本實用新型屬于材料性能分析技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種測試系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于聲發(fā)射信號檢測分析材料摩擦性能的測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

制動摩擦材料在各種運動機械和裝備中應(yīng)用廣泛，起到傳動、制動、減速等作用。由于運動機械和裝備的不同，摩擦副的對偶材料也不同，在制動過程中摩擦磨損性能不僅取決于摩擦材料本身，而且和對偶材料也有很大關(guān)系。以往的研究為了達到制動過程的要求，往往將大量的精力集中在摩擦材料本身的提高上，而對對偶材料的研究較少。

眾所周知，對偶材料是指與摩擦材料構(gòu)成摩擦副的配偶材料?，F(xiàn)有的用于分析對偶材料摩擦學性能的方法多是選擇一種摩擦材料，不同的對偶材料，分別進行摩擦磨損性能的測試，測得摩擦因數(shù)和磨損率，從而為對偶材料的選擇提供依據(jù)。然而，這種分析方法只是從摩擦因數(shù)和磨損率這些指標來評判對偶材料的摩擦性能，不夠全面，無法對對偶材料的摩擦性能進行動態(tài)監(jiān)測。

材料或構(gòu)件在受力過程中產(chǎn)生變形或裂紋時，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象，稱為聲發(fā)射。利用接收聲發(fā)射信號，對材料或構(gòu)件進行動態(tài)無損檢鍘的技術(shù)，稱為聲發(fā)射技術(shù)。聲發(fā)射技術(shù)已成為實驗應(yīng)力分析的一種有力工具，例如在斷裂試驗中，可用來檢測裂紋和研究腐蝕斷裂過程，以及監(jiān)視構(gòu)件的疲勞斷裂擴展情況等。聲發(fā)射技術(shù)還可以用于評價構(gòu)件的完整性，判斷結(jié)構(gòu)的危險程度。聲發(fā)射無損檢測技術(shù)現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于工程中，具有很好的應(yīng)用前景。因此，為了更全面地對對偶材料的摩擦性能進行評定，可以利用聲發(fā)射技術(shù)采集摩擦材料與對偶摩擦件之間的摩擦聲信號，結(jié)合信號分析方法，對摩擦聲信號進行分析，獲得其頻譜圖，從而實現(xiàn)對偶材料摩擦性能的評定。

申請?zhí)枮?01610077798.9的中國專利公開了一種互為基準法預修硬脆材料摩擦副的高速摩擦測試方法，先將硬脆材料制成的摩擦盤進行背襯，采用互為基準法對該摩擦盤和背襯進行處理，達到測試所需的表面質(zhì)量與平行度要求；隨后將對磨工具裝夾在連有力反饋裝置的夾具上，進行球-盤測試、銷-盤測試等摩擦測試，摩擦盤以指定轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，對磨工具與摩擦盤接觸且兩者間壓力恒定在測試設(shè)定值，測試至設(shè)定時間結(jié)束，測量系統(tǒng)在此過程中采集摩擦力、聲發(fā)射信號等物理量。其中，所述的測量系統(tǒng)為測力和聲發(fā)射系統(tǒng)，包括相互信號連接的測力儀、聲發(fā)射系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集卡和信號放大器；所述對磨工具與測力儀和聲發(fā)射系統(tǒng)相連接。然而，上述專利對于聲發(fā)射系統(tǒng)并沒有明確指出，即具體用什么傳感器采集聲發(fā)射信號，關(guān)于如何從聲發(fā)射信號進行后續(xù)摩擦性能的分析，該專利并沒有公開具體的解決辦法。相比于上述專利，本實用新型采用PVDF壓電薄膜傳感器，作為一種動態(tài)應(yīng)變傳感器，其具有薄，質(zhì)軟，柔軟，可以探測細微的信號，且及其耐用，可以經(jīng)受數(shù)百萬次的彎曲和振動，另外價格經(jīng)濟；其次，由于PVDF傳感器能夠探測細微的信號，因此本實用新型并不局限于高速摩擦，即便是低速的細微摩擦信號，仍然能夠探測到；同時，本實用新型的測試條件比較簡單，操控更加便捷；再者，本實用新型采用摩擦聲發(fā)射信號處理系統(tǒng)，能夠?qū)r域信號轉(zhuǎn)換到頻域分析，通過頻譜直觀反映摩擦性能的優(yōu)劣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，測試精度高，能全面測量對偶材料摩擦性能的基于聲發(fā)射信號檢測分析材料摩擦性能的測試系統(tǒng)。

本實用新型的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于聲發(fā)射信號檢測分析材料摩擦性能的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一上一下水平設(shè)置且可相對往復移動的第一夾持器及第二夾持器、設(shè)置在第二夾持器上的壓電傳感器、與壓電傳感器依次電連接的信號放大器、信號采集器以及信號處理器，所述的第一夾持器、第二夾持器上分別固定有待測試對偶樣品A及對偶樣品B，所述的壓電傳感器接收對偶樣品A與對偶樣品B之間的摩擦聲發(fā)射信號，并將該摩擦聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)信號放大器放大后，傳送至信號采集器，經(jīng)信號采集器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳送至信號處理器中，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得摩擦聲發(fā)射信號的頻譜圖。

所述的壓電傳感器為PVDF壓電薄膜貼片傳感器。

所述的壓電傳感器通過粘結(jié)劑固定在第二夾持器的正中央。

所述的第一夾持器、第二夾持器分別與水平設(shè)置的第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸傳動連接，所述的第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸分別帶動第一夾持器及第二夾持器相對反向移動。

所述的第一夾持器上設(shè)有激光發(fā)射器，所述的第二夾持器上設(shè)有與激光發(fā)射器相適配的激光測距傳感器，該激光測距傳感器通過電路依次與信號放大器、信號采集器以及信號處理器相連接。

所述的對偶樣品B固定在壓電傳感器的正中央位置處，對偶樣品A與對偶樣品B的初始相對位置應(yīng)保證兩者的接觸面積盡可能大。

所述的信號處理器基于信號分析方法通過對采集到的對偶材料間的摩擦聲發(fā)射信號進行處理，如運用小波、獨立成分分析等進行去噪處理，運用希爾伯特黃變換或快速傅里葉變換等進行譜分析，獲得其譜圖，從而獲知對偶材料的摩擦性能。

本實用新型中，待測試材料為對偶材料，須為摩擦材料的對偶件，形狀不限，摩擦材料和對偶材料間的摩擦運動方式不限。在實際測試時，對偶材料之間相互摩擦，摩擦方式不限，從而產(chǎn)生摩擦的聲發(fā)射信號。PVDF壓電薄膜貼片傳感器將接收到的聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)信號放大器放大后，傳送至信號采集器，經(jīng)信號采集器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳送至信號處理器中，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得摩擦聲發(fā)射信號的頻譜圖。

本實用新型所采用的信號傳輸電路為低噪聲信號傳輸電纜。

本實用新型系統(tǒng)的工作原理為：

將待測試的對偶樣品A與對偶樣品B分別固定在第一夾持器、第二夾持器上，然后通過激光測距傳感器調(diào)整對偶樣品A與對偶樣品B之間的相對間距至設(shè)定值，啟動第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸分別帶動第一夾持器及第二夾持器相對反向移動，從而使得對偶樣品A與對偶樣品B相互摩擦，此時，壓電傳感器接收對偶樣品A與對偶樣品B之間的摩擦聲發(fā)射信號，并將接收到的聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)信號放大器放大或預處理后，通過信號傳輸線傳輸給信號采集器，由信號采集器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過信號傳輸通道傳輸給信號處理器，信號處理器運用信號處理軟件對接收的電信號進行小波、獨立成分分析等去噪預處理，運用希爾伯特黃變換、快速傅里葉變換等得到信號的頻譜圖，從而獲知對偶材料的摩擦性能。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，通過壓電傳感器接收對偶樣品之間因相互摩擦而產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，檢測靈敏度高，再通過信號處理方法進行分析，獲得摩擦聲發(fā)射信號的頻譜圖，實現(xiàn)對偶材料摩擦性能的更加全面、科學地評定，保證了測試的精度和準確性，為摩擦對偶材料的設(shè)計、加工等提供依據(jù)。

附圖說明

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中標記說明：

1—第一夾持器、2—第二夾持器、3—壓電傳感器、4—信號放大器、5—信號采集器、6—信號處理器、7—對偶樣品A、8—對偶樣品B。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細說明。

實施例：

如圖1所示，一種基于聲發(fā)射信號檢測分析材料摩擦性能的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一上一下水平設(shè)置且可相對往復移動的第一夾持器1及第二夾持器2、設(shè)置在第二夾持器2上的壓電傳感器3、與壓電傳感器3依次電連接的信號放大器4、信號采集器5以及信號處理器6，第一夾持器1、第二夾持器2上分別固定有待測試對偶樣品A7及對偶樣品B8，壓電傳感器3接收對偶樣品A7與對偶樣品B8之間的摩擦聲發(fā)射信號，并將該摩擦聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)信號放大器4放大后，傳送至信號采集器5，經(jīng)信號采集器5進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳送至信號處理器6中，再經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲得摩擦聲發(fā)射信號的頻譜圖。

其中，第一夾持器1上設(shè)有激光發(fā)射器，第二夾持器2上設(shè)有與激光發(fā)射器相適配的激光測距傳感器，該激光測距傳感器通過電路依次與信號放大器4、信號采集器5以及信號處理器6相連接。壓電傳感器3為PVDF壓電薄膜貼片傳感器。壓電傳感器3通過粘結(jié)劑固定在第二夾持器2的正中央。

第一夾持器1、第二夾持器2分別與水平設(shè)置的第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸傳動連接，第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸分別帶動第一夾持器1及第二夾持器2相對反向移動。

所述的對偶樣品B固定在壓電傳感器的正中央位置處，對偶樣品A與對偶樣品B的初始相對位置應(yīng)保證兩者的接觸面積盡可能大。

所述的信號處理器基于信號分析方法通過對采集到的對偶材料間的摩擦聲發(fā)射信號進行處理，如運用小波、獨立成分分析等進行去噪處理，運用希爾伯特黃變換或快速傅里葉變換等進行譜分析，獲得其譜圖，從而獲知對偶材料的摩擦性能。

本實施例所采用的信號傳輸電路為低噪聲信號傳輸電纜。在實際測試時，先將待測試的對偶樣品A7與對偶樣品B8分別固定在第一夾持器1、第二夾持器2上，然后通過激光測距傳感器調(diào)整對偶樣品A7與對偶樣品B8之間的相對間距至設(shè)定值，啟動第一驅(qū)動氣缸、第二驅(qū)動氣缸分別帶動第一夾持器1及第二夾持器2相對反向移動，從而使得對偶樣品A7與對偶樣品B8相互摩擦，此時，壓電傳感器3接收對偶樣品A7與對偶樣品B8之間的摩擦聲發(fā)射信號，并將接收到的聲發(fā)射信號轉(zhuǎn)化為電信號，經(jīng)信號放大器4放大或預處理后，通過信號傳輸線傳輸給信號采集器5，由信號采集器5進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，通過信號傳輸通道傳輸給信號處理器6，信號處理器6運用信號處理軟件對接收的電信號進行小波、獨立成分分析等去噪預處理，運用希爾伯特黃變換、快速傅里葉變換等得到信號的頻譜圖，從而獲知對偶材料的摩擦性能。

上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用實用新型。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本實用新型不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實用新型的揭示，不脫離本實用新型范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。