CN102971618B - 用于pdc、pcbn或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试 - Google Patents

用于pdc、pcbn或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试 Download PDF

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Abstract

一种声发射测试设备(505)包括：测试样本(100)；声传感器(570)，可通信地耦合到测试样本(100)；以及负载(580)，被施加到样本上。该传感器检测在该样本中发生的一个或多个声音事件。声传感器记录器(590)，数据记录器(590)包括处理器(1020)和存储介质(1040)中，用于执行由驻留在存储介质(1040)中的软件所提供的指令。在对所发送的数据执行所述指令时，样本的韧性被客观地确定并且可以与其他样本的韧性比较地进行评级。所述指令用于将数据分类成可能的声音事件点(1964)以及背景数据点(1962)，对背景噪声曲线(1970)进行内插，确定实际的声音事件点(2010)，并且计算在每一个实际的声音事件点下方的面积(2040)。在一些实施例中，对照相应的负载，绘制了每一个实际的声音事件点的累积面积的图示。

Description

用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试
相关申请
本申请涉及2010年4月6日提交的题为“Acoustic Emission ToughnessTesting For PDC,PCBN,Or Other Hard Or Superhard Material Inserts(用于PDC、PCBN或其他硬材料或超硬材料插入件的声发射韧性测试)”的美国专利申请NO.12/754,784，该申请特此通过引用并入本申请。
技术领域
本发明总体而言涉及用于确定硬或超硬构件的固有的强度或韧性的方法、装置和软件，并且更具体而言涉及使用声发射来确定硬或超硬构件的固有的强度或韧性的方法、装置和软件。
背景技术
图1示出了超硬构件100，根据本发明的示例性实施例，该构件可插入到诸如钻头或铰刀之类的井下工具（未示出）内。如图1所示，超硬构件100的一个示例是用于岩石钻头的切削元件100、或切削器、或插入件。然而，超硬构件100可以基于将用到它的应用而被成形为其他结构。切削元件100通常包括具有接触面115的基底110以及切削台120。根据一个示例，切削台120是使用极硬的层制造而成的，所述极硬的层通过烧结工艺与接触面115接合。根据一些示例，基底110通常是由碳化钨-钴或碳化钨制成的，而切削台120是用诸如多晶金刚石（“PCD”）或多晶立方氮化硼（“PCBN”）这样的多晶极硬材料层而形成的。这些切削元件100是根据本领域内技术人员已知的工艺和材料制造而成的。尽管切削台120被示为具有基本上平坦的外表面，但是切削台120在其他实施例中可具有可替代形状的外表面，比如拱顶形、凹形或其他非平坦形状的外表面。尽管已经提供了切削元件100的一些示例性构成，但是可以根据应用使用本领域普通技术人员公知的其他构成和结构。尽管岩石钻探是可使用超硬构件100的一个应用（并且其将在下面予以描述），但是超硬构件100可以用在各种其他应用中，包括但不限于机械加工、木材加工以及采石。
不同的PCD、PCBN、硬和超硬材料等级可供切削器100在各种场合下使用，比如使用不同钻头设计来钻凿不同的岩层、或者对不同的金属或材料进行机械加工。与这些切削器100相关联的常见问题包括：切削台120在使用期间的掉屑、剥离、部分断裂、开裂和/或剥落。这些问题导致切削台120和/或基底110过早发生故障。通常，在钻凿期间切削台120上该切削台120与地层接触的区域处所生成的高量级应力可能导致这些问题。由于与维修、生产停工时间和人工成本相关联的成本，这些问题提高了钻凿的成本。因此，诸如钻头设计者或现场应用工程师之类的终端用户针对任何给定的钻凿或机械加工任务来选择最佳表现等级的切削器100以减少这些常见问题的发生。例如，终端用户通过平衡切削器100的使用常规方法所确定的耐磨性和抗冲击性来选择合适的切削器100。通常，可供终端用户使用以针对特定应用选择合适级别切削器100的信息是从如下各项中导出的：历史数据记录，该历史数据记录示出不同等级的PCD、PCBN、硬或超硬材料在特定领域内的表现；和/或实验室功能测试，该实验室功能测试尝试在测试不同切削器100的同时模拟各种钻凿或机械加工条件。当前存在两种主要类型的用于钻凿业中的实验室功能测试。这些测试是磨损测试和冲击测试。
包括多晶金刚石复合片（“PDC”）切削器100的超硬构件100已经通过使用两种常规测试方法进行了耐磨性的测试。PDC切削器100包括由PCD制造而成的切削台120。图2示出用于使用常规花岗岩圆材测试来测试耐磨损性的车床200。尽管提供了车床200的一种示例性装置结构，但是可以使用本领域普通技术人员公知的其他装置配置而不偏离示例性实施例的范围和精神。
参考图2，车床200包括卡盘210、尾架220、以及定位在卡盘210与尾架220之间的刀架230。目标圆柱250具有第一末端252、第二末端254以及从第一末端252延伸至第二末端254的侧壁258。根据传统花岗岩圆材测试，侧壁258是露出表面259，该表面在测试期间与超硬构件100形成接触。第一末端252耦合于卡盘210，而第二末端254耦合于尾架220。卡盘210被配置成转动，由此使目标圆柱250也沿着目标圆柱250的中轴线256转动。尾架220被配置为在目标圆柱250转动时使第二末端254保持在恰当的位置。目标圆柱250是由一种均一材料制成的，该材料通常为花岗岩。然而，已经将其他岩石类型用作目标圆柱250，这些岩石类型包括但不限于：Jackforck砂岩、Indiana石灰石、Berea砂岩、Carthage大理岩、Champlain黑大理岩、Berkley花岗岩、Sierra白花岗岩、Texas粉色花岗岩、以及Georgia灰色花岗岩。
PDC切削器100被安装到车床的刀架230，以使PDC切削器100与目标圆柱250的露出表面259接触并且横跨该露出表面259进行往复抽送。刀架230在目标圆柱250上具有向内的进给速率。PDC切削器100的耐磨性被确定为一磨损率，该磨损率被定义为目标圆柱250的被去除的体积与PDC切削器100的被去除的体积之比。可替代地，不是测量体积，而是可以测量PDC切削器100行进经过目标圆柱250的距离并将该距离用于量化PDC切削器100的耐磨损性。可替代地，可以使用本领域普通技术人员公知的其他方法来用花岗岩圆材测试确定耐磨性。车床200的操作和构造是本领域内技术人员已知的。对于这种类型的测试的描述可在1975年5月的石油技术期刊543-551中公布的作者为Eaton,B.A.,Bower,Jr,A.B.和Martis,J.A.的“Manufactured Diamond CuttersUsed In Drilling Bits”（石油工程师协会论文5074-PA）中找到，并且也可以在Maurer,William C的“Advanced Drilling Techniques”的第22章第541-591页（石油出版公司，1980年）找到，这些内容通过引用被包括在本文中。
图3示出了用于使用立式镗床（“VBM”）测试或者立式转塔车床（“VTL”）测试来测试耐磨性的立式镗床300。尽管提供了VBM 300的一个示例性装置结构，但可以使用其他装置结构而不偏离示例性实施例的范围和精神。立式镗床300包括转动台310和定位在转动台310之上的刀具支架320。目标圆柱350具有第一末端352、第二末端354以及从第一末端352延伸至第二末端354的侧壁358。根据常规的VBM测试，第二末端354是暴露表面359，该表面在测试期间与超硬构件100接触。目标圆柱350的直径一般为大约30英寸至大约60英寸，然而，该直径可以更大或更小。
第一末端352被安装在VBM 300的下部转动台310上，由此使上述露出表面359朝向工具支架320。PDC切削器100被安装在目标圆柱的露出表面359上方的工具支架320中，并且与暴露表面359接触。当工具支架320使PDC切削器100从目标圆柱的暴露表面359的中心轮转到其边缘并且再次轮转回到目标圆柱的暴露表面359的中心时，目标圆柱350发生转动。工具支架320具有预先确定的向下进给速率。VBM方法允许在PDC切削器100上施加较高的负载，并且较大的目标圆柱350允许PDC切削器100作用于较大的岩石体积。目标圆柱350一般是由花岗岩制成的；然而，目标圆柱可以由其他材料制作而成，这些材料包括但不限于：Jackforck砂岩、Indiana石灰石、Berea砂岩、Carthage大理岩、Champlain黑大理岩、Berkley花岗岩、Sierra白花岗岩、Texas粉色花岗岩、以及Georgia灰色花岗岩。
PDC切削器100的耐磨性被确定为一磨损率，该磨损率被定义为目标圆柱350的被去除的体积与PDC切削器100的被去除的体积之比。可替代地，不是测量体积，而是可以测量PDC切削器100行进经过目标圆柱350的距离并将该距离用于量化PDC切削器100的耐磨性。可替代地，可以使用本领域普通技术人员公知的其他方法来用VBM测试确定耐磨性。VBM 300的操作和构造是本领域内普通技术人员已知的。对这种类型的测试的描述可以在Bertagnolli,Ken和Vale,Roger的“Understanding and Controlling Residual Stresses in ThickPolycrystalline Diamond Cutters for Enhanced Durability”（US Synthetic公司,2000年）中找到，该文献全篇地援引包含于此。
除了耐磨性的测试以外，还可以测试PDC切削器100的抗冲击负载性。图4示出下落塔装置400，其使用“下落锤”测试来测量超硬构件的抗冲击性，其中金属重物450被悬挂在切削器100上方并且下落到切削器100上。“下落锤”测试尝试模拟当PDC切削器100从一个岩层过渡到另一岩层或经历侧向和轴向振动时可能遇到的负载类型。冲击测试的结果允许基于其冲击强度对这些不同的切削器进行评级；然而，这些评级无法对切削器100在实际现场中表现如何而作出预测。
参考图4，下落塔装置400包括诸如PDC切削器之类的超硬构件100、目标固定装置420以及定位在超硬构件100之上的碰撞板450。PDC切削器100被锁定到目标固定装置420中。碰撞板450或重物通常由钢制成，并且定位在PDC切削器100上方。然而，碰撞板450可由本领域内普通技术人员已知的替代性材料制成。PDC切削器100一般保持在后倾斜角415处，同时PDC切削器100的金刚石台120朝向碰撞板450向上地成一定的角度。后倾斜角415的范围是本领域普通技术人员公知的。
碰撞板450重复地下落到PDC切削器100的边缘上，直到PDC切削器100的边缘破裂或者剥落为止。这些测试也被称为“侧向冲击”测试，因为碰撞板450撞击金刚石台120的露出边缘。断裂一般出现在金刚石台120内或出现在金刚石台120与碳化物基底110之间的接触面115处。“下落锤”测试对金刚石台120的边缘几何结构非常敏感。如果台120被稍微斜切，则测试结果可能明显改变。引起金刚石台120中的最初的破裂所需的总能量（以焦耳表示）被记录。对于更高抗冲击性切削器100而言，碰撞板450可以根据预设的计划而下落，其中该计划通过增加高度来对切削器100施加更大的冲击能量以实现断裂。然而，该“下落锤”测试的缺点在于，该方法需要测试许多切削器100以实现可比较一种切削器类型相对于另一种切削器类型的相对抗冲击性的有效统计采样。该测试不足以提供反映整个切削器100的真实抗冲击性的结果，如同其在井下环境中可以获悉冲击负载那样。这些测试展示了静态冲击效果，而真实冲击是动态的。每秒的冲击次数可以高达100Hz。而且，切削器的损伤量由眼睛经训练过的人主观地作出评估并且与其他切削器遭受的损伤相比较。
尽管市面上可用的不同的磨损测试的结果与实际现场表现总体上具有合理的一致程度，但是对于传统冲击测试的结果的情况并非如此。尽管在传统冲击测试与实际现场表现之间存在一定程度的相关性，但是数据的离散常常是非常大的，由此导致对切削器的实际现场表现如何的预测是困难的和/或不精确的。而且，发生在切削器之内的许多断裂无法使用这些传统测试被检测到，并因此在评估切削器的韧性时未经检测。
附图说明
在结合附图阅读时参考下面对某些示例性实施例的描述，本发明的前述及其它特征和方面将得到最好的理解，在附图中：
图1示出了根据本发明的示例性实施例的可插入到井下工具内的超硬构件；
图2示出了用于使用常规花岗岩圆材测试来测试耐磨性的车床；
图3示出了用于使用立式镗床测试或立式转塔车床测试来测试耐磨性的立式镗床；
图4示出了用于使用“下落锤”测试来测试超硬构件的抗冲击性的下落塔装置；
图5示出了根据本发明的示例性实施例的声发射测试系统的透视图；
图6示出了根据本发明的示例性实施例的图5的声发射测试设备的横截面图；
图7示出了根据本发明的示例性实施例的如图5所示的切削器支架的透视图；
图8示出了根据本发明示例性实施例的图5的声发射测试设备的透视图，其中压头从切削器支架中被移去；
图9示出了根据本发明的替代性示例实施例的声发射测试系统的透视图；
图10示出了根据示例性实施例的图5的数据记录器的示意性框图；
图11示出了根据本发明示例性实施例的经受高达大约2千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示；
图12示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达5千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示；
图13示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约30千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示；
图14示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约40千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示；
图15A示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约45千牛顿负载的切削器制造商#1切削器样本#1切削器类型的切削器声发射和负载的图示；
图15B示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约30千牛顿负载的切削器制造商#2切削器样本#2切削器类型的切削器声发射和负载的图示；
图16示出了根据本发明示例性实施例的用于分析从声传感器接收的数据点的方法的流程图，其中该方法包括循环一方法以及循环二方法；
图17示出了根据本发明的示例性实施例的图16的循环一方法的详细流程图；
图18示出了根据本发明示例性实施例的图16的循环二方法的详细流程图；
图19示出了根据本发明示例性实施例的经受一负载的切削器的切削器声发射的图示；
图20示出了根据本发明示例性实施例的经受一负载的切削器的切削器声发射的图示的一部分的放大图；
图21示出了根据本发明的示例性实施例的每个实际的声音事件的累积分布表示；以及
图22示出了根据示例性实施例的图10的处理器的框图。
由于本发明也允许有其它等效的实施例，因此这些附图仅示出本发明的示例性实施例并因此不认为对其范围构成限制。
具体实施方式
本发明涉及一种使用声发射来确定硬或超硬构件的固有强度或韧性的方法、装置和软件。尽管下面结合PDC切削器给出了示例性实施例的描述，然而本发明的替代实施例可适用于其它多种类型的硬或超硬构件，包括但不仅限于，PCBN切削器、或本领域内普通技术人员已知或尚未得知的其它硬或超硬构件。例如，硬或超硬构件包括胶结的碳化钨、碳化硅、碳化钨基质样材、陶瓷或化学汽相沉积(CVD)涂覆的插入件。
通过参考附图阅读下面对非限制性示例性实施例的描述来更好地理解本发明，其中每个附图的相同部分由相同附图标记来标识，并且下面简要描述附图。图5示出了根据本发明的示例性实施例的声发射测试系统500的透视图。图6示出了根据本发明的示例性实施例的图5的声发射测试设备505的横截面图。参考图5和6，声发射测试系统500包括可通信地耦合到数据记录器590的声发射测试设备505。声发射测试设备505包括切削器支架510、切削器100、压头550以及声传感器570。然而，在某些实施例中，切削器支架510是可任选的。
图7示出了根据本发明示例性实施例的切削器支架510的透视图。参考图5、6和7，切削器支架510包括第一表面712、第二表面714和侧表面716。第一表面712被置于与第二表面714所在的平面基本平行的平面中。侧表面716从第一表面712延伸到第二表面714。根据一些示例性实施例，侧表面716基本垂直于第一表面712和第二表面714中的至少一个。根据可替代的示例性实施例，侧表面716不与第一表面712或第二表面714基本垂直。切削器支架510是由钢制成的；然而，根据其他示例性实施例，切削器支架510由任何金属、木材或本领域普通技术人员公知的能够承受将被施加的负载580(这将在下面更详细地予以描述)的其他合适材料制成。负载580的范围可以是从大约0千牛顿到大约70千牛顿。在某些示例性实施例中，这种合适的材料能够被机械加工或模制，并且能够传播声音。在某些示例性实施例中，该合适的材料能够以大约每秒1/千米或更高的速度传播声音。
切削器支架510被成形为基本上为圆柱形，其中第一表面712基本上为圆形的，第二表面基本上为圆形的，并且侧表面716基本上为圆弧形的。然而，侧表面716包括耦合部分730，该耦合部分730基本上为平面或平坦表面的，并且从第一表面712延伸至第二表面714。耦合部分730提供用于将声传感器570耦合到切削器支架510的表面。在某些示例性实施例中，耦合部分730并没有延伸从第一表面712至第二表面714的整个长度。在一些示例性实施例中，声传感器570的大小被设计成使得声传感器570能够被耦合到圆弧形的侧表面716。因此，在这些示例性实施例中，耦合部分730是可任选的。尽管提供了切削器支架510的一种示例性形状，但是切削器支架510的形状可以是诸如方形柱体或三角形柱体之类的任何其他几何或非几何形状而不偏离示例性实施例的范围和精神。
空腔720被形成在切削器支架510内，并且大小被确定为容纳切削器100，这将在下面予以进一步描述。空腔720的直径大小被设计成稍大于切削器100的直径，由此允许切削器100容易且自由地安装在空腔720内。空腔720从第一表面712向第二表面714延伸，但未到达第二表面714。在其他示例性实施例中，空腔720从第一表面712延伸至第二表面714，并继续穿过切削器支架510，由此在切削器支架510内形成一个孔。空腔720为圆形形状，但是在其他示例性实施例中为任何其他几何或非几何形状。空腔720是通过如下方式形成的：机械加工切削器支架510、或者将切削器支架510模制为其中形成有空腔720。替代地，空腔720是使用本领域内普通技术人员已知的其它方法形成的。在某些示例性实施例中，空腔720以这样一种方式形成，以确保每一次将切削器100插入到空腔720中时都以相同方式恰当地对准该切削器100。
之前已经参照图1描述了切削器100，并且切削器100适用于示例性实施例。简言之，切削器100包括基底110和切削器台120，该切削器台120被形成或耦合至基底110的顶部。在所述示例性实施例中，切削器台120是由PCD形成的，但是可替代的示例性实施例使切削器台120由诸如PCBN之类的其他硬或超硬材料制造而成，而不偏离示例性实施例的范围和精神。尽管切削器100具有平坦的切削器台120或者是平坦表面的，但是切削器台120也可以是拱顶形、凹形或本领域普通技术人员公知的任何其他形状。
切削器100包括经最后加工的和/或经磨削的切削器以及“未加工的”切削器。“未加工的”切削器是未经最后加工的，并且是通常是刚离开压制单元就可获得的切削器。本发明的实施例允许测试这两种类型的切削器。由于切削器制造商能够根据本发明的实施例来测试“未加工的”切削器，因此切削器制造商能够在切削器生产运作中较早地确保这些切削器满足规格。如果切削器制造商确定“未加工的”切削器100不满足合适的规格，则他们能够对其工作参数进行必要的修改以在继续切削器生产运行之前获得“良好的”切削器。另外，“未加工的”切削器能够在较低的千牛顿等级或负载下接受测试，以确保“未加工的”切削器不会在给定负载下开裂。如果在“未加工的”切削器的测试期间发生开裂，则切削器制造商可以省去与最后加工和精磨这些“未加工的”切削器相关的额外开支，由此省下不必要的成本开销。因此，每个“未加工的”切削器都能够通过使用较低负载等级的声发射测试系统500进行测试，以确保切削器100是“良好”的切削器。
参考图6，切削器100被插入到切削器支架510的空腔720内。切削器100在空腔720内被定向成使得切削器台120朝向第一表面712或者背离第二表面714。根据该示例性实施例，整个切削器100被插入到空腔720内。然而，在可替代的示例性实施例中，切削器100的一部分（该部分包括整个基底110）被完全插入到空腔720内。因此，在这些可替代的示例性实施例中，切削器台120的至少一部分未被插入到空腔720内。一旦切削器100已经被插入到空腔720内，则在切削器100的外周界与空腔720的外表面之间形成气隙610。根据某些示例性实施例，润滑剂620被涂覆于切削器100的外周界或者设置在空腔720内。在这些示例性实施例中，一旦切削器100被设置在空腔720内，则润滑剂620填充气隙610的至少一部分，以使润滑剂620既粘附于空腔720的外表面又粘附于切削器100的外周界，并占据其间的气隙610的一部分。在其他示例性实施例中，润滑剂620至少部分地设置在空腔720的底表面与切削器100的底部之间。润滑剂620改善了切削器100与声传感器570之间的声传输。根据一些示例性实施例，润滑剂620是凝胶，比如超声凝胶。然而，在可替代的示例性实施例中，可以将其他材料用作润滑剂620，这些材料包括但不限于油、油脂和乳液。这些材料能够扩散、附着于多个表面并且不会迅速干掉。尽管切削器100被描述为用于该示例性实施例中，但是可以使用期望进行韧性测试的其他硬或超硬材料来取代切削器100。
回过来参考图5和6，压头550在第一末端650处为拱顶形，并在第二末端652处具有平坦表面。压头550被制造成比切削器100更强韧，由此，一旦负载580被施加到压头100，受损的是切削器100而不是压头550。例如，压头550是由碳化钨-钴制成的；然而，可以使用本领域的普通技术人员公知的其他材料来制造压头550。在某些示例性实施例中，压头550的钴含量的范围是从大约百分之六到大约百分之二十。在某些示例性实施例中，压头550的钴含量高于切削器100的切削器台120的钴含量。另外，在某些示例性实施例中，PCD层被形成或安装到压头550的第一末端650上。在这些示例性实施例中，压头550的PCD层的钴含量高于切削器100的切削器台120的钴含量。另外，在这些示例性实施例中，压头550的PCD层的钴含量的范围从大约百分之六至大约百分之二十。尽管在这些示例性实施例中使用钴以使压头比切削器100更强韧，但是在可替代的示例性实施例中可以使用本领域普通技术人员公知的其他成分。
压头550的大小被设计成适合安装在空腔720内，以使其与切削器100接触。在某些示例性实施例中，压头550的周界的大小被设计成基本类似于空腔720的周界。然而，在切削器台120的至少一部分未处于空腔720内的示例性实施例中，压头550的尺寸可以被设计成使得压头550的周界大于空腔720的周界。压头550被定向为使得第一末端650与切削器100接触。因此，在该实施例中，压头550的PDC层与切削器100的PDC层或切削器台120接触。负载580被施加到第二末端652，该第二末端652将负载580传递到切削器100上。尽管在这些示例性实施例中使用了拱顶形压头550，但是其他示例性实施例可使用具有其他形状的压头。另外，第二末端652可以被形成为其他非平坦形状而不偏离示例性实施例的范围和精神。
声传感器570是压电传感器，它沿着切削器支架510的耦合部分730而定位。然而，声传感器570可以是本领域普通技术人员公知的任何其他设备类型，其中该设备能够检测声传输。声传感器570检测在切削器100中形成的弹性波信号，其然后将该弹性波信号转换成电压信号，以使数据可以被记录并且随后被分析。在某些示例性实施例中，润滑剂620被置于耦合部分730与声传感器570之间的接触区域处。如前面所提到的那样，润滑剂620改善了从切削器100到声传感器570的弹性波传输的检测。根据一些可替代的示例性实施例，声传感器570的大小被设计成使其能够被放置在侧表面716的弧形部分上。声传感器570可通信地耦合于数据记录器590，使得从发生在切削器100内的弹性波中导出的电压信号可以被存储并随后被分析。使用电缆592将声传感器570耦合至数据记录器590；然而，根据其他示例性实施例，声传感器570可以使用无线技术可通信地且无线地耦合至数据记录器590，所述无线技术包括但不限于红外和射频。
数据记录器590记录从声传感器570中发送的数据并且将数据存储在其中。在某些示例性实施例中，还使用电缆582将用于传递负载580的装置（未示出）或机器耦合至数据记录器590；然而，根据其他示例性实施例，用于传递负载580的装置可以使用无线技术可通信地且无线地耦合到数据记录器590，所述无线技术包括但不限于红外和射频。数据记录器590也处理和分析其接收的数据。尽管数据记录器590记录、存储、处理和分析数据，但是根据一些示例性实施例，数据记录器590可以接收该数据、处理该数据并分析该数据但不存储该数据。可替代地，在其他示例性实施例中，数据记录器590可以存储数据但不处理或分析该数据。在一些示例性实施例中，使用附加设备（未示出）来处理和分析上述数据。
图10示出了根据示例性实施例的图5的数据记录器590的示意性框图。参考图5和10，数据记录器590是一计算机系统。数据记录器590包括存储介质1040、用户接口1030、处理器1020以及显示器1010。
存储介质1040接收来自声传感器570（图5）的信息并且将该信息记录在其中。根据一个示例性实施例，存储介质1040是硬盘驱动器。然而，根据其他示例性实施例，存储介质1040包括下列之中的至少一种：硬盘驱动器；便携式硬盘驱动器；USB驱动器；DVD；CD；或者能够存储数据和/或软件的任何其他设备。在一些示例性实施例中，存储介质1040还包括软件，该软件提供关于如何处理从声传感器570（图5）中接收到的信息或数据的指令。
用户接口1030允许用户与数据记录器590交互作用，并且提供用于操作数据记录器590的指令。根据一些示例性实施例，这种用户接口包括键盘。然而，根据其他示例性实施例，这种用户接口包括下列之中的至少一种：键盘；鼠标；可以是显示器1010的一部分的触摸屏；或者本领域普通技术人员公知的任何其他用户接口。
处理器1020能够从用户接口1030接收指令、访问存储在存储介质1040内的信息、将信息发送给存储介质1040以及将信息发送给显示器1010。在一些示例性实施例中，处理器1020访问驻留在存储介质1040内的软件并且执行由该软件提供的指令集。下文将提供对这些指令的更详细的描述。在一些示例性实施例中，处理器1020包括处理器引擎2200，该处理器引擎2200将在下面结合图16、17、18和22予以更详细的描述。
显示器1010接收来自处理器的信息并且将该信息传递给用户。根据一个示例性实施例，显示器1010包括监视器或屏幕。然而，根据其他示例性实施例，显示器1010包括下列之中的至少一种：屏幕；触摸屏；打印机；或者能够将信息传递给用户的任何其他设备。
尽管在图10中未示出，但是数据记录器590可以可通信地以有线或无线的方式耦合到内部网络，其中软件和/或来自声传感器570（图5）的数据被存储在中央服务器（未示出）中。另外，根据一些可替代的示例性实施例，数据记录器590可以可通信地以有线或无线的方式耦合到调制解调器（未示出），其中该调制解调器可通信地耦合到万维网。在某些可替代的示例性实施例中，软件和/或来自声传感器570（图5）的数据被存储在可经由万维网访问的远程位置中。
图8示出了根据本发明的示例性实施例的图5的声发射测试设备505的透视图，其中从切削器支架510中移除了压头550。参见图8，切削器100被完全插入到切削器支架510的空腔720内。如图示那样，切削器100的直径小于空腔720的直径，由此形成了气隙610。而且，PDC层或切削器台120是在空腔720内被定向，以使得PDC层朝向第一表面712。从空腔720中移除压头550，以进一步示出压头550的一些特征。根据该示例性实施例，压头550包括基底808和硬表面810，该硬表面810被形成在或耦合到基底808的顶部。在该示例性实施例中，硬表面810是由PCD形成的，但是可替代的示例性实施例可以使硬表面810是由诸如PCBN之类的其他硬或超硬材料制成的，而不偏离示例性实施例的范围和精神。尽管压头550具有拱顶形硬表面810，然而硬表面810可以是平坦的或本领域内普通技术人员公知的其它形状。如所见那样，根据该示例性实施例，压头550具有与空腔720的直径基本相似的直径。
在可替代的实施例中，压头550位于空腔720内，压头550具有朝向第一表面712的硬表面810。待测试的切削器100位于压头550的顶部，其中切削器台120与硬表面810接触。将负载580向下施加在测试切削器100的基底110的背面。在测试切削器100中引发和/或传播的开裂的声发射是透过压头550被传递的，并且被传递至声传感器570。在该示例性实施例中，切削器支架510是可任选的。
图9示出了根据本发明的示例性替代实施例的声发射测试系统900的透视图。参考图9，声发射测试系统900包括可通信地耦合到数据记录器507的声发射测试设备905。声发射测试设备905类似于图5的声发射测试设备505，除了声传感器570直接耦合至切削器100并且图5的切削器支架510被移去。切削器100、压头550、负载580、声传感器570以及数据记录器590已经在前面参照图5、6、7、8和10予以了描述。而且，根据一些示例性实施例，润滑剂620（图6）被放置在声传感器570和切削器100之间。
声发射测试系统500的操作在参考图5-8的同时予以描述。待测试的切削器100或者硬或超硬材料被放置在切削器支架510的空腔720内。为了改善横跨切削器100的基部或底表面与空腔720的基部之间的接触表面的弹性波传递，可以在切削器100的底表面与空腔720的基部之间使用基于矿物油的凝胶620。声传感器570被定位为抵靠住切削器支架510的耦合部分730以检测在切削器100内生成的弹性波。为了改善横跨声传感器570与耦合部分730之间的接触表面的弹性波传递，在声传感器570与耦合部730之间也使用基于矿物油的凝胶620。压头550被放置在切削器100的PCD层120的顶部，并使用负载580推压该PCD层120。使用100千牛顿的8500系列Instron机器将负载580作用在压头550上。该机器（未示出）能够控制作用于压头550上的负载量。该机器被接通到数据记录器590，由此测量负载相对时间的关系。尽管公开了能够提供负载580的机器的一个示例，但是能够将可测量的负载提供给压头550的任何系统都在本发明的示例性实施例的范围内。例如，用于递送可测量负载580的机器或装置的范围可以从手持式锤至完全仪器化的冲击机、或者至负载受控的液压机以用于稳定的斜变或循环加载历史。
负载580被施加到压头550上并且以恒定速率增加至所期望的负载等级。
一旦达到所期望的负载等级，就维持该负载等级达期望的时间段，该时间段的范围可以从几秒到几分钟，并随后以比向上斜变速率更快的速率向下斜变。每当新的开裂形成或者已存在的开裂在顶部金刚石层130内增大时，几乎立即释放一定量的弹性能量，这种弹性能量以一连串弹性波的形式穿过PCD层120、基底110和切削器支架510。声传感器570检测这些弹性波并且将所接收的信号转换成电压信号。声传感器570可通信地耦合至数据记录器590，以相对于时间记录声发射或数据。这些声发射包括背景噪声和声音事件。因此，由于声发射历史和负载历史被记录到数据记录器590上，所以人们可以确定某些声音事件发生在什么样的负载580处。声音事件是新的开裂形成或已存在的开裂在PDC层120中增大的事件。根据一个示例性实施例，声传感器570以大约每秒5000个数据点向数据记录器590提供数据；然而，可以增加或降低每秒的数据点而不偏离示例性实施例的范围和精神。
图11示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约2千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示1100。参见图11，切削器声发射和负载的图示1100包括时间轴1110、负载轴1120以及声发射（AE）轴1130。时间轴1110是由x轴来表示，并且以“秒乘以5000”为单位。因此，为了获得以秒为单位的时间段，时间轴1110的数值将要除以5000。时间轴1110还可以被解读为正被传递给样本的能量。换言之，随着更多的时间过去，对切削器或测试样本施加了更多的总能量。负载轴1120是由y轴来表示，并且以千牛顿为单位。声发射轴1130也是由y轴来表示，并且以“毫伏乘以10”为单位。因此，为了获得以毫伏为单位的电压，声发射轴1130中的数值将要除以10。负载曲线1140和声发射曲线1160二者均在切削器声发射和负载的图示1100上予以示出。根据负载曲线1140，负载以恒定速率1142或向上斜变速率从0千牛顿增加到2千牛顿。负载在峰值负载等级1143或在本示例中2千牛顿处保持一段时间，并随后以比向上斜变速率1142更快的向下斜变速率1144向下斜变。声发射曲线1160代表来自声传感器的所记录信号。根据声发射曲线1160，记录的声发射只是背景噪声1162。这里不存在被检测到的声音事件。而且，随着负载增加，背景噪声1162也增加。
图12示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约5千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示1200。参见图12，切削器声发射和负载的图示1200包括时间轴1210、负载轴1220以及声发射轴1230。时间轴1210是由x轴来表示，并且以“秒乘以5000”为单位。因此，为了获得以秒为单位的时间段，时间轴1210的数值将要除以5000。时间轴1210还可以被解读为正被传递给样本的能量。换言之，随着更多的时间过去，对切削器或测试样本施加了更多的总能量。负载轴1220是由y轴来表示，并且以千牛顿为单位。声发射轴1230也是由y轴来表示，并且以“毫伏乘以10”为单位。因此，为了获得以毫伏为单位的电压，声发射轴1230中的数值将要除以10。负载曲线1240和声发射曲线1260二者均在切削器声发射和负载的图示1200上予以示出。根据负载曲线1240，负载以恒定速率1242或向上斜变速率从0千牛顿增加到5千牛顿。负载在峰值负载等级1243或在该示例中5千牛顿处保持一段时间，并随后以比向上斜变速率1242更快的向下斜变速率1244向下斜变。声发射曲线1260代表来自声传感器的所记录信号。根据声发射曲线1260，记录的声发射只是背景噪声1262。这里不存在被检测到的声音事件。而且，随着负载增加，背景噪声1262也增加。
图13示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约30千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示1300。参见图13，切削器声发射和负载的图示1300包括时间轴1310、负载轴1320以及声发射轴1330。时间轴1310是由x轴来表示，并且以“秒乘以5000”为单位。因此，为了获得以秒为单位的时间段，时间轴1310的数值将要除以5000。时间轴1310还可以被解读为正被传递给样本的能量。换言之，随着更多时间过去，对本施加了更多的总能量。负载轴1320是由y轴来表示，并且以千牛顿为单位。声发射轴1330也是由y轴来表示，并且以“毫伏乘以10”为单位。因此，为了获得以毫伏为单位的电压，声发射轴1330中的数值将要除以10。负载曲线1340和声发射曲线1360二者均在切削器声发射和负载的图示1300上予以示出。根据负载曲线1340，负载以恒定速率1342或向上斜变速率从0千牛顿增加到30千牛顿。负载在峰值负载等级1343或在该示例中30千牛顿处保持一段时间，并随后以比向上斜变速率1342更快的向下斜变速率1344向下斜变。声发射曲线1360代表来自声传感器的所记录信号。根据声发射曲线1360，所记录到的声发射包括背景噪声1362和一个或多个声音事件1364。背景噪声1362构成在测试期间所记录的数据的主体。声音事件1364被图示为垂直线，这些垂直线从背景噪声1362显著地向上伸出。在背景噪声1362之上的每个声音事件1364的高度都通过一校准常数而与每个断裂形成和/或传播事件所释放的弹性能量的量值成比例。每一个单个声音事件1364都持续平均大约50毫秒。根据该示例性实施例，声传感器每秒对大约5000个数据点进行采样，这允许检测这些声音事件1364。而且，随着负载增加，背景噪声1362也增加。在完成该测试以后，用视觉检查切削器。尽管在切削器的顶部PCD表面上不存在任何损伤的视觉迹象，但是声传感器确实检测到发生在切削器内的声音事件。因此，声传感器能够检测到切削器一旦暴露在负载下所发生的最小损伤，即使该损伤是看不见的。
图14示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约40千牛顿负载的切削器的切削器声发射和负载的图示。在图14表示的测试中使用了曾用在图13所表示的测试中相同的切削器样本。参见图14，切削器声发射和负载的图示1400包括时间轴1410、负载轴1420以及声发射轴1430。时间轴1410是由x轴来表示，并且以“秒乘以5000”为单位。因此，为了获得以秒为单位的时间段，时间轴1410的数值将要除以5000。时间轴1410还可以被解读为正被传递给样本的能量。换言之，随着更多时间过去，对样本施加了更多的总能量。负载轴1420是由y轴来表示，并且以千牛顿为单位。声发射轴1430也是由y轴来表示，并且以“毫伏乘以10”为单位。因此，为了获得以毫伏为单位的电压，声发射轴1430中的数值将要除以10。负载曲线1440和声发射曲线1460二者均在切削器声发射和负载的图示1400上予以示出。根据负载曲线1440，负载以恒定速率1442或向上斜变速率从0千牛顿增加到40千牛顿。负载在峰值负载水平1443或在该示例中40千牛顿处保持一段时间，并随后以比向上斜变速率1442更快的向下斜变速率1444向下斜变。声发射曲线1460代表来自声传感器的所记录信号。根据声发射曲线1460，所记录到的声发射包括背景噪声1462和一个或多个声音事件1464。声音事件1464被示为垂直线，这些垂直线从背景噪声1462显著地向上伸出。在背景噪声1464之上的每个声音事件1462的高度都通过一校准常数而与每个断裂形成和/或传播事件所释放的弹性能量的量值成比例。如图14中可见，在切削器内未发生声音事件1464，直到负载达到或超过该切削器所受的先前负载。例如，该切削器之前如图13所述那样经受了高达30千牛顿的负载。因此，新的声音事件1464没有出现，直到负载达到和/或超过阈值1466，该阈值1466在该示例中为之前施加至该切削器的大约30千牛顿。基于实验，看起来为了生成新的开裂或者为了使切削器中的在先前的测试运行中形成的已存在的开裂增大，应施加等于或高于先前的峰值负载等级1343的负载等级。
图15A示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约45千牛顿负载的切削器制造商#1切削器样本#1切削器类型的切削器声发射和负载的图示1500。图15B示出了根据本发明的示例性实施例的经受高达大约30千牛顿负载的切削器制造商#2切削器样本#2切削器类型的切削器声发射和负载的图示1550。参考图15A和15B，切削器声发射和负载的图示1500包括声发射曲线1510，该声发射曲线1510示出了在切削器制造商#1切削器样本#1切削器类型中发生的一个或多个声音事件1520；而切削器声发射和负载的图示1550包括声发射曲线1560，该声发射曲线1560示出了在切削器制造商#2切削器样本#2切削器类型中发生的一个或多个声音事件1570。与切削器制造商#1切削器样本#1切削器类型相比，在切削器制造商#2切削器样本#2的切削器类型发生了明显更多的声音事件1520和1570。因此，不同的切削器类型在其相应的声发射曲线内显示出不同的声音模式。基于这些结果，用户可以确定哪种切削器类型比另一切削器类型更强韧，并且由此可以根据其韧性对切削器进行评级。在这种情况下，切削器制造商#1切削器样本#1切削器类型比切削器制造商#2切削器样本#2切削器类型更强韧。
基于图11-15中所示的实验结果，存在至少几种可作出的观察。首先，声传感器能够检测切削器的金刚石台内在压头受负载时的开裂形成和开裂增大，并且能够发送可随后进行分析的信号。其次，不同的切削器类型显示出不同的声音事件模式，并允许用户在与另一切削器比较时对切削器的韧性进行评级。再者，尽管在测试以后在切削器的PDC台的表面上可能不存在可检测到的可见损伤，但是声传感器能够检测发生在切削器的任何不可见的损伤。
图16示出了根据本发明示例性实施例的用于分析从声传感器接收到的数据点的方法1600的流程图，其中该方法包括循环一方法1680以及循环二方法1690。尽管某些步骤被示为以特定顺序进行，但是步骤序列可以变化而不偏离示例性实施例的范围和精神。而且，尽管某些功能是在一个或多个步骤中执行的，但是用于实现该功能的步骤的数目可以增加或减少而不偏离示例性实施例的范围和精神。
参照图16，在步骤1605，方法1600开始。方法1600从步骤1605前进到步骤1610。在步骤1610，确定在背景噪声之上的一个或多个最小阈值，以将数据点限定为可能的声音事件。一旦步骤1610结束，方法1600前进至步骤1615和步骤1625，这两个步骤在某些示例性实施例中可以同时进行。在步骤1615，确定用于界定背景噪声的外部包络的背景点。在步骤1625，基于在步骤1610所确定的一个或多个阈值来确定可能的声音事件点。步骤1615和1625包含在循环一方法1680中，循环一方法1680将在下面结合图17予以更详细描述。
方法1600从步骤1615前进到步骤1620。在步骤1620，对在步骤1615所确定的背景点进行内插，以产生背景噪声函数曲线。方法1600从步骤1620和1625前进到步骤1630。在步骤1630，使用在步骤1680所确定的可能的声音事件点和在步骤1620所确定的背景噪声函数曲线来确定实际的声音事件点。方法1600从步骤1630前进到步骤1635。在步骤1635，确定每个实际的声音事件点的振幅和持续时间。方法1600从步骤1635前进到步骤1640。在步骤1640，计算出每个声音事件点下方的面积。方法1600从步骤1640前进到步骤1645。在步骤1645，针对每个声音事件点，将所述面积的累积分布与实际测试负载相比较。用户可使用该比较来确定一个切削器对比于另一切削器的相对韧性。该比较允许使用定量和客观的方法作出判断。声音事件点的持续时间、振幅和频率以及传递给样本的相应能量或负载的等级可以直接与所测试的PCD或其他硬或超硬材料的现场冲击表现相关联。方法1600不仅允许测量为引发某种损伤所需的外部作用或负载的最小量，还允许测量为增加损伤等级必须完成的附加作用或负载的量。在步骤1645以后，方法1600前进到步骤1650，在步骤1650处该方法1600停止。
图19示出了根据本发明示例性实施例的经受一负载的切削器的切削器声发射的图示1900。图20示出了根据本发明的示例性实施例的经受一负载的切削器的切削器声发射的图示的一部分的放大图2000。图21示出了根据本发明示例性实施例的每个实际的声音事件的累积分布图示2100。图19-21描绘了图16的方法1600中所示的步骤中的大多数。
参见图19，切削器声发射的图示1900包括时间轴1910和声发射轴1930。时间轴1910是由x轴来表示，并且以“秒乘以5000”为单位。因此，为了获得以秒为单位的时间段，时间轴1910的数值将要除以5000。声发射轴1930是由y轴来表示，并且以“毫伏乘以10”为单位。因此，为了获得以毫伏为单位的电压，声发射轴1930中的数值将要除以10。在切削器声发射的图示1900上，示出了声发射数据1960。声发射数据1960代表了来自声传感器的所记录信号。根据声发射数据1960，所记录的声发射数据包括一个或多个背景点1962以及一个或多个可能的声音事件点1964。参照图16和19并且根据图16的步骤1615和步骤1625，声发射数据1960被分选，以包括背景点1962和可能的声音事件点1964。根据一个示例性实施例，声发射数据1960的分选是使用驻留在数据记录器590（图5）中的算法来执行的。然而，该算法在可替代的示例性实施例中可被存储在另一设备中，或者被手动地执行。可替代地，可以使用本领域普通技术人员公知并且具有本公开的益处的其他方法来对声发射数据1960进行归类。如图19所示，用圆圈来标记每一个背景点1962，并且用方块来标记每一个可能的声音事件点1964。有一些点既未被定义成背景点1962也未被定义成可能的声音事件点1964。这些标记是用于解说目的，并且不旨在限制本发明的示例性实施例的范围。
参见图16和19并且根据图16的步骤1620，使用所确定的背景点1962对背景噪声函数曲线1970进行内插。根据一个示例性实施例，使用四阶多项式对背景噪声函数曲线1970进行内插；然而，可以使用其他阶的多项式对背景点1962进行内插而不偏离示例性实施例的范围和精神。
参见图20，示出了切削器声发射的图示的放大部分2000。根据该图，包括实际的声音事件点2010的每一个声发射数据1960具有它发生的持续时间2020。另外，每一个实际的声音事件点2010具有一振幅2030，该振幅2030是从背景噪声函数曲线1970至实际的声音事件点2010所在位置垂直地测得的。参考图16和20并且根据图16的步骤1635，计算出实际的声音事件点2010的振幅2030和持续时间2020。一旦确定振幅2030和持续时间2020，则通过将振幅2030与持续时间2020相乘来计算每个实际的声音事件点2010下方的面积2040。该步骤在图16的步骤1640中被实现。根据这些示例性实施例中的一些，面积2040的单位是毫伏乘以秒再乘以5000；然而，可以使用其他单位而不偏离示例性实施例的范围和精神。
参见图21，示出了每一个实际的声音事件的累积分布图示2100。根据该图，累积分布图示2100包括负载轴2110以及声发射面积轴2130。负载轴2110是由x轴来表示，并且以千牛顿为单位。声发射面积轴2130是由y轴表示，并且以毫伏乘以秒乘以50000为单位。这是所确定的处于实际的声音事件点下方的面积。因此，为了获得以毫伏乘以秒为单位的面积，声发射面积轴2130的数值将要除以50000。参见图16和图21并根据图16的步骤1645，针对每一个实际的声音事件，将沿声发射面积轴2130绘制的面积的累积分布与沿负载轴2110绘制的实际的测试负载进行比较。累积分布的图示2100提供了针对切削器制造商#1切削器样本#1切削器标绘图2150以及切削器制造商#2切削器样本#2切削器标绘图2160的这些比较。
例如，在这三个切削制造商#1切削器样本#1切削器标绘图2150之一中，在大约28千牛顿处以及在大约3550毫伏乘以秒再乘以50000处有实际的声音事件点，该声音事件点被标记为点A 2152。这意味着，有3550毫伏乘以秒乘以50000的累积面积（该累积面积已经出现在所有先前的实际的声音事件点下方），包括在大约28千牛顿的负载处出现的实际的声音事件点的面积。在该同一曲线上的下一个实际的声音事件点（即点B 2154）出现在大约32.5千牛顿处。该实际的声音事件点下方的面积约为650毫伏乘以秒再乘以50000，其未被直接显示在累积分布的图示2100上。然而，在大约32.5千牛顿处，已经有大约4200毫伏乘以秒再乘以50000的累积面积。因此，大约4200毫伏乘以秒再乘以50000减去大约3550毫伏乘以秒再乘以50000等于大约650毫伏乘以秒再乘以50000。较硬的切削器或固有韧性较大的切削器提供了一曲线，对于给定的负载，该曲线具有较小的累积面积。与具有不太陡的曲线以及较少的高振幅实际声音事件点的切削器相比，具有很陡的曲线以及大量的高振幅实际声音事件点的切削器是固有韧性较低的。因此，根据累积分布图示2100，切削器制造商#1切削器样本#1切削器标绘图2150与切削器制造商#2切削器样本#2切削器标绘图2160之间的比较表明了：切削器制造商#1切削器样本#1切削器比切削器制造商#2切削器样本#2切削器的固有韧性更高。而且，根据图21，有3条曲线表示切削器制造商#1切削器样本#1切削器标绘图2150，并且有2条曲线表示切削器制造商#2切削器样本#2切削器标绘图2160。这些标绘图2150和2160示出了：方法1600（图16）具有高分辨率，使得可检测相同组的样本内的差异。图16中所提供的方法向用户提供了以客观方式在其他切削器中对切削器韧性进行评级的信息。
图17示出了根据本发明示例性实施例的图16的循环一方法1680的详细流程图。参考图17，在步骤1705，循环一方法1680开始。循环一方法1680从步骤1705前进至步骤1710。在步骤1710，读取第一数据点。一旦步骤1710结束，循环一方法1680前进到步骤1715，在那里读取下一数据点。在步骤1715以后，循环一方法1680前进到步骤1720。在步骤1720，计算这两个数据点之差并且将差值与用于定义声音事件的第一容限值进行比较。根据一个示例性实施例，第一容限值约为0.5毫伏。然而，第一容限值在其他示例性实施例中可以更高或更低。如果这两个数据点之差不小于第一容限值，则循环一方法1680前进到步骤1725。在步骤1725，将这两个数据点中的第二个定义为可能的声音事件点。循环一方法1680从步骤1725进至步骤1745，在那里，循环一方法1680确定是否存在另一个数据点。如果在步骤1745处确定没有另一个数据点，则循环一方法1680进至步骤1750，在那里，循环一方法1680停止。然而，如果在步骤1745处确定存在另一个数据点，则循环一方法1680回到步骤1715。
如果在步骤1720处确定这两个数据点之差小于第一容限值，则循环一方法1680前进至步骤1730。在步骤1730，将这两个数据点之差与第二容限值进行比较。根据一个示例性实施例，第二容限值约为0.01毫伏。然而，第二容限值在其他示例性实施例中可以更高或更低。如果这两个数据点之差不小于第二容限值，则循环一方法1680回到步骤1715，并且第二数据点不被定义。如果这两个数据点之差小于第二容限值，则循环一方法1680前进至步骤1735。
在步骤1735处，判断这两个数据点之差是否为负并且已经接连小于“z”次为负，或者判断该差值是否为正并且已经接连小于“u”次为正。根据一个示例性实施例，“z”是2，“u”是3。然而，在其它示例性实施例中，“u”值和“z”值中的任一个或两者可能更高或更低。如果这两个数据点之差为负并且已经接连小于“z”次为负或者为正并且已经接连小于“u”次为正的条件不为真，则循环一方法1680回到步骤1715并且第二数据点不被定义。然而，如果这两个数据点之差为负并且已经接连小于“z”次为负或者为正并且已经接连小于“u”次为正，则循环一方法1680前进到步骤1740。
在步骤1740，这两个数据点中的第二个被定义为背景边界点。循环一方法1680从步骤1740前进至步骤1745，在那里，确定是否存在另一个数据点。遵循上述步骤，循环一方法1680继续，直到到达步骤1750。因此，循环一方法1680提供一种用以确定哪些数据点应当被定义成可能的声音事件点、背景边界点或者不被定义成任一类型的点的方法。
图18示出了根据本发明的示例性实施例的图16的循环二方法1690的详细流程图。参考图18，在步骤1805，循环二方法1690开始。循环二方法1690从步骤1805前进至步骤1810。在步骤1810，使用背景边界点来创建背景噪声函数曲线。一旦步骤1810完成了，循环二方法1690前进至步骤1815，在那里，读取第一可能的声音事件点。在步骤1815之后，循环二方法1690前进至步骤1820。在步骤1820，计算出可能的声音事件点与背景噪声函数曲线之差，并判断该差值是否大于用来定义实际的声音事件点的第三容限值。根据一个示例性实施例，第三容限值约为0.08毫伏。然而，第三容限值在其他示例性实施例中可以更高或更低。如果可能的声音事件点与背景噪声函数曲线之差不大于第三容限值，则循环二方法1690前进至步骤1825。在步骤1825，读取下一个可能的声音事件点并且循环二方法1690回到步骤1820。然而，如果可能的声音事件点与背景噪声函数曲线之差大于第三容限值，则循环二方法1690前进至步骤1830。
在步骤1830，计算出实际的声音事件点与背景噪声函数曲线之间的振幅、持续时间以及面积。循环二方法1690从步骤1830前进至步骤1840。在步骤1840，判断是否存在另一个可能的声音事件点。如果存在另一个可能的声音事件点，则循环二方法1690回到步骤1825，在那里，循环二方法1690继续。然而，在步骤1840，如果没有另一个可能的声音事件点，则循环二方法1690前进至步骤1845，在那里，循环二方法1690停止。因此，循环二方法1690提供了一种确定哪些数据点应当被定义成实际的声音事件点的方法，并随后计算每个定义的声音事件点的面积。
图22示出了根据示例性实施例的图10的处理器1020的框图。如前面提到的，用于执行图16-18所示的一个或多个步骤的方法是在处理器1020中执行的。然而，在某些其他示例性实施例中，这些方法是手动执行的，或者是手动执行以及处理器内执行的组合。处理器1020位于数据记录器590或计算机系统内。尽管示出了一个处理器1020，但是可以使用多个处理器而不偏离示例性实施例的范围和精神。处理器1020包括一个或多个处理器引擎2200。
处理器引擎2200包括：声音数据收集引擎2210、背景点确定引擎2220、可能的声音事件点确定引擎2230、背景噪声函数曲线内插引擎2240、实际的声音事件点确定引擎2250、实际的声音事件面积计算引擎2260以及累积面积和负载曲线引擎2270。尽管在处理器引擎2200内包含了7个引擎，但是引擎的数目在其他示例性实施例中可以更多或更少。另外，这些之前提到的处理器引擎2200中的一个或多个可以被组合成更少的处理器引擎2200或者被分割成附加的处理器引擎2200而不偏离示例性实施例的范围和精神。
声音数据收集引擎2210至少从声传感器中收集数据，该数据包括背景点和可能的声音事件点。在一些示例性实施例中，声音数据收集引擎2210也收集来自负载的数据，使得相应的背景点和可能的声音事件点与给定负载相关。背景点确定引擎2220评价从声传感器获得的数据，并判断所述数据点是否为背景点。背景点确定引擎2220执行图16的步骤1615。可能的声音事件点确定引擎2230对从声传感器中获得的数据进行评估，并判断所述数据点是否为可能的声音事件点。可能的声音事件点确定引擎2230执行图16的步骤1625。背景点确定引擎2220和可能的声音事件点确定引擎2230彼此同时运行，但在一些可替代的示例性实施例中可彼此独立运行。
背景噪声函数曲线内插引擎2240使用之前确定的背景点来生成背景噪声函数曲线。背景噪声函数曲线内插引擎2240执行图16的步骤1620。实际的声音事件点确定引擎2250使用之前确定的可能的声音事件点和背景噪声函数曲线来确定实际的声音事件点。实际的声音事件点确定引擎2250执行图16的步骤1630。一旦确定了实际的声音事件点，则实际的声音事件面积计算引擎2260就确定在实际的声音事件点与背景噪声函数曲线之间形成的面积。实际的声音事件面积计算引擎2260执行图16的步骤1635和步骤1640。对于每一个实际的声音事件点，累积面积和负载曲线引擎2270将累积面积分布与实际的测试负载进行比较。累积面积和负载曲线引擎2270执行图16的步骤1645。尽管处理器引擎2200在一些示例性实施例中位于处理器1020内，但是处理器引擎2200也可驻留在存储介质中，所述存储介质包括但不限于一个或多个硬盘驱动器、USB驱动器、光盘、数字视频盘、或者本领域普通技术人员公知或还未知的任何其他存储设备。
尽管示例性实施例中描述了处理器引擎2200，但在驻留于存储介质1040（图10）内的软件中可以提供用于确定切削器的韧性的指令。这种软件包括类似于前述处理器引擎2200的模块和/或代码。
尽管已经描述了本发明的一些示例性实施例，但是可替代的示例性实施例包括使用硬或超硬构件100的加热。硬或超硬构件100的加热发生在将负载施加到硬或超硬构件100之前、期间和/或之后中的任一时间或其组合。热量是以本领域普通技术人员公知的多种方式中任一种来提供的，所述方式包括但不限于火焰、激光、红外和/或加热液体。
尽管已经详细描述了每个示例性实施例，但是能够想到：适用于一个实施例的任何特征和修改也适用于其他实施例。此外，尽管参考具体实施例描述了本发明，但是这些描述并不旨在以限制性的方式来解释。在参考示例性实施例的描述后，所公开的实施例的各种修改以及本发明的替代实施例将对本领域普通技术人员显而言变得易见。本领域普通技术人员应当理解，所公开的方案和具体实施例易于用作修改或设计实现本发明相同目的的其它结构和方法的基础。本领域普通技术人员同样应当认识到这种等效解释并不背离所附权利要求书所述的本发明的精神和范围。因此，可以预期权利要求书将涵盖落入本发明范围内的任何此种更改或实施例。

Claims (21)

1.一种用于确定测试样本的韧性的计算机实现的方法，所述方法包括如下步骤：
通过声音数据收集引擎进行收集，以在将负载施加到测试样本上时收集来自声传感器的声音数据，所述声传感器可通信地耦合到所述测试样本，所述负载在被施加到测试样本上时被改变；
通过背景点确定引擎进行确定，以确定一个或多个背景点；
通过可能的声音事件点确定引擎进行确定，以确定一个或多个可能的声音事件点；
通过背景噪声函数曲线内插引擎进行内插，以使用所述背景点对背景噪声函数曲线进行内插；
通过实际的声音事件点确定引擎进行确定，以使用所述可能的声音事件点与所述背景噪声函数曲线来确定一个或多个实际的声音事件点；以及
通过实际的声音事件面积计算引擎进行计算，以计算在所述实际的声音事件点与所述背景噪声函数曲线之间界定的声音事件面积，
其中，当所述负载被施加到测试样本上并且产生所述一个或多个实际的声音事件点时所述测试样本是受损的。
2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，
通过背景点确定引擎进行确定以及通过可能的声音事件点确定引擎进行确定是同时执行的。
3.如权利要求2所述的计算机实现的方法，其特征在于，
当两个连续的数据点之差小于第一阈值时，确定背景点，并且
当两个连续的数据点之差大于第一阈值时，确定可能的声音事件点。
4.如权利要求3所述的计算机实现的方法，其特征在于，
所述第一阈值约为0.05毫伏。
5.如权利要求2所述的计算机实现的方法，其特征在于，
当两个连续的数据点之差小于第二阈值时，确定背景点，并且
当两个连续的数据点之差大于第一阈值时，确定可能的声音事件点。
6.如权利要求5所述的计算机实现的方法，其特征在于，
所述第一阈值约为0.05毫伏，并且
所述第二阈值约为0.01毫伏。
7.如权利要求2所述的计算机实现的方法，其特征在于，
当两个连续的数据点之差小于第二阈值而且为负并且已经接连小于“z”次为负时，或者当两个连续的数据点之差小于第二阈值而且为正并且已经接连小于“u”次为正时，确定背景点，并且
当两个连续的数据点之差大于第一阈值时，确定可能的声音事件点。
8.如权利要求7所述的计算机实现的方法，其特征在于，
所述第一阈值约为0.05毫伏，
所述第二阈值约为0.01毫伏，
所述“z”为二，并且
所述“u”为三。
9.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，
当可能的声音事件点与所述背景噪声函数曲线之差大于第三阈值时，确定实际的声音事件点。
10.如权利要求9所述的计算机实现的方法，其特征在于，
所述第三阈值约为0.08毫伏。
11.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其特征在于，
通过使来自所述背景噪声函数曲线的每一个实际的声音事件点的振幅乘以每一个实际的声音事件点各自的持续时间，来计算每一个声音事件面积。
12.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：
通过累积面积和负载曲线引擎进行生成，以利用在所述实际的声音事件点与用于每一个实际的声音事件点的背景噪声函数曲线之间所界定的累积面积来生成累积面积和负载曲线。
13.如权利要求12所述的计算机实现的方法，其特征在于，
通过利用相应的实际的声音事件点的负载以及相应的实际的声音事件点的累积面积来绘制每一个实际的声音事件点，生成所述累积面积和负载曲线，
其中所述累积面积包括在相应的实际的声音事件点下方以及在所有先前的实际的声音事件点下方的总面积。
14.如权利要求12所述的计算机实现的方法，其特征在于，
用户利用所述累积面积和负载曲线来客观地确定所述测试样本的韧性。
15.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括：
加热所述测试样本。
16.一种用于确定测试样本的韧性的系统，所述系统包括：
声音数据收集模块，用于在将负载施加到测试样本上时收集来自声传感器的声音数据，所述声传感器可通信地耦合到所述测试样本，所述负载在被施加到测试样本上时被改变；
背景点确定模块，用于确定一个或多个背景点；
可能的声音事件点确定模块，用于确定一个或多个可能的声音事件点；
背景噪声函数曲线内插模块，用于使用所述背景点对背景噪声函数曲线进行内插；
实际的声音事件点确定模块，用于使用所述可能的声音事件点与所述背景噪声函数曲线来确定一个或多个实际的声音事件点；以及
实际的声音事件面积计算模块，用于计算在所述实际的声音事件点与所述背景噪声函数曲线之间所界定的声音事件面积，其中，当所述负载被施加到测试样本上并且产生所述一个或多个实际的声音事件点时所述测试样本是受损的。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，
当两个连续的数据点之差小于第一阈值时，确定背景点，并且
当两个连续的数据点之差大于第一阈值时，确定可能的声音事件点。
18.如权利要求16所述的系统，其特征在于，
当可能的声音事件点与背景噪声函数曲线之差大于第三阈值时，确定实际的声音事件点。
19.如权利要求16所述的系统，其特征在于，
通过使来自所述背景噪声函数曲线的每一个实际的声音事件点的振幅乘以每一个实际的声音事件点各自的持续时间，来计算每一个声音事件面积。
20.如权利要求16所述的系统，还包括：
累积面积和负载曲线模块，用于利用在所述实际的声音事件点与用于每一个实际的声音事件点的背景噪声函数曲线之间所界定的累积面积来生成累积面积和负载曲线。
21.如权利要求20所述的系统，其特征在于，
用户利用所述累积面积和负载曲线来客观地确定所述测试样本的韧性。
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