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原文传递裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置

专利名称：	裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置
摘要：	本发明公开了裂纹扩展测量系统和方法及其检验方法与装置，裂纹扩展测量系统包括恒流源、直流翻转电路、运放模块、单片机控制器、上位机、隔离电路、电流连接线和电压连接线；检验装置包括固定片裂纹长度变化系统和单片机与继电器组控制模块；测量方法为直流电位降法，试样在裂纹扩展时其电位场发生变化，试样裂纹两端的电压降随着裂纹长度的增长逐渐增大，可通过测量试样上裂纹两端的电位差来获得测量试样的裂纹扩展数值；检验方法通过对比检验试样的测量值与已知值之间的关系来检验测量系统的准确度。本发明的测量系统具有结构简单、装置集成化、测量精度高、可方便携带、价格适中的优点，本发明的检验装置具有成本低且能够重复使用的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	西安科技大学
发明人：	薛河;魏其深;倪陈强;张亮;徐鹏超
专利状态：	有效
申请日期：	2019-02-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-14T00:00:00+0800
申请号：	CN201910134596.7
公开号：	CN109884126A
代理机构：	北京中济纬天专利代理有限公司
代理人：	线飞祥
分类号：	G01N27/00(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	710054 陕西省西安市雁塔路58号
主权项：	1.一种裂纹扩展测量系统，其特征在于：包括用于输出恒定直流电流的恒流源(1)、用于将恒流源(1)输出的恒定直流电流方向翻转的直流翻转电路(2)、用于将接收电压信号放大的运放模块(5)、用于将接收的电压模拟信号转化为数字信号并对数字信号进行分析计算的单片机控制器(6)、用于显示测量值的上位机(7)、用于隔断恒流源(1)与单片机控制器(6)之间电气连接的隔离电路(8)、用于连接输出恒定直流电流的电流连接线(10)和用于连接输入待测量电压信号的电压连接线(11)，所述恒流源(1)与外接的24V电池(12)连接且恒流源(1)的电流信号端与直流翻转电路(2)的输入端连接，所述直流翻转电路(2)的输出端与电流连接线(10)连接且将恒定直流电流信号传输至与电流连接线(10)连接的测量试样(9)，所述电压连接线(11)与运放模块(5)输入端连接且电压连接线(11)通过与测量试样(9)连接将电压信号传输至运放模块(5)，所述运放模块(5)的输出端与单片机控制器(6)的输入端连接且将采集的电压信号放大后传输至单片机控制器(6)，所述运放模块(5)与外接的12V电池(13)连接，所述单片机控制器(6)的输出端与上位机(7)输入端连接且将分析计算后的测量数值显示在上位机(7)上，所述恒流源(1)的数据发送端与单片机控制器(6)的数据接收端连接且将恒流源(1)数据信号传输至单片机控制器(6)，所述恒流源(1)的数据接收端与单片机控制器(6)的数据发送端连接来接收单片机控制器(6)的命令，所述恒流源(1)的电源端与隔离电路(8)连接，所述隔离电路(8)与单片机控制器(6)的电源端连接且用于防止恒流源(1)信号对单片机控制器(6)接收信号造成干扰，所述单片机控制器(6)与直流翻转电路(2)连接且将翻转指令传输至直流翻转电路(2)来控制电流方向的翻转。 2.按照权利要求1所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述隔离电路(8)包括两个型号均为PC817的光耦1和光耦2，所述光耦1的1号引脚与接入电路的VCC(15)端连接、2号引脚与单片机控制器(6)的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器(6)的VCC端连接、4号引脚与恒流源(1)的VCC端连接，所述光耦2的1号引脚与VCC(15)端连接、2号引脚与单片机控制器(6)的I/O口连接、3号引脚与单片机控制器(6)的GND端连接、4号引脚与恒流源(1)的GND端连接。 3.按照权利要求2所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述电流连接线(10)由电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)组成，所述电压连接线(11)有两根导线组成，所述直流翻转电路(2)包括固态继电器SSR1、固态继电器SSR2、固态继电器SSR3、固态继电器SSR4和型号为ULN2003A的晶体管阵列，所述晶体管阵列的9号引脚接入外接的5V电池(14)、1号引脚和2号引脚均与单片机控制器(6)的指令输出端连接，所述晶体管阵列的15号引脚与固态继电器SSR2的4号引脚和固态继电器SSR4的4号引脚均连接、16号引脚与固态继电器SSR1的4号引脚和固态继电器SSR3的4号引脚均连接，所述固态继电器SSR1的3号引脚、固态继电器SSR2的3号引脚、固态继电器SSR3的3号引脚和固态继电器SSR4的3号引脚均接入外接的5V电池(14)，所述固态继电器SSR1的2号引脚和固态继电器SSR2的2号引脚均与恒流源(1)的电流正极输出端连接，所述固态继电器SSR3的1号引脚和固态继电器SSR4的1号引脚均与恒流源(1)的电流负极输入端连接，所述固态继电器SSR1的1号引脚和固态继电器SSR4的2号引脚均与电流输出导线(10-1)连接，所述固态继电器SSR2的1号引脚和固态继电器SSR3的2号引脚均与电流输入导线(10-2)连接。 4.按照权利要求3所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述电流输出导线(10-1)与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离、电流输入导线(10-2)与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离均大于电压连接线(11)的导线与测量试样(9)的焊接点到测量试样(9)裂纹的距离。 5.按照权利要求1或2所述的裂纹扩展测量系统，其特征在于：所述恒流源(1)为型号是ZXY-6005S的程控电源。 6.一种利用如权利要求4所述系统进行裂纹扩展测量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、开启裂纹扩展测量系统的电源开关，将电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)分别点焊接到测量试样(9)的裂纹面两侧，将电压连接线(11)分别点焊接到测量试样(9)的裂纹两侧；步骤二、在上位机(7)中设置恒流源(1)的输出恒定直流电流值和输出电压值，上位机(7)将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器(6)的数据发送端传输至恒流源(1)的数据接收端，恒流源(1)输出上位机(7)设定的恒定直流电流，恒定直流电流传输至直流翻转电路(2)，直流翻转电路(2)在单片机控制器(6)的控制下不停翻转恒定直流电流方向，不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线(10-1)传输至测量试样(9)内，并从测量试样(9)输出后经过电流输入导线(10-2)流至直流翻转电路(2)；步骤三、运放模块(5)接收到电压连接线(11)传输的测量电压信号并将采集的电压信号放大，且运放模块(5)将放大的电压信号传输至单片机控制器(6)内，单片机控制器(6)将接收的电压模拟信号转化为数字信号并进行分析计算，单片机控制器(6)并将分析计算后的数据上传至上位机(7)，操作者可在上位机(7)中查看测量试样(9)的裂纹扩展长度数据，单片机控制器(6)的分析计算公式为： a＝15.153u2+83.408u+3.2361 其中，a为测量试样(9)的裂纹扩展长度且单位为mm，u为测量试样(9)的电压信号数据且单位为μV；测量试样(9)的裂纹扩展数据测量完毕。 7.一种对权利要求4所述测量系统的裂纹扩展测量准确度进行检验的检验装置，其特征在于：包括固定有多个检验试样的固定片裂纹长度变化系统(3)和用于控制检验试样测量次序的单片机与继电器组控制模块(4)，所述单片机与继电器组控制模块(4)与固定片裂纹长度变化系统(3)连接且用于选择需要输出电压信号的检验试样，所述电流输出导线(10-1)和电流输入导线(10-2)均与固定片裂纹长度变化系统(3)中的检验试样连接且把直流翻转电路(2)翻转后的电流信号分别传输至固定片裂纹长度变化系统(3)中的检验试样内，所述单片机与继电器组控制模块(4)的输出端与电压连接线(11)连接且将检验试样的电压信号传输至运放模块(5)。 8.按照权利要求7所述的检验装置，其特征在于：所述固定片裂纹长度变化系统(3)包括十个检验试样和五个接线端子，所述五个接线端子均为四位接线端子，所述五个接线端子分别为接线端子1、接线端子2、接线端子3、接线端子4和接线端子5，所述十个检验试样均为304钢检验试样，所述十个检验试样的裂纹扩展长度均已知且根据裂纹长度由短到长依次排列，所述检验试样1的裂纹长度最短且检验试样10的裂纹长度最长，所述电流输出导线(10-1)的另一端与检验试样1的裂纹面一侧点焊连接，所述检验试样1的裂纹面另一侧与检验试样2的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样2的裂纹面另一侧与检验试样3的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样3的裂纹面另一侧与检验试样4的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样4的裂纹面另一侧与检验试样5的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样5的裂纹面另一侧与检验试样6的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样6的裂纹面另一侧与检验试样7的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样7的裂纹面另一侧与检验试样8的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样8的裂纹面另一侧与检验试样9的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样9的裂纹面另一侧与检验试样10的裂纹面一侧用导线点焊连接，所述检验试样10的裂纹面另一侧与电流输入导线(10-2)连接；所述检验试样1的裂纹一侧与接线端子1的前端1号接口连接，所述检验试样1的裂纹另一侧与接线端子1的前端2号接口连接，所述检验试样2的裂纹一侧与接线端子2的前端1号接口连接，所述检验试样2的裂纹另一侧与接线端子2的前端2号接口连接，所述检验试样3的裂纹一侧与接线端子3的前端1号接口连接，所述检验试样3的裂纹另一侧与接线端子3的前端2号接口连接，所述检验试样4的裂纹一侧与接线端子4的前端1号接口连接，所述检验试样4的裂纹另一侧与接线端子4的前端2号接口连接，所述检验试样5的裂纹一侧与接线端子5的前端1号接口连接，所述检验试样5的裂纹另一侧与接线端子5的前端2号接口连接，所述检验试样6的裂纹一侧与接线端子5的后端4号接口连接，所述检验试样6的裂纹另一侧与接线端子5的后端3号接口连接，所述检验试样7的裂纹一侧与接线端子4的后端4号接口连接，所述检验试样7的裂纹另一侧与接线端子4的后端3号接口连接，所述检验试样8的裂纹一侧与接线端子3的后端4号接口连接，所述检验试样8的裂纹另一侧与接线端子3的后端3号接口连接，所述检验试样9的裂纹一侧与接线端子2的后端4号接口连接，所述检验试样9的裂纹另一侧与接线端子2的后端3号接口连接，所述检验试样10的裂纹一侧与接线端子1的后端4号接口连接，所述检验试样10的裂纹另一侧与接线端子1的后端3号接口连接。 9.按照权利要求8所述的检验装置，其特征在于：所述单电机与继电器组控制模块(4)由8路继电器组A、8路继电器组B、8路继电器组C和一个型号为STM32F103C8T6的单片机芯片组成，所述8路继电器A的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A6号引脚、A12号引脚、A11号引脚、A8号引脚、B15号引脚、B14号引脚、B13号引脚和B12号引脚连接，所述8路继电器B的IN1号引脚至IN8号引脚依次分别与单片机芯片的A5号引脚、A4号引脚、B5号引脚、B6号引脚、B7号引脚、B8号引脚、B11号引脚和B9号引脚连接，所述8路继电器C的IN1号引脚至IN4号引脚依次分别与单片机芯片的B10号引脚、B1号引脚、B0号引脚和A7号引脚连接，所述8路继电器组A的VCC端、8路继电器组B的VCC端、8路继电器组C的VCC端均与单片机芯片的5v引脚连接，所述8路继电器组A的GND端、8路继电器组B的GND端、8路继电器组C的GND端均与单片机芯片的GND端连接，所述单片机芯片与运放模块(5)的输入端连接；所述接线端子1的前端3号接口与8路继电器组C的10B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的10A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的1A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的1B的1号引脚连接；所述接线端子2的前端3号接口与8路继电器组C的9B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组C的9A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的2A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的2B的1号引脚连接；所述接线端子3的前端3号接口与8路继电器组B的8B继电器的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的8A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的3A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的3B的1号引脚连接；所述接线端子4的前端3号接口与8路继电器组B的7B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的7A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组A的4A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组A的4B的1号引脚连接；所述接线端子5的前端3号接口与8路继电器组B的6B的1号引脚连接、前端4号接口与8路继电器组B的6A的1号引脚连接、后端1号接口与8路继电器组B的5A的1号引脚连接、后端2号接口与8路继电器组B的5B的1号引脚连接；所述8路继电器组A的1A的2号引脚、8路继电器组A的2A的2号引脚、8路继电器组A的3A的2号引脚、8路继电器组A的4A的2号引脚、8路继电器组B的5A的2号引脚、8路继电器组B的6A的2号引脚、8路继电器组B的7A的2号引脚、8路继电器组B的8A的2号引脚、8路继电器组C的9A的2号引脚和8路继电器组C的10A的2号引脚连接在一起，所述8路继电器组A的1B的2号引脚、8路继电器组A的2B的2号引脚、8路继电器组A的3B的2号引脚、8路继电器组A的4B的2号引脚、8路继电器组B的5B的2号引脚、8路继电器组B的6B的2号引脚、8路继电器组B的7B的2号引脚、8路继电器组B的8B的2号引脚、8路继电器组C的9B的2号引脚和8路继电器组C的10B的2号引脚连接在一起。 10.一种利用如权利要求9所述装置进行检验测量系统对裂纹扩展测量准确度的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将裂纹扩展测量系统和裂纹扩展测量系统的检验装置的电源开关均开启；步骤二、在上位机(7)中设置恒流源(1)的输出恒定直流电流值和输出电压值，上位机(7)将设定恒定直流电流值命令通过单片机控制器(6)的数据发送接端传输至恒流源(1)的数据接收接端，恒流源(1)输出上位机(7)设定的恒定直流电流，恒定直流电流传输至直流翻转电路(2)，直流翻转电路(2)在单片机控制器(6)的控制下不停翻转电流方向，不停翻转的恒定直流电流通过电流输出导线(10-1)传输至固定片裂纹长度变化系统(3)的十个检验试样内，并经过电流输入导线(10-2)流回直流翻转电路(2)中，十个检验试样为已知裂纹长度的检验试样且十个检验试样的裂纹长度均不相等；步骤三、单片机与继电器组控制模块(4)的单片机芯片根据接通试检验试样1回路的指令控制对应的8路继电器组将检验试样1的电压信号回路接通并将电压信号传输至运放模块(5)，运放模块(5)将采集的电压信号放大后将电压信号传输单片机控制器(6)内，单片机控制器(6)将接收的模拟电压信号转化为数字信号并进行分析计算，单片机控制器(6)将分析计算后的数据上传至上位机(7)，操作者可在上位机(7)中查看检验试样1的裂纹扩展长度数据，单片机控制器(6)的分析计算公式为： a＝15.153u2+83.408u+3.2361 其中，a为检验试样的裂纹扩展长度且单位为mm，u为测量的检验试样的电压信号数据且单位为μV；步骤四、重复步骤三分别完成检验试样2到检验试样10的数据采集；步骤五、将采集的检验试样1到检验试样10的数据分别与对应检验试样的已知的裂纹数据进行比对，通过比对十个检验试样的测试数据与已知裂纹数据之间的关系来检验裂纹扩展测量系统的测量准确度。
所属类别：	发明专利