信号发生器的输出端与超声发射头连接，超声发射头向待测试件发出超声波，超声波经待测试件传播至超声接收头，超声接收头连接示波器；所述单片机分别与脉冲信号发生器和可控硅的控制端口连接；所述可调稳压电源的输出端依次与储能电容、可控硅和四个加载头连接；所述四个加载头结构相同，两个加载头为一组，每组呈上下对称结构布置在待加载的金属板的上下表面；每个加载头均包括激励线圈和永磁体，所述激励线圈与可控硅的输出端连接，在激励线圈上部的左半边区域和/或右半边区域固定一个永磁体；每个加载头中包括两个永磁体，同一加载头上的两个永磁体极性相反，互相吸合形成E形结构，激励线圈嵌入永磁体形成的E形结构的空隙中；所述永磁体形状为U型，采用U型将激励线圈整个包裹住；放电电流通过激励线圈10-2作用于待测试件4感应产生涡流，感应涡流在永磁体10-1的静磁场作用下受到洛仑兹力作用，形成加载效果；上述脉冲信号发生器2、超声发射头3、超声接收头5及示波器6构成超声检测机构，可调稳压电源7、储能电容8、可控硅9和四个加载头10构成电磁加载机构；超声检测机构和电磁加载机构均由单片机协调控制；测量系统的工作过程：电磁加载机构由储能电容向激励线圈脉冲放电，金属板在激励线圈作用下感生涡流，涡流在永磁体静磁场的作用下受到洛伦兹力作用，实现对金属板的电磁加载；使用单片机对超声检测机构和电磁加载机构进行协调控制，在电磁力达到最大值时进行超声测速；通过金属板所受应力与超声波声速的变化量，即可计算获得待测试件的声弹性系数；具体过程是：储能电容充电完毕后，启动单片机，单片机发出第一个脉冲信号，触发可控硅导通，使储能电容放电，放电回路导通，激励线圈中流过脉冲电流，待测试件中电磁力随感应电流变化，由零增加到最大值再减小至零，待测试件受到电磁加载；在单片机发出第一个脉冲信号的同时单片机开始倒计时，倒计时的长度是计算得到的电磁拉力到达最大值的时间；当倒计时结束时，待测试件中的电磁拉力达到最大值，单片机发出触发信号，触发超声检测机构工作，发出超声波，根据所接收超声信号计算出超声波声速；根据所施加电磁力的大小，以及超声波声速相应的改变量，即可实时计算出该材料的声弹性系数。