專利名稱：無(wú)損檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)損檢測(cè)裝置，例如它可利用彈性波檢測(cè)諸如建筑物、橋梁和機(jī)器等稱之為被檢對(duì)象的結(jié)構(gòu)的疲勞或破裂狀態(tài)。
振動(dòng)試驗(yàn)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)，為了設(shè)計(jì)出最佳的結(jié)構(gòu)，要用振動(dòng)試驗(yàn)檢測(cè)被檢對(duì)象的疲勞和破裂狀態(tài)，并估計(jì)其機(jī)械強(qiáng)度。
振動(dòng)試驗(yàn)的主要目的是判定被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性和振動(dòng)模式。用于振動(dòng)試驗(yàn)的無(wú)損檢測(cè)裝置產(chǎn)生一種振動(dòng)，并把產(chǎn)生的振動(dòng)加到被測(cè)對(duì)象使之振動(dòng)，然后測(cè)量有關(guān)被測(cè)對(duì)象中所產(chǎn)生振動(dòng)之大小的響應(yīng)信息、被測(cè)對(duì)象發(fā)出的回波以及被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)狀態(tài)。然后，無(wú)損檢測(cè)裝置處理作為測(cè)量結(jié)果的響應(yīng)信息并獲取有關(guān)被測(cè)對(duì)象的所需信息。
現(xiàn)有技術(shù)中有幾種將振動(dòng)加至被測(cè)對(duì)象上的常規(guī)的方法，例如，第一種方法用激振器，第二種方法用沖擊錘，這兩種方法在長(zhǎng)松昭男著的《模式分析入門》一書第221頁(yè)—第228頁(yè)已有描述，該書由CORONA出版股份有限公司發(fā)行。
機(jī)械式激振器有電氣油壓式激振器、壓電式激振器和導(dǎo)電式激振器。機(jī)械式激振器把機(jī)械運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)力用作驅(qū)動(dòng)力。電氣油壓式激振器具有油壓筒和油壓閥，為了移動(dòng)油壓筒，閥的開關(guān)由電氣控制。壓電式激振器利用壓電效應(yīng)。導(dǎo)電式激振器利用磁場(chǎng)中作用于電流的洛侖茲力。
然而，在使用這些通常的激振器時(shí)，必須把它們固定在被測(cè)對(duì)象上才能檢測(cè)，并且為固定激振器，必須先處理被測(cè)對(duì)象。這些方法缺乏應(yīng)用的適應(yīng)能力。另外，將被固定在被測(cè)對(duì)象上的激振器的質(zhì)量要影響被測(cè)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。這是不可避免的，從而成為一個(gè)問題。
多數(shù)情況是用一沖擊錘使被測(cè)對(duì)象振動(dòng)。


圖1示出了使用沖擊錘的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)方框圖，這種檢測(cè)裝置已為早期文獻(xiàn)公開。
在圖1中，標(biāo)號(hào)1表示一沖擊錘，標(biāo)號(hào)2表示待檢測(cè)的被測(cè)對(duì)象，標(biāo)號(hào)3表示響應(yīng)檢測(cè)器，標(biāo)號(hào)4表示一用來(lái)放大響應(yīng)檢測(cè)器3的輸出信號(hào)的放大器，而標(biāo)號(hào)5表示一信號(hào)處理器，其通過處理已經(jīng)放大器4放大的輸出信號(hào)提取和選擇所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
下面，將說(shuō)明圖1中常規(guī)無(wú)損激振器的工作原理。
被測(cè)對(duì)象在沖擊錘1的作用下發(fā)生振動(dòng)所產(chǎn)生的振動(dòng)響應(yīng)，經(jīng)諸如加速傳感器(acceleration sensor)等響應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)。放大器4對(duì)轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)進(jìn)行放大，然后將其傳輸至信號(hào)處理器5。在信號(hào)處理器5中，根據(jù)處理目的(諸如快速付里葉變換處理，積分處理等)處理接收到的電信號(hào)。然后，根據(jù)上述處理所獲得的結(jié)果對(duì)被測(cè)對(duì)象2之狀態(tài)進(jìn)行判定或評(píng)價(jià)。
操作者用沖擊錘1對(duì)被測(cè)對(duì)象2施加振動(dòng)。由于操作者用沖擊錘1向被測(cè)對(duì)象2施加振動(dòng)的沖擊實(shí)施時(shí)間很短并且操作起來(lái)相當(dāng)容易，所以這種方法廣泛用來(lái)判定被測(cè)對(duì)象2的狀態(tài)。然而，操作者要使用圖1所示的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)裝置需有高超的技能和良好的技術(shù)背景。
本發(fā)明用于解決上述常規(guī)無(wú)損檢測(cè)裝置產(chǎn)生的問題。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種無(wú)損檢測(cè)裝置，該裝置能用一恒力反復(fù)使被測(cè)對(duì)象振動(dòng)，能同時(shí)使被測(cè)對(duì)象上的多個(gè)點(diǎn)振動(dòng)，并容易控制施加在被測(cè)對(duì)象上的振動(dòng)強(qiáng)度的大小和振動(dòng)頻率，操作者無(wú)需有高超的技能和良好的技術(shù)背景。
依照本發(fā)明的第一個(gè)方面，提供了一種無(wú)損檢測(cè)裝置，它包括
勵(lì)磁電流發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生勵(lì)磁電流并提供所述勵(lì)磁電流；控制裝置，用于產(chǎn)生一控制信號(hào)，用以控制所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置的工作，并且將所述控制信號(hào)發(fā)送至所述勵(lì)磁發(fā)生裝置；激振裝置，用于接收所述勵(lì)磁電流，并根據(jù)所述勵(lì)磁電流的大小產(chǎn)生一彈性波，然后用所述彈性波使將被檢測(cè)的被測(cè)對(duì)象振動(dòng)；響應(yīng)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述被測(cè)對(duì)象響應(yīng)所述彈性波而產(chǎn)生的振動(dòng)，并且將所述振動(dòng)轉(zhuǎn)換成一電信號(hào)，并且提供所述電信號(hào)；和信號(hào)處理裝置，用于接收所述電信號(hào)，并為獲得所希望的檢測(cè)信息對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行處理。
因此，通過使用無(wú)損檢測(cè)裝置，由激振器根據(jù)勵(lì)磁電流發(fā)生器產(chǎn)生的勵(lì)磁電流，產(chǎn)生彈性波，然后響應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)被測(cè)對(duì)象被彈性波振動(dòng)后而產(chǎn)生的響應(yīng)信號(hào)。信號(hào)處理器對(duì)來(lái)自響應(yīng)檢測(cè)器的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行處理，以獲得或選擇所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。因此，可用所希望的值控制將被施加在被測(cè)對(duì)象上的振動(dòng)的大小、頻率和波形，從而為獲得高精度的激振結(jié)果可把大小一定的振動(dòng)力施加在被測(cè)對(duì)象上。
另外，在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供一個(gè)脈沖波形的所述勵(lì)磁電流。由此，把該脈沖形狀的勵(lì)磁電流提供給了激振器，從而可把其力比沖擊錘大的快速?zèng)_擊振動(dòng)施加在被測(cè)對(duì)象上。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供諸如正弦波形、矩形波形或三角波形等交變波形的所述勵(lì)磁電流。從而，為了給被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生振動(dòng)力，可增大勵(lì)磁電流的大小。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述信號(hào)處理裝置接收所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置產(chǎn)生的所述勵(lì)磁電流，并且在每次所述激振裝置通過觸發(fā)所述勵(lì)磁電流向所述被測(cè)對(duì)象提供振動(dòng)時(shí)，以恒定的定時(shí)速率對(duì)響應(yīng)檢測(cè)裝置提供的所述電信號(hào)進(jìn)行相加并取平均。
因此，用作為觸發(fā)脈沖的勵(lì)磁電流以不變的時(shí)間間隔對(duì)來(lái)自響應(yīng)檢測(cè)器的響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)求和并取平均，從而提高信噪(S/N)比。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述激振裝置包括多個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)和相同功能的激振器，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置向所述多個(gè)激振器提供所述勵(lì)磁電流，所述多個(gè)激振器相互同步地接收所述勵(lì)磁電流，然后每個(gè)所述的激振器根據(jù)所述勵(lì)磁電流產(chǎn)生所述彈性波。因此，勵(lì)磁電流被提供給多個(gè)激振器，而且多個(gè)激振器相互同步地產(chǎn)生彈性波，從而可將一個(gè)量值很大的振動(dòng)力施加到被測(cè)對(duì)象上任一希望的點(diǎn)上。另外，由于可以同時(shí)并且相互同步地使被測(cè)對(duì)象上的多個(gè)點(diǎn)振動(dòng)，所以可獲得更高精度的激振檢測(cè)結(jié)果。
另外，本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置還包括放大裝置，它位于所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置和所述激振裝置之間，用于放大所述勵(lì)磁電磁，產(chǎn)生具有所希望量值的勵(lì)磁電流，并向所述激振裝置提供所述經(jīng)放大的勵(lì)磁電流。
此外，本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置還包括多個(gè)放大裝置，它們位于所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置和所述多個(gè)激振器之間，所述多個(gè)放大裝置中的每一個(gè)配備所述多個(gè)激振器中的一個(gè)，所述多個(gè)放大裝置放大所述勵(lì)磁電流，而且所述多個(gè)放大裝置中的每一個(gè)產(chǎn)生一具有所希望量值的勵(lì)磁電流，并向所述多個(gè)激振器的每一個(gè)提供所述經(jīng)放大的勵(lì)磁電流。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述激振裝置包括一個(gè)具有空心體的磁致伸縮振動(dòng)器，在所述空心體周圍繞有一勵(lì)磁線圈，當(dāng)所述勵(lì)磁電流流入所述勵(lì)磁線圈時(shí)，所述磁致伸縮振動(dòng)器發(fā)生振動(dòng)。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，根據(jù)所述振動(dòng)在所述磁致伸縮振動(dòng)器中傳播的傳播速度和所述磁致伸縮振動(dòng)器的形狀確定流經(jīng)所述勵(lì)磁線圈的所述勵(lì)磁電流的諧振頻率。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，所述磁致伸縮振動(dòng)器的全長(zhǎng)為所述諧振頻率1/4波長(zhǎng)的數(shù)倍。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，用所述控制裝置產(chǎn)生的所述控制信號(hào)改變所述勵(lì)磁電流的大小和頻率。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料制成的薄板，并且所述磁致伸縮振動(dòng)器的所述多塊薄板的層迭方向與所述磁致伸縮振動(dòng)器的振動(dòng)方向成直角。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料鎳(Ni)制成的薄板。
在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料鈷-鐵(CO-Fe)制成的薄板。
結(jié)合附圖閱讀下述有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)描述，將更加清楚本發(fā)明的上述和其它目的、特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
圖1為一方框圖，示出了常規(guī)無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。
圖2為一方框圖，示出了作為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。
圖3A和3B示出了將用圖2所示的無(wú)損檢測(cè)裝置檢測(cè)的兩個(gè)無(wú)損被測(cè)對(duì)象模型的外表。
圖4A和4B是兩張?zhí)匦詧D，示出了用圖2所示的無(wú)損檢測(cè)裝置對(duì)圖3A所示的無(wú)損被測(cè)對(duì)象模型進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試而獲得的結(jié)果。
圖5是一張?zhí)匦詧D，示出了用圖2所示的無(wú)損檢測(cè)裝置對(duì)圖3B所示的無(wú)損被測(cè)對(duì)象模型進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試而獲得的結(jié)果。
圖6是一方框圖，示出作為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。
圖7是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。
圖8是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。
下面將結(jié)合舉例或較佳實(shí)施例，參看附圖，詳細(xì)描述本發(fā)明。第一個(gè)實(shí)施例圖2是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第一實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)。
在圖2中，與圖1所示的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，因此其說(shuō)明在此省略。
圖2中，標(biāo)號(hào)6表示一控制器，產(chǎn)生控制信號(hào)(如，一脈沖控制信號(hào))，并將信號(hào)發(fā)送給另一裝置；標(biāo)號(hào)7表示一勵(lì)磁電流發(fā)生器，用于接收控制器6發(fā)送的脈沖控制信號(hào)，并產(chǎn)生勵(lì)磁電流；標(biāo)號(hào)8表示一電功率放大器(或功率放大器)，用于放大勵(lì)磁電流；標(biāo)號(hào)9表示一激振器，用于接收作為功率放大器8輸出信號(hào)的經(jīng)放大的勵(lì)磁電流，產(chǎn)生一彈性波并用彈性波使被測(cè)對(duì)象2振動(dòng)。激振器9包括一磁致伸縮振動(dòng)器10和一勵(lì)磁線圈11。第一實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置20除了被測(cè)對(duì)象2之外，包括部件3、4、5、6、7、8和9。響應(yīng)檢測(cè)器3是一諸如加速傳感器和位移傳感器等的傳感器。放大器4放大由響應(yīng)檢測(cè)器3發(fā)送的輸出信號(hào)，而信號(hào)處理器5通過處理經(jīng)放大器4放大的輸出信號(hào)，提取和挑選所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
圖3A和3B示出了兩種將被圖2所示的無(wú)損檢測(cè)裝置測(cè)試的作為被測(cè)對(duì)象2的無(wú)損檢測(cè)對(duì)象模型12a和12b的外形。標(biāo)號(hào)13表示無(wú)損檢測(cè)對(duì)象模型12b中的一個(gè)圓形缺陷。在圖3A和3B中，示出了響應(yīng)檢測(cè)器3與作為模型將被無(wú)損檢測(cè)裝置20檢測(cè)的被測(cè)對(duì)象12a和12b相連的狀況。
圖4A和4B以及圖5是特性圖，示出了用圖2所示的無(wú)損檢測(cè)裝置20對(duì)圖3A和3B所示的被測(cè)對(duì)象12a和12b進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試而獲得的結(jié)果。
圖4A所示的圖是(1995年4月21日155705)用無(wú)損檢測(cè)裝置20產(chǎn)生的勵(lì)磁電流脈沖使圖3A所示的無(wú)損檢測(cè)對(duì)象模型12a振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)波。
圖4B所示的圖是在另一個(gè)與圖4A所示情況不同的時(shí)刻(1995年4月21日155854)用無(wú)損檢測(cè)裝置20產(chǎn)生的勵(lì)磁電流脈沖使圖3A所示的無(wú)損檢測(cè)對(duì)象模型12a振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)波。
圖5所示的圖是用無(wú)損檢測(cè)裝置20產(chǎn)生的勵(lì)磁電流脈沖使圖3B所示的無(wú)損檢測(cè)對(duì)象模型12b振動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的響應(yīng)波。
接下來(lái)，將說(shuō)明本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例中無(wú)損檢測(cè)裝置20的工作原理。
在由控制器6控制勵(lì)磁電流發(fā)生器7運(yùn)行的情況下，勵(lì)磁電流由勵(lì)磁電流發(fā)生器7產(chǎn)生。
電功率放大器8放大勵(lì)磁電流，并將放大后的勵(lì)磁電流提供給激振器9中的勵(lì)磁線圈11。在這種情況下，勵(lì)磁線圈11中流動(dòng)的勵(lì)磁電流使勵(lì)磁線圈11周圍產(chǎn)生一磁場(chǎng)。這時(shí)，由于磁致伸縮現(xiàn)象，使磁致伸縮振動(dòng)器10產(chǎn)生應(yīng)變。用磁致伸縮現(xiàn)象產(chǎn)生的彈性波使被測(cè)對(duì)象2振動(dòng)。在這種情況下，不會(huì)存在被測(cè)對(duì)象2中引起的應(yīng)變的響應(yīng)速率隨勵(lì)磁電流變化的問題，因?yàn)轫憫?yīng)速率的范圍小于數(shù)十微秒，應(yīng)變?cè)缫延杉ふ衿鳈z測(cè)裝置檢測(cè)過。響應(yīng)速率在幾個(gè)微秒內(nèi)足夠高。另外，在形成磁致伸縮振動(dòng)器11的磁致伸縮材料中發(fā)出的彈性波和磁致伸縮振動(dòng)器11的形狀決定了在勵(lì)磁線圈11中流動(dòng)的勵(lì)磁電流的諧振頻率。磁致伸縮振動(dòng)器11的全長(zhǎng)大約為諧振頻率1/4波長(zhǎng)的幾倍?？捎脦浊Ш掌澋念l率，幾千瓦的電力驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)度為數(shù)十厘米長(zhǎng)的磁致伸縮振動(dòng)器10。具體地說(shuō)，就是在這種情況可通過改變磁致伸縮振動(dòng)器10的形狀產(chǎn)生頻率范圍可選擇的振動(dòng)。
因此，可通過控制激勵(lì)器9產(chǎn)生的彈性波的波形和勵(lì)磁電流發(fā)生器7所提供的勵(lì)磁電流的大小和頻率，產(chǎn)生所希望的可選振動(dòng)波形。
磁致伸縮振動(dòng)器10包含一種磁致伸縮常數(shù)為負(fù)的磁致伸縮材料。例如，負(fù)磁致伸縮材料為一種主要含鎳的材料。
因此，利用磁致伸縮振動(dòng)器10在收縮后迅速伸展至原長(zhǎng)的現(xiàn)象，讓振動(dòng)從磁致伸縮振動(dòng)器10傳輸至被測(cè)對(duì)象2。
另外，當(dāng)磁致伸縮振動(dòng)器10包含一種磁致伸縮常數(shù)為正的磁致伸縮材料，例如材料中主要含鈷-鐵(Co-Fe)時(shí)，利用磁致伸縮振動(dòng)器10在伸展后迅速縮回至原長(zhǎng)的現(xiàn)象，讓振動(dòng)從磁致伸縮振動(dòng)器10傳輸至被測(cè)對(duì)象2。
為了降低磁致伸縮振動(dòng)器10中由勵(lì)磁電流引起的渦流損耗，磁致伸縮振動(dòng)器10一般采用由薄板構(gòu)成的層迭構(gòu)造。磁致伸縮振動(dòng)器10中的層迭方向與其振動(dòng)方向相同，從而磁致伸縮振動(dòng)器1 0振動(dòng)的相位和幅度與其伸縮頻率同步變化。因此，在無(wú)損檢測(cè)裝置20中，由于不存在使激振器9和被測(cè)對(duì)象2分離的應(yīng)力，所以足以保持激振器的強(qiáng)度。
當(dāng)勵(lì)磁電流的波形為一脈沖形式時(shí)，激振器9可根據(jù)勵(lì)磁電流的大小快速產(chǎn)生施加至被測(cè)對(duì)象2上的振動(dòng)力。在如圖2-5所示的情況獲得的振動(dòng)力的大小與圖1所示情況下由沖擊錘1所獲的相同。另外，在圖2-5所示的本發(fā)明第一實(shí)施例的情況，無(wú)需高度熟練的工人和技術(shù)背景就可把大小不變的振動(dòng)加到被測(cè)對(duì)象2上。因此，可使對(duì)無(wú)損檢測(cè)裝置20所獲結(jié)果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)化。
因此，當(dāng)用勵(lì)磁電流脈沖使圖3A所示的被測(cè)對(duì)象模型12a振動(dòng)時(shí)，可以獲得與該勵(lì)磁電流脈沖相關(guān)的特性結(jié)果，即圖4A和4B所示的響應(yīng)波形。
圖4A和4B所示的兩種特征在波形上有所不同，但由圖4A和4B所示情況獲得的響應(yīng)波形彼此相同。因此，可用無(wú)損檢測(cè)裝置再現(xiàn)將加至被測(cè)對(duì)象上的、具有相同大小的振動(dòng)力。
在圖4A和4B所示的特性圖中，波包T1表示從被測(cè)對(duì)象模型12a的一端反射的波，反射波的速率為854米/秒，該速率是在激振器9將沖擊振動(dòng)力施加至被測(cè)對(duì)象模型12a上后考慮到一延遲時(shí)間間隔而獲得的。
接下來(lái)，圖5示出了當(dāng)被測(cè)對(duì)象模型12b上有一圓形缺陷13時(shí)，被測(cè)對(duì)象模型12b的響應(yīng)波形。在這種情況下，圖5清楚地示出了從圓形缺陷13反射的波T2。圓形缺陷13相距被測(cè)對(duì)象模型12b一端的位置為29.9厘米，該數(shù)據(jù)根據(jù)激振器9所產(chǎn)生的振動(dòng)的傳播速度和延遲時(shí)間計(jì)算而得。此計(jì)算結(jié)果大致與缺陷離開被測(cè)對(duì)象模型12b的實(shí)際距離相同。
由聯(lián)結(jié)在被測(cè)對(duì)象2上的激振器產(chǎn)生的振動(dòng)波傳播至被測(cè)對(duì)象2?？稍谶@樣一種情況下使用激振器9，即只要確保激振器9牢牢地聯(lián)結(jié)在被測(cè)對(duì)象2上，激振器9可以不直接聯(lián)結(jié)于被測(cè)對(duì)象2。因此，可以像圖1所示的常規(guī)無(wú)損檢測(cè)裝置中使用沖擊錘1一樣，很方便地使用激振裝置。另外，由于在增加激振器9和被測(cè)對(duì)象2間的結(jié)合應(yīng)力方面沒有結(jié)構(gòu)上的問題，所以可把較大的振動(dòng)力加至和傳送至被測(cè)對(duì)象2。第二個(gè)實(shí)施例圖6是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置60的結(jié)構(gòu)。在圖6中，與圖2所示第一實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置20中的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，這里不再說(shuō)明。
標(biāo)號(hào)15表示一激振器，它位于電功率放大器8的輸出端。
其它的部件，諸如響應(yīng)檢測(cè)器3、放大器4、信號(hào)處理器5、控制器6、勵(lì)磁電流發(fā)生器7、功率放大器8和激振器9，在結(jié)構(gòu)和功能上與圖2所示第一實(shí)施例中的相同。
接下來(lái)，將說(shuō)明圖6所示的第二個(gè)實(shí)施例中無(wú)損檢測(cè)裝置60的工作原理。
控制器6控制勵(lì)磁電流發(fā)生器7的運(yùn)行。從而，勵(lì)磁電流發(fā)生器7產(chǎn)生勵(lì)磁電流。功率放大器8接收來(lái)自勵(lì)磁電流發(fā)生器7的勵(lì)磁電流，放大該勵(lì)磁電流并將放大后的勵(lì)磁電流輸入勵(lì)磁線圈11。勵(lì)磁線圈11周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)。依照磁場(chǎng)的大小，在磁致伸縮振動(dòng)器10中產(chǎn)生磁應(yīng)變。
在這種情況下，磁致伸縮振動(dòng)器10中產(chǎn)生應(yīng)變的響應(yīng)速率根據(jù)磁致伸縮振動(dòng)器10的材料變成一常速率。
勵(lì)磁電流檢測(cè)器5檢測(cè)從功率放大器8流至激振器9的勵(lì)磁電流。在這種情況下，當(dāng)根據(jù)勵(lì)磁電流檢測(cè)器15檢測(cè)勵(lì)磁電流而產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，記錄下響應(yīng)波形時(shí)，可以用恒定的定時(shí)速率檢測(cè)到與圖4A和4B所示特性圖相似的響應(yīng)波形。
放大器4放大從響應(yīng)檢測(cè)器3送出的輸出信號(hào)，而信號(hào)處理器5根據(jù)勵(lì)磁電流檢測(cè)器15發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)，通過處理來(lái)自放大器4的放大后的輸出信號(hào)，提取所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。
因此，當(dāng)每次施加沖擊振動(dòng)時(shí)，激振器9以恒定的定時(shí)速率對(duì)響應(yīng)波形求和，然后對(duì)疊加后的響應(yīng)波形求平均，這樣，響應(yīng)波形不變形就可消除疊加后響應(yīng)波形中的不規(guī)則噪聲，而且可在噪聲和響應(yīng)波形中選擇或提取弱的響應(yīng)信號(hào)。第三個(gè)實(shí)施例圖7是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第三實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置70的結(jié)構(gòu)。在圖7中，與圖2所示的作為第一實(shí)施例無(wú)損檢測(cè)裝置20的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，這里不再說(shuō)明。
在圖7所示的無(wú)損檢測(cè)裝置70中，標(biāo)號(hào)8a至8n表示多個(gè)具有相同功能的電功率放大器，每個(gè)電功率放大器都配備有多個(gè)激振器9a至9n中的一個(gè)并與之相連。
盡管每個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器10依照所加勵(lì)磁電流的大小產(chǎn)生具有一定幅度的應(yīng)變，但當(dāng)增大勵(lì)磁電流值時(shí)，每個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器10應(yīng)變的增長(zhǎng)速率會(huì)降低。最后，達(dá)到每個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器10應(yīng)變的飽和點(diǎn)，每個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器10中的應(yīng)變不再增長(zhǎng)。
類似與圖7所示第三實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置70，勵(lì)磁電流發(fā)生裝置7產(chǎn)生的勵(lì)磁電流由多個(gè)功率放大器8a至8n接收。然后，多個(gè)功率放大器8a至8n同時(shí)放大勵(lì)磁電流，并將它們提供給多個(gè)激振器9a和9n。從而，多個(gè)激振器9a至9n產(chǎn)生振動(dòng)并將振動(dòng)加至被測(cè)對(duì)象2。在這種情況下，圖7所示第三實(shí)施例的激振器9a至9n可獲得比一個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器10在應(yīng)變飽和點(diǎn)所獲振動(dòng)更大的振動(dòng)。換句話說(shuō)，當(dāng)增加激振器的數(shù)目并且被測(cè)對(duì)象要求正確檢測(cè)比一個(gè)磁致伸縮振動(dòng)器飽和點(diǎn)處提供的振動(dòng)值大的振動(dòng)時(shí)，可獲得被測(cè)對(duì)象2產(chǎn)生的具有所希望幅值的響應(yīng)波形。第四個(gè)實(shí)施例圖8是一方框圖，示出了作為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)。在圖8中，與圖7所示的作為第三個(gè)實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)部件相同的結(jié)構(gòu)部件用相同的標(biāo)號(hào)表示，這里不再說(shuō)明。
在圖8所示的無(wú)損檢測(cè)裝置中，多個(gè)激振器9a至9n聯(lián)結(jié)在被測(cè)對(duì)象2的不同點(diǎn)上。在本實(shí)施例中，為了在被測(cè)對(duì)象2中產(chǎn)生所需的振動(dòng)模式，多個(gè)激振器9a至9n在不同點(diǎn)同時(shí)振動(dòng)被測(cè)對(duì)象2。由此，無(wú)需對(duì)被測(cè)對(duì)象2的形狀作任何限制，用第四實(shí)施例的無(wú)損檢測(cè)裝置80可進(jìn)行復(fù)合振動(dòng)模式分析。另外，可以增加作為傳感器的響應(yīng)檢測(cè)裝置3的數(shù)目。在這種情況下，必須為每個(gè)響應(yīng)檢測(cè)裝置3或每個(gè)傳感器提供一對(duì)放大器4和信號(hào)處理器5。
如圖2、6、7和8所示，在上述無(wú)損檢測(cè)裝置20、60、70和80中，是用勵(lì)磁電流脈沖使磁致伸縮振動(dòng)器10發(fā)生振動(dòng)和應(yīng)變的，但不局限于此。勵(lì)磁電流的形式可以是矩形波，或三角形波和類似波形。用矩形波和三角形波的勵(lì)磁電流可以獲得與上述第一至第四實(shí)施例相同的效果。具體地說(shuō)，當(dāng)使用三角波的勵(lì)磁電流時(shí)，可增加振動(dòng)的幅值，從而磁致伸縮振動(dòng)器可產(chǎn)生更強(qiáng)的振動(dòng)力。
正如以上詳細(xì)描述的本發(fā)明較佳實(shí)施例無(wú)損檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理，通過使用無(wú)損檢測(cè)裝置，激振器根據(jù)來(lái)自勵(lì)磁電流發(fā)生裝置的勵(lì)磁電流產(chǎn)生彈性波，然后彈性波使被測(cè)對(duì)象發(fā)生振動(dòng)，響應(yīng)檢測(cè)器或傳感器檢測(cè)被測(cè)對(duì)象的響應(yīng)信號(hào)。信號(hào)處理器處理響應(yīng)檢測(cè)器發(fā)出的響應(yīng)信號(hào)，以獲得所需的檢測(cè)數(shù)據(jù)。因此，可用所希望的值控制加至被測(cè)對(duì)象上的振動(dòng)的量值、頻率和波形，從而為了獲得具有高準(zhǔn)確度的激振結(jié)果，可把大小恒定的振動(dòng)力加至被測(cè)對(duì)象上。
另外，用本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置把勵(lì)磁電流脈沖輸入激振器，從而把比沖擊錘產(chǎn)生的力更大的快速?zèng)_擊振動(dòng)施加到被測(cè)對(duì)象上。
此外，由于把正弦波的勵(lì)磁電流輸給激振器，所以為了對(duì)被測(cè)對(duì)象產(chǎn)生振動(dòng)力，可以增加勵(lì)磁電流的幅值。
另外，在本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置中，利用作為觸發(fā)脈沖的勵(lì)磁電流以恒定的時(shí)間間隔疊加來(lái)自向應(yīng)檢測(cè)器的響應(yīng)檢測(cè)信號(hào)并取平均，從而可以提高信/噪(S/N)比。
最后，用本發(fā)明的無(wú)損檢測(cè)裝置，將勵(lì)磁電流提供給多個(gè)激勵(lì)器，并且多個(gè)激振器相互同步地產(chǎn)生彈性波，從而可把一量值很大的振動(dòng)力加至被測(cè)對(duì)象任何所希望的點(diǎn)上。另外，由于可以同時(shí)并且相互同步地振動(dòng)被測(cè)對(duì)象上的多個(gè)點(diǎn)，所以可以獲得更高準(zhǔn)確度的激振檢測(cè)結(jié)果。
盡管已經(jīng)詳細(xì)描述和說(shuō)明了本發(fā)明，但應(yīng)理解，這些描述和說(shuō)明僅用于說(shuō)明和例示，不用作限制，本發(fā)明的精神和范圍僅由附加的權(quán)利要求來(lái)限制。
權(quán)利要求
1.一種無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，包括勵(lì)磁電流發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生勵(lì)磁電流并提供所述勵(lì)磁電流；控制裝置，用于產(chǎn)生控制信號(hào)，以控制所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置的運(yùn)行，并把所述控制信號(hào)發(fā)送給所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置；激振裝置，用于接收所述勵(lì)磁電流，根據(jù)所述勵(lì)磁電流的大小產(chǎn)生彈性波，并用所述彈性波使待檢測(cè)的被測(cè)對(duì)象發(fā)生振動(dòng)；向應(yīng)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)所述被測(cè)對(duì)象相應(yīng)于所述彈性波而發(fā)生的振動(dòng)，把所述振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并提供所述電信號(hào)；以及信號(hào)處理裝置，用于接收所述電信號(hào)，并為獲得所希望的檢測(cè)信息，處理所述電信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供脈沖波形的所述勵(lì)磁電流。
3.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供正弦波形的所述勵(lì)磁電流。
4.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供矩形波形的所述勵(lì)磁電流。
5.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置根據(jù)所述控制信號(hào)向所述激振裝置提供三角波形的所述勵(lì)磁電流。
6.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)處理裝置接收所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置產(chǎn)生的所述勵(lì)磁電流，并且在每次所述激振裝置通過觸發(fā)所述勵(lì)磁電流使所述被測(cè)對(duì)象發(fā)生振動(dòng)時(shí)，以恒定的定時(shí)速率疊加響應(yīng)檢測(cè)裝置提供的所述電信號(hào)并取平均。
7.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激振裝置包括多個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)和相同功能的激振器，所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置為所述多個(gè)激振器提供所述勵(lì)磁電流，所述多個(gè)激振器相互同步地接收所述勵(lì)磁電流，并且所述多個(gè)激振器中的每個(gè)根據(jù)所述勵(lì)磁電流產(chǎn)生所述彈性波。
8.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括放大裝置，它位于所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置和所述激振裝置之間，用于放大所述勵(lì)磁電流，產(chǎn)生具有所希望量值的勵(lì)磁電流，并把所述放大后的勵(lì)磁電流提供給所述激振裝置。
9.如權(quán)利要求7所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，還包括多個(gè)放大裝置，它們位于所述勵(lì)磁電流發(fā)生裝置和所述多個(gè)激振器之間，所述多個(gè)放大裝置中的每一個(gè)配備所述多個(gè)激振器中的一個(gè)，所述多個(gè)放大裝置放大所述勵(lì)磁電流，而且所述多個(gè)放大裝置中的每一個(gè)產(chǎn)生具有所希望量值的勵(lì)磁電流，并向所述多個(gè)激振器中的每一個(gè)提供所述經(jīng)放大的勵(lì)磁電流。
10.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述激振裝置包括一個(gè)具有空心體的磁致伸縮振動(dòng)器，在所述空心體周圍繞有一勵(lì)磁線圈，并且當(dāng)所述勵(lì)磁電流流入所述勵(lì)磁線圈時(shí)所述磁致伸縮振動(dòng)器發(fā)生振動(dòng)。
11.如權(quán)利要求10所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，通過所述振動(dòng)在所述磁致伸縮振動(dòng)器中傳播的傳播速度和所述磁致伸縮振動(dòng)器的形狀確定所述勵(lì)磁線圈中流動(dòng)的所述勵(lì)磁電流的諧振頻率。
12.如權(quán)利要求11所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，所述磁致伸縮振動(dòng)器的全長(zhǎng)為所述諧振頻率1/4波長(zhǎng)的數(shù)倍。
13.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，用所述控制裝置產(chǎn)生的所述控制信號(hào)改變所述勵(lì)磁電流的大小和頻率。
14.如權(quán)利要求1所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料制成的薄板，并且所述磁致伸縮振動(dòng)器的所述多塊薄板的層迭方向與所述磁致伸縮振動(dòng)器的振動(dòng)方向成直角。
15.如權(quán)利要求14所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料鎳(Ni)制成的薄板。
16.如權(quán)利要求14所述的無(wú)損檢測(cè)裝置，其特征在于，具有層迭結(jié)構(gòu)的所述磁致伸縮振動(dòng)器包括多塊由磁致伸縮材料鈷-鐵(CO-Fe)制成的薄板。
全文摘要
一種無(wú)損檢測(cè)裝置，它具有根據(jù)控制器6的控制信號(hào)提供勵(lì)磁電流的勵(lì)磁電流發(fā)生器；根據(jù)勵(lì)磁電流產(chǎn)生彈性波并用彈性波使被測(cè)對(duì)象振動(dòng)的激振器9；用于檢測(cè)由彈性波引起的被測(cè)對(duì)象的振動(dòng)響應(yīng)并為選擇希望的檢測(cè)信息對(duì)響應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的響應(yīng)檢測(cè)器3。勵(lì)磁電流發(fā)生器根據(jù)控制信號(hào)(為脈沖信號(hào))產(chǎn)生諸如脈沖波或矩形波或三角形波或正弦波等交流脈沖波的勵(lì)磁電流。在無(wú)損檢測(cè)裝置中可配用多個(gè)激振器對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行作用。
文檔編號(hào)G01M7/02GK1139758SQ95119840
公開日1997年1月8日 申請(qǐng)日期1995年11月17日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月9日
發(fā)明者島田隆史, 坂本隆博, 谷口良輔, 服部晉一, 江上憲位 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社