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毕业论文中文题目 应用于精密机械隐患检测智能传感器研制 英文题目 research of smart mechanoluminescent sensor for detection of mechanical false系 别： 机械工程系年级专业： 材料成型及控制工程姓 名： 学 号： 指导教师： 职 称： 讲师2011年 5 月 27 日毕业论文诚信声明书本人郑重声明：在毕业论文工作中严格遵守学校有关规定，恪守学术规范；我所提交的毕业论文是本人在 指导教师的指导下独立研究、撰写的成果，论文中所引用他人的文字、研究成果，均已在论文中加以说明；在本人的毕业论文中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改实验数据。本论文和资料若有不实之处，本人愿承担一切相关责任。学生签名： 2011年 月 日目 录摘要和关键词1前言21 现代诊断技术的分析 .21.1 振动法.21.2 冲击能量与冲击脉冲测定法.31.3 超声波探伤法.41.4 射线探伤法.51.5 激光全息检测法.51.6 微波检测法.61.7 渗透探伤法.61.8 光纤内窥技术.71.9 油液分析技术.72 机械发光的研究与展望 93 选题的意义及研究思路 114 实验部分.124.1 试剂.124.2 主要仪器及信息.124.3 实验过程.134.3.1 sral2o4:eu2+，ho3+薄膜的制备 前期的计算. 实验药品的称量. 高温固相法烧结以及还原离子制备粉末. 研磨后初步观测. 将粉体与高弹性树脂混合制备薄膜.154.3.2 机械隐患模拟的设计165 结果与讨论.175.1 xrd图及其分析.175.2 sem形貌.185.3 红外光谱图.195.4 发光薄膜的改性及其发光情况的观察.195.5 发射光谱和激发光谱图.215.6 机械隐患的模拟及机构原理说明.225.6.1 侧面撞击模拟 .235.6.2 竖直撞击模拟 .245.6.3 机械摩擦模拟 .25结论.26致谢 27参考文献 28应用于精密机械隐患检测智能传感器研制学 生：应晨敏指导老师：付晓燕（厦门理工学院机械工程系，厦门 361024）【摘 要】：利用发光材料sral2o4:eu2+所具有的机械发光性能动态的检测出各种基板在使用过程中产生的机械变形，并且研制出了这种检测方法的传感器。这套传感器具有较好的灵敏度，在微弱光的环境下依然能够探测出基板的机械变形。同时，实验还通过对传感器薄膜的改性，使得薄膜与检测体的贴合具有更加的针对性。这种新颖的现代诊断技术可以用于各个领域，如精密仪器检测、桥梁检测等。【关键词】： 发光材料,机械变形,高灵敏度传感器,薄膜改性research of smart mechanoluminescent sensor for detection of mechanical falsestudent：yingchenmintutor：fuxiaoyan(department of mechanical engineering, xiamen university of technology, xiamen, 361024, china)【abstract】:we uselight-emittingmaterialsral2o4:eu2+ and its mechanical luminescent performance to detect the mechanical deformation of various substrates. and we havedevelopeda film sensorby thisdetection method. thesensorhashigh sensitivity and it can still well detect themechanical deformation even under the faint light environment. at the same time.,the film sensorswere modified in order to improved their property.this novelof moderndiagnostic techniquescan be used invarious fields. for example, sophisticateddetection equipment,bridge inspection, etc.【keywords】:light-emittingmaterials, mechanicaldeformation,high-sensitivitysensors,film modified前言在最近几十年,科技进步所取得的重大成果,无不与制造技术,尤其与精密加工技术密切相关。在某种意义上看,精密加工担负着支持最新科学发现和发明的重要使命。精密加工技术在航天运载工具、武器研制、卫星研制中有着极其重要的作用1。随着科技的日益发展，对各种高精度的尖端设备的需求逐渐增加，这也对加工这些设备的机械要求越来越高2-5。对于高精度机械来说，一些违规操作或长时间使用造成的裂纹、缺陷以及破损等都极大的降低了所加工器件的精确度以及机床的使用寿命，这给实际生产带来了极大的损失。特别是对于一些高精密车刀来说，在操作过程中微小失误就可以造成车刀本身的一些细小损坏，通常这些隐患是不能通过眼睛观察来发现；而如果使用一些高精密设备，如扫描电镜、台阶仪以及原子力显微镜等来进行观测，一方面会大大增加设备的使用成本，另一方面也不能实现机械运行过程中实时在线的监测。因此，如何能够有效实时地在线检测高精度机床中存在的故障是一个很重要的课题。1 现代诊断技术的分析近几年来国内外的机械故障诊断技术发展迅速，研究的手段和方法日新月异，特别是在精密机械领域内已取得了较好的应用效果。对于一些常见的故障，可以采用查看损伤、变形、听机械运转时的声音等来判断机械是否存在故障6。这些方法能够给出迅速的直观的诊断，但诊断结果粗糙准确度低，对于精密机械中微小隐患则不能给与准确地诊断，延误了修理时机。因此，更为先进的现代诊断技术成为研究的热点7-10。下面是一些常见的机械故障诊断技术和方法及它们的优缺点。1.1 振动法振动分析技术日渐成熟，已广泛运用到设备管理中。特别是冶金工业领域应用的更为广泛，其主要的观测方法有：（1）振幅值诊断法。这里所说的振幅值指峰值xp、平均值x（对于滚动轴承来讲，应是加1k高通后测得的值）。峰值表示的为某一时刻振幅的最大值，因而它就是像表面点蚀损伤之类的具有瞬时冲击的故障。（2）波形指标诊断法。波形指标定义为峰值与均值之比（xpx）。该值用于精密机械简易诊断的有效指标之一。当xpx过大时，表明精密机械可能有点蚀；而xpx值过小时，则有可能发生了磨损。（3）峰值指标诊断法。峰值指标定义为峰值与均方根值之比（xpxrms）。该值用于精密机械简易诊断的优点在于它不受被测物体尺寸、载荷等因素的影响，也不受传感器、放大器变化的影响。该值用于点蚀类故障的诊断，通过对峰值指标随时间变化趋势的检测，可以有效地对精密机械进行早期预报，并能反应故障的发展变化趋势。当精密机械无故障时，峰值指标为一个较小的稳定值，一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号，振动峰值明显增大，但此时均方根值尚明显的增大，故xpxrms增大；故当故障不断扩展，峰值逐渐达到极限值后，均方根值则开始增大，xpxrms逐步减小，直至恢复到无故障的大小。图1-1 美铝渤海公司采暖给水泵检测报告的频谱图许多故障的振动信号表现为幅度调制，一般其载波信号是系统自由振荡信号及各种干扰信号频率，所以振动法在检查中很容易出现信号干扰，出现诊断的不精确11。1.2 冲击能量与冲击脉冲测定法冲击脉冲法从本质上说属于振动诊断的范围,但在实施步骤和判别方法上区别于其他的振动法12。我们以滚动轴承为例，高速运转的滚动轴承,承受着整个转子的动、静载荷,工况比较复杂。因此,对轴承的质量、运转条件都有很高的要求。轴承的每一种缺陷,如滚动体疲劳磨损、滚道磨损,保持架变形或者断裂,轴承内圈与轴和外圈与轴承座配合的松动产生的摩擦,以及润滑不良等,都可能在轴承振动信号中反映出来。滚动体的冲击也会产生宽带高频冲击脉冲振动,冲击脉冲形成压缩波传递给轴承座,振动信号通过检测传感器采集送到数据采集仪,显示出轴承的高频冲击脉冲,据此判断轴承的状态13。通过轴承故障诊断仪的设定,使仪器的示值仅与轴承的损伤程度有关,不同型号的滚动轴承,只要测定dbc和dbm两个值,就可以判断被测轴承是否存在故障以及故障程度。在测试前,需要掌握轴承的转速和内径。图1-2 轴承润滑不良的dbc和dbm的比较图采用轴承故障诊断仪诊断滚动轴承故障,只能判别轴承的总体状态,以及损伤的严重程度,却无法确定故障元件。如果将轴承故障诊断仪与频谱分析结合使用,诊断的准确性将得到保证14。1.3 超声波探伤法超声检测是一种重要的无损检测技术，超声波的特点是传播能量大、方向性好，而且在介质内传播过程中遇到缺陷时会产生界面发射或者引起声速和能量衰减的变化，利用这一特性就可以达到检测缺陷的目的。近年来，超声检测技术在工业中的应用越来越普遍，且正在向定量化和无损评价(nde)的方向发展。目前，超声检测是发现构件内部裂纹类缺陷最灵敏的技术之一。但现场检测条件的复杂性和超声检测设备的局限性，使现场探伤仍然以检测波形为主，即通过传感器位置与信号波形的关系判断和评定缺陷。当工件结构复杂或材质特殊时，识别缺陷信号愈加困难，完全依赖于检测人员的实际经验和技术水平15。图1-3 超声波检测图1.4 射线探伤法射线探伤是利用射线能穿透非透明物质，并在物质中具有一定的衰减规律来发现被探件内部缺陷的一种无损探伤方法。射线探伤方法较多：按射线源种类不同可分为：x射线探伤；射线探伤；高能x射线探伤。按显示缺陷的方法可分为：照相法探伤；电离法探伤；荧光屏观察法探伤和工业电视法探伤。通常使用的射线探伤机就是便携式x射线机，其特点是便于搬运和现场调整，结构轻便、牢固，质量可靠，在工业中得到了广泛的使用。因此，在提高检验的工作效率、保护检验人员不受辐射的伤害，这种探讨x射线照相法探伤的检验方法，具有着现实的意义。我们知道，射线作用于人体时由于电离作用，将造成人体细胞、组织、器官等的损伤，引起病理反应，即产生生物效应。进而使人体发生一系列生物化学变化，造成代谢紊乱，机能失调以及病理形态等方面的改变，甚至造成死亡16。1.5 激光全息检测法用激光全息干涉计量技术测量微小机械变形或位移,通常用的是单参考光两次曝光全息干涉法,已在科研和工业中得到广泛的应用。这种全息技术所基于的理论已十分成熟17。图1-4 光路系统示意图但该方法有一个明显的局限性,即全息干涉图的记录与两次曝光的先后次序无关,两次曝光全息图再现的两个像重叠在一起,图层是合并的,不可分离,由此形成的两次曝光全息干涉图上的干涉条纹不会移动,故这类干涉图没有机械变形方向或位移方向的信息,因此只能测量位移或变形的数值,而不能用于确定物体的机械变形方向或位移方向。1.6 微波检测法微波是无线波中波长最短的波段，频率为30 mhz-300 ghz。利用微波透射过电介质物质后，产生的能量损耗，功率变化及微波信号参数（幅度、相位、频率）的改变信息，可以检测出精密机械的故障。而电介质物质对微波的吸收、穿透和反射性能主要取决介电常数。所以介子的好坏会影响检测的结果，不同精密机械需要的介质也不同，不能达到要求的检测与预防的作用18。1.7 渗透探伤法渗透探伤是以物理学中液体对固体的润湿能力和毛细现象为基础，先将含有染料且具有高渗透能力的液体渗透剂，涂敷到被检工件表面，由于液体的润湿作用和毛细作用，渗透液便渗入表面开口缺陷中，然后去除表面多余渗透剂，再涂一层吸附力很强的显像剂，将缺陷中的渗透剂吸附到工件表面上来，在显示剂上便显示出缺陷的迹痕，通过迹痕的观察，对缺陷进行评定。渗透探伤作为一种表面缺陷探伤方法，可以应用于金属和非金属材料的探伤，如钢铁材料、有色金属、陶瓷材料和塑料等表面开口缺陷都可以采用渗透探伤进行检验。形状复杂的部件采用一次渗透探伤可做到全面检验。渗透探伤法有分成好几种，表1-1列出它们的分类及其优缺点19；表1-1 渗透探伤的分类及优缺点由表1-1，我们可以得知，从材料、检测结果、应用范围和成本等方面考虑，渗透探伤法无法达到精密机械隐患的实时检测要求。1.8 光纤内窥技术光纤内窥镜主要是对产品内腔多余物和内表面缺陷的进行定性、定量检测方法的研究。以裂纹为例，裂纹是对任何机械产品质量影响最严重的一种缺陷，对外表面裂纹的检测，用磁粉探伤和渗透探伤方法可以很好地得到解决。但内表面裂纹的检测却是一个较难解决的问题。一些开口较宽的裂纹用肉眼和内窥镜进行观察或检测可以发现；但对于微裂纹或发纹则很难凭肉眼和内窥镜的观察来发现。经过多次反复试验发现，由于用内窥镜进行检测时，内窥镜对缺陷有一定的放大作用，对于开口宽度大于0.1mm左右的裂纹在内窥镜镜头观察角度以及探头与裂纹缺陷距离合适的情况下，可以实现检测目的。图1-5为用内窥镜检测到的某产品内腔表面裂纹。图1-5某产品内腔表面裂纹可是，一般情况下，对于内窥镜检查出的细纱、细丝状非金属多余物和一些其它细小的脏物，均采用多次拉除或吹除的方法排除，而不进行破坏检查。因此，更多检查到的细小多余物无法进行测量尺寸与实际尺寸的对比20。1.9 油液分析技术随着现代工业的发展,对设备维修日渐得到重视。视情维修作为先进的维修技术,已经被广泛应用于各个领域,在机械设备的状态监测与故障诊断中发挥了重要作用21。油料发射光谱分析技术是油液监测技术中的重要方法之一,具有检测速度快、反应灵敏度高等优点,已经成为监测设备运行状态的基本手段。应用光谱技术主要通过监测油料中各种不同磨损元素含量的变化,确定磨损元素在设备运行中的正常值、警告值、危险值(即光谱数据分析界限值)22-23,针对设备不同运行工况对设备采取措施。为更加深入挖掘数据,研究光谱分析结果反应的详细信息,通过以某型船机电设备为研究对象,运用光谱分析技术对其长期监测,分析挖掘了其中包含的摩擦学信息。下面是船舶数据分析的一个实际例子；检测仪器用美国超谱m型油料发射光谱仪,包括:标准油、盘电极和棒电极等消耗品。辅助设备:水浴振荡器、超声波振荡器、台式干燥箱、电子天平(测量精度0. 0001 g)、容量为125 ml和1000 ml的油样玻璃瓶、实验室品级的纸巾和一次性移液管等,仪器在检测之前都进行完全标准化与标准化检查,确保检测结果的准确一致性。图1-6 支点数据图图1-6统计的是此型船大轴支点轴承从2006年9月起到2008年5月fe元素光谱分析结果共计72个。通过此方法判断船舶主机、大轴轴承、舵机等其他主要机电设备光谱正常值、警告值、异常值如表1-2所示。表1-2 主要设备光谱数据界限值设备主要磨损元素正常值警告值异常值船舶主机cu32.865.097.2fe12.720.728.7cu大轴轴承fe29.644.058.4sn11.322.533.7舵机cu51.580.7109.9fe30.751.472.1由于机械设备工作环境的差异,监测条件也不同,且设备具有独立性与复杂性的特点,因此现在光谱检测还没有统一的检测标准，所以标准数据在未知的情况下无法查询24。上述一系列技术和方法开发成功，基于此也开发了一系列应用于机械故障诊断的传感器，并在实际应用中取得了良好的效果，保障了精密机械的正常运行。但这些现代诊断技术仍然存在一些缺点，如大部分方法只能提供离线的监测，不能对精密机械运行中的突发事故给以预警；同时，目前的诊断手段多是进局部行检测，而很难对大型精密机械进行在线的大面积诊断；此外大部分传感器的造价均极其昂贵，从而导致目前这些传感器难以大量应用于实际工程中。而我们拟研究的基于应力发光薄膜的诊断机械故障的传感器恰好可以弥补这些缺点。2 机械发光的研究与展望应力发光指发光颗粒通过形变的方式将机械能转化为可见光的一种新型发光现象25。由机械压力作用于固体而导致其发光的现象叫摩擦发光, 英文为tribolum inescence (缩写tl )。从广义上讲, 也可称为机械发光(mechanoluminescence)。用于激发tl 的机械能有多种形式。如热震动, 它可以产生应力、 裂纹和晶体相变; 迅速结晶,它也可以产生应力和裂缝; 还有由碰撞、 摩擦晶体而产生的各向异性压力和流体在固体表面运动等。大量的研究表明，应力发光的特性是其发光强度与受力物体的形变成正比关系，这样物体内部的破损等产生的形变就可以用应力发光的强弱来指示26,27。为了让应力发光能够更好地反映出物体受力时的形变情况，通常将发光体做成薄膜覆盖到被测物体的表面。日本产业综合研究所xu等率先通过合成高配向性的zns:mn应力发光薄膜，成功的将陶瓷在摩擦以及撞击过程中的形变可视化（见图2-1）28。同时，其课题组进一步的研究表明应力薄膜的方法可以将铝板等内部缺陷可视化；并且通过研究应力发光强度与物体的关系，可以将物体的破损程度定量，从而实现了用应力发光薄膜对物体内部缺陷等进行预测 29。更为重要的是美国nebraska大学的saraf等的研究表明纳米级的应力发光薄膜能够对微小的应力形变产生响应 30。所有这些研究成果表明采用应力发光薄膜的方法能实时在线得将精密机械故障可视化，从而实现对故障的准确诊断和预测，防患于未然。图2-1 高配向性zns:mn薄膜的撞击和摩擦发光照片26作为一种新兴的传感器，应力薄膜发光传感器的研制仍然存在很多困难。首先硫化物（zns,cds）的应力发光强度仍然很弱，远远达不到应用的要求；发展新的应力发光薄膜材料势在必行。xu和yamada的结果表明基质结构对称性差、具有一定压电性能的发光材料通常具有较强的应力发光。sral2o4: eu是常见的长余辉发光材料，由于其优良的发光性能和较长的余辉，目前广泛应用于各种荧光标示牌。sral2o4是一种复合氧化物，属于单斜相p21点群，其晶格对称性较差，并且已有的研究表明其具有一定的压电性能，因此eu掺杂的sral2o4具有较强的应力发光，在已经开发的应力发光材料中，其应力发光强度目前是最强的。因此，sral2o4: eu被认为是一种新的有潜在应用价值的应力发光材料。作为一种性能优异的长余辉发光材料，很多科学工作者对其进行了研究。sral2o4:eu2+的激发光谱和发射光谱分别如图2-2、图2-3所示。从图2-2以看出sral2o4:eu2+的激发光谱是一宽带连续谱,存在三个激发峰,峰值波长分别位于325、358、428nm 。波长在250-470nm 的紫外和可见光都可有效地激发材料发光。358nm激发下sral2o4:eu2+的发射光谱如图2-3所示 。材料的发射光谱也为一宽带连续谱 ,峰值波长518nm ,这是典型的eu2+ ,离子的5d-4f 跃迁发射31。图2-2 sral2o4:eu2+激发光谱（em=518nm） 图2-3 sral2o4:eu2+发射光谱（em=358nm） 以实验结构参数(a=8.447a,b=8.816a,c=5.163a, a= b = 9 0) 作为计算初始值， 运用密度泛函理论对长余辉材料的基质 sral2o4 进行了充分优化， 从而得到了sral2o4的晶体结构、能带和分态密度 从能带图出现的特殊现象中，找到了sral2o4能作为长余辉发光材料基质的原因，如图2-432。图2-4 sral2o4晶体态密度分布图，( a )代表总的态密度(tdos) 图， ( b ) ( d ) 分别代表 sr 、al 、o原子的分态密度(pdos) 图从这些调查中，我们了解到在已经开发的应力发光材料中，sral2o4:eu2+是应力发光强度最强的材料，即使在微弱的应力下也能发出明亮的绿光，见图2-533。因此，sral2o4:eu2+被认为是一种新的有潜在应用价值的应力发光材料34。 图2-5 高亮度sral2o4:eu2+应力发光照片3 选题的意义及研究思路综上所述可知，现有的各种机械故障诊断技术有其优点也有其弊端，如无法实现大面积的实时在线的检测等。本课题的研究主要是为了研究一种新颖的可以实时在线对机械故障进行检测的应力发光传感器。采用各种材质为基板，如钢材、铝板、玻璃板等为基板来合成sral2o4:eu2+应力发光薄膜，并检测其各种性质。4实验部分4.1 试剂表4-1 试剂数据物品级别/规格厂家srco3分析纯国药集团化学试剂有限公司al2o3分析纯国药集团化学试剂有限公司eu2o3分析纯国药集团化学试剂有限公司ho2o3分析纯国药集团化学试剂有限公司h3bo3分析纯国药集团化学试剂有限公司乙醇分析纯国药集团化学试剂有限公司e44环氧树脂分析纯国药集团化学试剂有限公司ep固化剂分析纯国药集团化学试剂有限公司4.2 主要仪器及表征方式a仪器名称：程控箱式点炉 型号：sxl1216 厂家：上海精宏实验设备有限公司b仪器名称：alb电子天平 型号：alb124 厂家：赛多利斯科学仪器有限公司c仪器名称：高温节能管式炉 型号：gwl1400g 厂家：洛阳市国炬试验电炉制造有限公司d. 仪器名称：型光子计数器型号：cc969201e. 仪器名称：bioglow荧光灯 型号：bg404.3 实验过程4.3.1 sral2o4:eu2+，ho3+薄膜的制备 前期的计算根据实验的要求，我们所需要的试剂主要有：srco3、al2o3、eu2o3、ho2o3、h3bo3、e44环氧树脂、ep固化剂。通过计算它们分子式来对应的称取上述试剂的质量，即，0.3mol的sral2o4:eu2+，ho3+需要的srco3为4.4065g，al2o3为3.0588g，eu2o3为0.0528g，ho2o3为0.0285g，h3bo3为0.3115g。 实验药品的称量试剂、药品的称量我们用的是alb电子天平，把称量好的试剂混合到研钵中，加入乙醇进行搅拌使它们充分混合（注：在称量、混合以及研磨时都要保证试剂的量不能出现变化，以保证制备的粉体是我们所需要的粉体）。如图4-1所示，左图的为称量的天平，右图搅拌的研钵。图4-1 alb电子天平 高温固相法烧结以及还原离子制备粉体研磨到试剂充分混合以及酒精完全挥发后，将混合好的试剂连同研钵一起放入程控箱式电炉（管式炉）里的刚玉坩埚上，500烧结3小时，利用高温固相反应。冷却后再将其放入高温节能管式炉，在通有h2的真空中进行还原。即得到sral2o4: eu2+，ho3+。图4-2左图为程控箱式电炉，右边为管式炉。图4-2 程控箱式电炉和管式炉 研磨后初步观测由于烧结过后的sral2o4:eu2+，ho3+为呈块状的，所以要在研钵上继续研磨，把块状的sral2o4:eu2+，ho3+研磨成粉末状的。我们用40-50um才能通过的沙漏进行筛选，筛选下来的即是我们所要制备的sral2o4:eu2+，ho3+粉体。如图4-3所示，左图为制备的sral2o4:eu2+，ho3+粉体，右图为沙漏。我们将制备的sral2o4:eu2+，ho3+粉体拿取少部分进行xrd检测，鉴别其是否是我们所需的粉体。图4-3 样品和沙漏我们将制备好的粉体在荧光灯（波长在200400nm）照射下会出现绿光。如图4-4所示，左图为无荧光灯照射，右图为有荧光灯照射。图4-4 样品和荧光激发下的样品 将粉体与高弹性树脂混合制备薄膜对于薄膜的制备，我们选择采用dr.blade法，即涂抹法。我们先选择不同的树脂，将树脂跟固化剂按重量的1:1的比例进行充分的混合。然后再将混合均匀的高弹性树脂与我们制备的sral2o4:eu2+，ho3+粉体按不同的重量比例进行混合。我们设定树脂与固化剂的重量比为1:1，sral2o4:eu2+，ho3+粉体与高弹性树脂的重量比我们设定了1:10，,1:2，1:1，6:4，7:3，这5种比例。接着我们将混合物均匀的涂抹在铝板上，等其冷却72小时后即制备成了sral2o4:eu2+，ho3+薄膜。如图4-5所示；图4-5 薄膜样品将制备好的sral2o4:eu2+，ho3+薄膜进行sem形貌观察。4.3.2 机械隐患模拟的设计通过对各种的机械隐患的了解，我们设计了3种不同的机械隐患，分别为：侧撞击机械变形模拟、竖直撞击机械变形模拟和机械摩擦变形模拟。图4-6是我们绘制的cad示意图，分别是侧撞击、竖直撞击、持续摩擦。图4-6 侧撞击、竖直撞击、机械摩擦5 结果与讨论根据实验的要求我们做了如下的实验及其分析；5.1 xrd图及其分析：图5-1 xrd结果我们对所制作的粉体进行xrd表征，图中横坐标表示的为材料的2角度，纵坐标表示的是强度。从结果中我们可以观察到，xrd表征图与标准图谱图形一致。所制得的样品是纯的sral2o4:eu2+，ho3+的，属于单斜相结构，属于p2/a点群35。5.2 sem形貌：图5-2 sem结果我们对所制得的粉体进行了sem表征，图中左下角为放大倍数，右下角中的比例尺表示的为一小段长度为100um。从结果中可以观察到，图上为采用固相法制备的样品，颗粒粒径相对均匀，粒径在5um左右36。我们就是采用所制备的这些粉体与高弹性树脂混合来制备均匀发光薄膜。5.3 红外光谱图图5-3 红外光谱结果我们对所制备的粉体进行红外表征，图中横坐标表示的为波数。从图中我们可以观察到，在2000cm-1有出现表征的高弹性树脂的红外峰，在500cm-11000cm-1之间有明显的alo4四面体，在明显的做伸缩振动，这个结果表明了sral2o4:eu2+，ho3+粉体很好的混合在高弹性树脂上面。这个实验证明了我们所制备的粉体与高弹性树脂很好的混合在一起，保证了接下来实验数据的准确性。5.4 发光薄膜的改性图5-4-1 样品 图5-4-2 荧光灯照射后的样品图5-4-3 荧光灯照射后3min的样品图5-4-1展示的是我们采用dr.blade法制备的样品的照片，我们采用两种底板，一种是玻璃板，另一种是铝板。同时，我们对所制备的薄膜进行改性。在我们制备的粉体中，我们设计粉体与高弹性树脂的质量比不同，如图5-4-1所示，我们制备的粉体与高弹性树脂的质量比分别为1:10，1:2，1:1，6:4，7:3。通过对树脂的量的改变来实现其改性，使得我们所制得的薄膜的弹性得到改变，实现在不同精密仪器上的隐患检测的效果。图5-4-2展示的是我们采用dr.blade法制备的样品经过荧光灯光照过后在暗室下的照片，从图中可以观察到，发光薄膜表现出明亮的绿色。图5-4-3展示的是我们采用dr.blade法制备的样品经过荧光灯光照过后在暗室下经过了3分钟后的照片，从图中我们可以观察到，3分钟后发光薄膜依然表现出明亮的绿色。这3幅图表明了2个实验结论。首先我们从粉体与树脂的质量比不同来制备发光薄膜，实现了我们在不同精密仪器上的隐患检测的效果。再从图5-4-2和图5-4-3的对比中可以看出，即使是时间过去很久，发光薄膜依然呈现出明亮的绿色，说明这种发光材料能呈现出的机械变形的时间比较的长，有利于出现机械隐患的观察。5.5 发射光谱和激发光谱图：图5-5 发射光谱和激发光谱图5-5为我们制备的发光材料粉体在340nm激发下所测得的发射光谱图，图中横坐标表示的为波长，纵坐标表示为强度。从图中我们可以发现有些规律，在不同粉体与高弹性树脂质量比的薄膜中，以发光粉体为主时，薄膜发光的波长与粉体发光的波长是一致的，但是当树脂超过50%时，薄膜发光会受到影响，逐渐向蓝光区移动，这与我们设计的是不相符的，因此，我们选择粉体占主要部分的发光薄膜。基于此，我们选择在我们所制作的粉体与高弹性树脂按不同质量混合的薄膜中粉体重量占70%的发光薄膜，来用于我们的机械隐患检测的实验，因为薄膜发光的波长与粉体发光的波长是一致的37。5.6 机械隐患的模拟及机构原理说明我们设计了三种的机械发光的模拟装置，分别为侧面撞击模拟、竖直撞击模拟以及摩擦模拟。我们所用到的设备为cc969201型光子计数器，用这个设备来检测所得的信号。5.6.1 侧面撞击模拟图5-6 侧撞击模拟的cad示意图 图5-7 侧撞击的实验数据图5-6是我们设计的侧撞击模拟的cad示意图，装置由3个部分构成。左边为控制部分，由电磁铁的开关动作来控制钢球的吸附与放开动作；中间部分为实验模拟部分，通过钢球钟摆式下落的侧撞击力撞击固定在铁架台上的粉体与高弹性树脂混合的薄膜上，实现模板的机械侧撞击动作；右边为检测部分，通过紧贴在薄膜附近的探针的检测我们模拟的侧撞击给铝板造成的撞击程度。图5-7为cc969201型光子计数器显示的实验数据，横坐标为时间，纵坐标为强度。大概在时间点0.7848s左右时发现了侧撞击，撞击的时间大概为30us。强度大概为0.27左右。从以上的图，我们可以看出采用应力发光薄膜作为传感器可以将撞击过程用光的形式展示，解决了由于撞击过于迅速难以捕获信号的问题，同时由于不同撞击所产生的能量不同，进而导致其所产生的应力发光强度不同，这样就可以采用应力发光的强弱来真是不同的能量的撞击，实现将撞击过程量化。5.6.2 竖直撞击模拟图5-8 竖直撞击模拟的cad示意图图5-9 竖直撞击的实验数据图图5-10 放大化图示图5-8是我们设计的竖直撞击模拟的cad示意图，如图所示，钢球在薄膜的正上方做自由落体运动，撞击到固定在铁架台上的有薄膜的铝板上。撞击所产生的变形我们通过下方的电子探针观测，并把实验的过程数据在电脑上呈现出来。图5-9是我们cc969201型光子计数器显示的实验数据的显示，横坐标是时间，纵坐标是强度。图5-10是图5-9出现波峰的2个点的放大化图示。图中横坐标是时间，纵坐标是强度。由于钢球竖直撞击时会发生回弹，所以出现了2个波峰，而且2个波峰是前面一个的强度大后面一个强度小。这些数据表明，我们同样可以采用应力发光薄膜传感器的方式将垂直撞击用光的形式进行展示，进而最终实现将其可视化。同时利用图中出现的反弹峰的强度，来推算小球弹起的高度，进而我们可以依据这些数据通过相应的公式计算得到被检测物体的弹性。5.6.3 机械摩擦模拟图5-11 机械摩擦的模拟的cad示意图图5-12 机械摩擦的实验数据图5-11是我们设计机械摩擦的模拟的cad示意图，如图所示，上方是一个搅拌器，通过控制搅拌器的运转实现对铝板以及上面的薄膜的机械摩擦情况模拟，我们把检测探针放在上方来观察其在存在机械摩擦的铝板表面薄膜的颜色。图5-12为cc969201型光子计数器里面所出现数据图，左边的为在观察位置处由机械摩擦引起的变形，横坐标为时间，纵坐标为强度。右边为圈出来的位置的放大图示。从图上我们发现，在720秒左右强度变大，表明在此时此点出现了机械摩擦，从右图我们可以观察到强度大小呈类似周期性的变化，由于我们所购买的搅拌器是圆周运动的，所以才出现这样的情况。这个实验数据表明了在出现强度变大的铝板上出现了机械摩擦，很好的检测到了机械摩擦的存在38。结论总之，我们已经利用sral2o4:eu2+与高分子树脂在铝板上制备了均匀的发光薄膜，所合成的发光薄膜能发出明亮的绿光，更为重要的是所制备的发光薄膜具有很好的应力响应性能。我们搭建了3种不同形式的应力检测设备，分别是侧面撞击、垂直撞击、以及摩擦，实验结果表明所制备的发光薄膜能够将不同形式的应力用光的形式表示，并展现出较高的灵敏度。致 谢感谢指导老师xxx老师耐心的辅导、帮助，给予我在毕业论文上很大的帮助。感谢在中国科学院城市环境研究所提供的实验室及所需的药品、材料。特别感谢xxx教授给予我们资料以及研究实验过程中的指导帮助。还要感谢xxx机械工程系加工中心板材的支持。感谢母校xxx的教育、培养，这四年中我学到了很多理论、实践知识，感谢给予我支持与帮忙的老师、同学和朋友们。参考文献1 罗泽良. 金刚石研磨工艺及机构分析的研究. 广东工业大学. 2009:1-2.2 蒋秀珍,马惠萍. 精密机械学基础m. isbn:9787030218483, 科学出版社, 2009:1-393.3 许贤泽. 普通高等学校测控技术与仪器专业规划教材精密机械学基础m. isbn:7560956211,华中科技大学出版社, 2009:1-292.4 李玉和,郭阳宽等. 现代精密仪器设计m. isbn:9787302213727, 清华大学出版社, 2010:1-549.5 j. zhao, z. zhang, z. guo,et. al. fault diagnosis of reciprocating compressor by using 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