[發明專利]一種頻率可調式超聲變幅器

有效

• 申請號: 201711159599.3
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107703214B
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 張梁;王弘
• 申請（專利權）人: 西南石油大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;B06B1/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種超聲波疲勞試驗領域用的頻率可調式超聲變幅器。它解決超聲疲勞試驗中位移放大器固有頻率不能根據試驗需求進行調整的問題。其技術方案是：定位桿和固定座用螺釘固緊；上調頻總成上端和超聲波換能器下端用螺柱a固緊，上調頻總成下端和定位桿上端用螺柱b固緊；下調頻總成上端和定位桿下端用螺柱c固緊，下調頻總成下端和變幅桿上端用螺柱d固緊；變幅桿下端和試件上端用螺柱e固緊；上調頻總成和下調頻總成的固有頻率為20kHz，并在一定帶寬范圍內可以調整；上調頻總成、定位桿、下調頻總成、變幅桿和試件的軸向長度均為半個波長。本發明可以調整上調頻總成和下調頻總成的固有頻率，克服了常規整體式位移放大器的缺陷。

技術領域

本發明涉及一種超聲波疲勞試驗領域用的頻率可調式超聲變幅器。

背景技術

超聲疲勞是一種加速共振式的疲勞試驗方法，它的測試頻率(20kHz)遠遠超過了常規疲勞測試頻率(小于200Hz)。1950年Masion基于壓電致伸縮原理并利用高能超聲波諧振技術建立了超聲疲勞試驗方法，開辟了超聲振動技術在材料疲勞損傷與循環壽命研究領域的新陣地。超聲疲勞的實質是在被加載式樣上建立機械諧振波。

常規疲勞試驗僅能完成10⁶～10⁷周次范圍內材料的疲勞性能，然而在許多工業部門(例如高速列車、汽車、飛機等)，其某些結構和零件的實際使用壽命往往需要達到10⁸～10¹⁰周次，例如一臺以3000r/min運行的高速航空渦輪發動機在20年服役期內要經歷10¹⁰個應力循環。超聲疲勞試驗研究表明許多工程材料知道10¹⁰周次應力循環后仍然會發生疲勞斷裂，因此10⁷周次的疲勞試驗數據進行疲勞強度設計并不能滿足很多工程實際需求。然而利用常規疲勞試驗方法，加載頻率為100Hz，完成一次10⁹周次循環的疲勞試驗需要連續運動115天，顯然浪費大量財力人力，并且常規疲勞試驗機不可能如此長周期連續運行；如果使用超聲疲勞試驗技術，加載頻率為20kHz，同樣完成一次10⁹周次循環的疲勞試驗僅需運行14個小時，可以順利建立一條10⁹周次循環的S-N曲線。

超聲疲勞試驗的核心元件是超聲波換能器和位移放大器，超聲波換能器實現電信號轉換成機械振動信號，位移放大器可以放大來自換能器的振動位移振幅，使試件獲得試驗需要的應變振幅。而位移放大器和試件要實現共振，二者結構參數必須滿足超聲波換能器振動信號的要求，其自身固有頻率必須和超聲波換能器振動信號頻率一致。影響位移放大器和試件固有頻率的參數包括質量，結構幾何尺寸，密度，邊界約束，目前使用的位移放大器和試件的相關技術參數經過理論計算進行設計后，在試驗前還必須調試修正，軸向長度滿足半個波長要求，最后才能進行超聲波疲勞試驗。目前的位移放大器均設計為整體式結構，其調整修正必須上機床再次加工，操作復雜，累計加工誤差大；在試件設計過程中，理論固有頻率和實際固有頻率始終會有一定偏差，并且在實驗過程中，隨著試件內部產生裂紋導致試件固有頻率改變，這時應該調整位移放大器固有頻率，使其固有頻率始終和試件固有頻率一致，然而實際試驗中位移放大器為整體式結構，試驗過程中不可能再次調整位移放大器固有頻率，導致試驗誤差進一步增大，難以準確測試試件的真實疲勞特性。

基于上述技術背景，本發明特提供一種頻率可調式超聲變幅器，可以方便地修正位移放大器的固有頻率，提高超聲疲勞試驗的準確性。

發明內容

本發明的目的是：為了解決超聲疲勞試驗中位移放大器固有頻率不能根據試驗需求進行調整的問題，特提供一種頻率可調式超聲變幅器。