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本實(shí)用新型涉及一種構(gòu)件應(yīng)力測(cè)量裝置，尤其涉及一種利用磁檢測(cè)方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)的儀器。
進(jìn)行檢測(cè)的應(yīng)力分布檢測(cè)儀。
應(yīng)力集中的測(cè)試方法根據(jù)其對(duì)于被測(cè)構(gòu)件是否具有破壞性，可分為有損測(cè)試法與無(wú)損測(cè)試法兩大類(lèi)。盲孔法是破壞性應(yīng)力檢測(cè)的代表性方法，其缺點(diǎn)是檢測(cè)方法復(fù)雜，而且對(duì)被測(cè)構(gòu)件具有不同程度的破壞性。無(wú)損應(yīng)力測(cè)試法有x射線法，超聲檢測(cè)法，磁檢測(cè)方法，光彈檢測(cè)法等。
磁檢測(cè)方法是利用鐵磁材料在應(yīng)力影響下的磁特性變化進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)。通常采用的磁檢測(cè)方法依賴(lài)外部磁場(chǎng)激勵(lì)，也由此帶來(lái)了磁化不均勻、設(shè)備笨重、能源消耗、無(wú)法探查復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、剩磁和磁污染等問(wèn)題。
中國(guó)實(shí)用新型專(zhuān)利(ZL00242001.5)公開(kāi)了一種金屬磁記憶診斷儀，該專(zhuān)利產(chǎn)品是由磁感應(yīng)傳感器陣列、溫度傳感器、距離測(cè)量裝置、放大濾波電路、多路開(kāi)關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CPU系統(tǒng)、顯示裝置組成。其傳感器陣列是由一個(gè)到幾十個(gè)同型號(hào)的霍爾器件并聯(lián)輸入，串聯(lián)輸出組成。該實(shí)用新型主要用于確定鐵磁部件存在缺陷或應(yīng)力集中的位置。由于采用霍爾器件作為測(cè)磁傳感器，決定了該儀器檢測(cè)精度較低，不能發(fā)現(xiàn)弱磁場(chǎng)的微小變化，從而不能發(fā)現(xiàn)應(yīng)力的微小變化；霍爾器件在儀器每次使用前必須調(diào)零，增加了檢測(cè)過(guò)程的復(fù)雜性；霍爾器件的溫度漂移特性使得在儀器的電路結(jié)構(gòu)上必須增加溫度補(bǔ)償電路，以提高儀器的輸入輸出線性度。
本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下：本實(shí)用新型提供的便攜式應(yīng)力分布檢測(cè)儀主要包括由兩個(gè)磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直對(duì)應(yīng)的磁阻器件組成的磁探頭，放大電路，梳狀濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊，單片機(jī)，PDA掌上電腦，磁阻器件置/復(fù)位電路，預(yù)先儲(chǔ)存在單片機(jī)內(nèi)的軟件處理程序以及PDA程序；所述兩磁阻器件的輸出端分別經(jīng)放大電路與梳狀濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連，梳狀濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊輸出端與單片機(jī)的輸入端連接，單片機(jī)的輸出端分別與磁阻器件置/復(fù)位電路、PDA掌上電腦以及梳狀濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊相連；所述的磁阻器件置/復(fù)位電路的輸出端分別與兩個(gè)磁阻器件的輸入端相連。
本實(shí)用新型工作過(guò)程如下：采用兩個(gè)磁阻器件組成磁探頭作為磁傳感器，測(cè)量后的信號(hào)分別經(jīng)過(guò)放大后，并經(jīng)對(duì)50Hz工頻及其各種倍頻干擾具有高抑制比的梳狀濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊處理后，輸入給單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)RS232串口通訊將信號(hào)輸入PDA掌上電腦，掌上電腦處理檢測(cè)數(shù)據(jù)并在液晶顯示器上顯示數(shù)據(jù)，再通過(guò)功能按鍵接收外部輸入操作。單片機(jī)同時(shí)控制A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和采集以及磁阻器件的置/復(fù)位。
本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)，在使用過(guò)程中不需要對(duì)溫度影響進(jìn)行補(bǔ)償，不需要調(diào)零，使用非常簡(jiǎn)單；不需要對(duì)被檢測(cè)鐵磁性對(duì)象專(zhuān)門(mén)勵(lì)磁和對(duì)被測(cè)表面做任何預(yù)處理，允許提離值達(dá)到200mm以上，檢測(cè)速度快、且能夠直觀顯示工件內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，指示出應(yīng)力集中的位置。
采用雙磁阻器件組成垂直梯度計(jì)探頭，在測(cè)量工件曲面時(shí)可有效去除地磁場(chǎng)的影響，進(jìn)一步提高了檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和儀器的可靠性。
由于采用了置/復(fù)位電路，在每次測(cè)量前對(duì)磁阻器件進(jìn)行置/復(fù)位，可有效提高磁阻器件的檢測(cè)靈敏度和線性度；采用對(duì)50Hz工頻及其各種倍頻干擾具有高抑制比的梳狀濾波電路，有效地降低了環(huán)境電磁干擾，使檢測(cè)儀測(cè)磁靈敏度達(dá)27μGauss，可以作為微高斯計(jì)使用，是用霍爾器件作測(cè)磁傳感器的特斯拉計(jì)的有利補(bǔ)充和提高。
本實(shí)用新型帶有可充電電池，能連續(xù)提供8小時(shí)工作所需能源，帶有RS232接口，和PC機(jī)可實(shí)現(xiàn)串口通訊，將便攜式儀器中的檢測(cè)數(shù)據(jù)傳入PC機(jī)中進(jìn)行進(jìn)一步處理，并生成檢測(cè)報(bào)表文件。儀器采用人機(jī)對(duì)話、菜單提示、熱鍵幫助、多種閾值報(bào)警、危險(xiǎn)區(qū)數(shù)據(jù)回放等功能，并可存儲(chǔ)、分析數(shù)據(jù)，具有中、英文軟件版本。
圖2是本實(shí)用新型磁探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3a、3b是本實(shí)用新型實(shí)施例單片機(jī)程序流程框圖。
圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的PDA程序流程框圖。
圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。
兩磁阻器件6的測(cè)磁信號(hào)經(jīng)過(guò)放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換模塊10后，被輸送如到單片機(jī)11后進(jìn)行差動(dòng)處理，到達(dá)PDA掌上電腦15，就得到消除地磁場(chǎng)影響后的被測(cè)工件表面磁場(chǎng)強(qiáng)度，該磁場(chǎng)強(qiáng)度能更準(zhǔn)確地反映工件內(nèi)部應(yīng)力分布情況。
圖2為垂直梯度計(jì)磁探頭7的結(jié)構(gòu)示意圖。由兩個(gè)垂直封裝在距檢測(cè)面14不同高度平面內(nèi)的磁阻器件6組成，且兩磁阻器件磁敏感方向相同。
圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的單片機(jī)程序框圖。單片機(jī)程序由主程序a和中斷子程序b組成。
主程序a：主程序a中設(shè)置了中斷的方式，程序開(kāi)始后首先初始化各控制寄存器及P1端口，延時(shí)以保證標(biāo)定結(jié)束，然后開(kāi)放中斷，對(duì)傳感器復(fù)位、延時(shí)保證A/D轉(zhuǎn)換、采樣結(jié)束之后，置位傳感器，同時(shí)置R7寄存器值為02H，最后通過(guò)串口發(fā)送寄存器中由中斷子程序讀入的數(shù)據(jù)，檢查R7寄存器中的數(shù)值，如果該值為0H，則重新對(duì)傳感器復(fù)位，進(jìn)行下一輪循環(huán)操作；否則，繼續(xù)檢查R7寄存器中的數(shù)值。
中斷子程序b：開(kāi)始后，對(duì)應(yīng)CS5509片轉(zhuǎn)化完畢發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，轉(zhuǎn)入中斷子程。首先選通發(fā)出中斷請(qǐng)求的CS5509的串口并將其片選信號(hào)清零，對(duì)另一片CS5509片選信號(hào)置1，然后中斷子程序通過(guò)移位方式讀入CS5509轉(zhuǎn)化完的數(shù)據(jù)，保存在RAM中，將R7寄存器中數(shù)值減1，中斷返回。
附圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的PDA程序框圖。系統(tǒng)軟件采用菜單操作方式，通過(guò)循環(huán)檢測(cè)相應(yīng)按鍵是否按下決定具體操作。具體步驟如下：如果按下方向選擇鍵使操作數(shù)M等于1，則從外端口讀數(shù)據(jù)、在液晶屏上畫(huà)數(shù)據(jù)波形并在內(nèi)存中暫存數(shù)據(jù)，然后檢測(cè)是否按下退出鍵，如果沒(méi)有按下此鍵，則繼續(xù)進(jìn)行從外端口讀數(shù)據(jù)等一系列操作；如果檢測(cè)到按下退出鍵，則要求輸入文件名保存文件，并繼續(xù)檢測(cè)按鍵按下情況。如果按下方向選擇鍵使操作數(shù)M等于2，則進(jìn)入數(shù)據(jù)文件復(fù)現(xiàn)子程序，要求輸入文件名、輸入需要顯示第K屏、輸入顯示通道A/B，則顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，接下來(lái)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析操作，然后檢測(cè)是否按下退出鍵，如果沒(méi)有按下此鍵，則等待輸入操作數(shù)K；如果檢測(cè)到按下退出鍵，則等待選擇操作數(shù)M。如果按下方向選擇鍵使操作數(shù)M等于3，則退出程序。
附圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的電路原理圖。包括磁敏元件I，信號(hào)處理電路II，控制單元III，磁阻器件置復(fù)位電路IV，電源管理單元V五個(gè)部分組成，圖中用虛線框分開(kāi)。其核心部件為AT89C2051單片機(jī)，其指令系統(tǒng)與8031兼容，內(nèi)部有2K字節(jié)程序存儲(chǔ)器，采用20DIP封裝，減小了儀器的體積。各電路的組成及工作原理分別詳細(xì)說(shuō)明如下：磁敏元件I由Honeywell公司的磁阻器件HMC1001或HMC1021一維磁敏感器件構(gòu)成。
信號(hào)處理電路II由放大及低通濾波芯片AMP04、梳狀濾波及A/D轉(zhuǎn)換芯片CS5509組成。R1和R2分別調(diào)節(jié)兩個(gè)AMP04的放大倍數(shù)；Y1、C3、C4及Y2、C5、C6為CS5509提供32.768KHz頻率的時(shí)鐘，可實(shí)現(xiàn)輸出速率為20字/秒的串行通訊，CS5509提供16位的A/D轉(zhuǎn)換，由第15管腳串行輸出。圖中磁敏元件I由兩個(gè)磁阻器件構(gòu)成雙通道的磁探頭，相應(yīng)的信號(hào)處理電路II也是由相同的兩部分構(gòu)成。
控制單元III由單片機(jī)AT89C2051和MAX232E組成。AT89C2051的P1.6口線提供磁阻元件的原始置復(fù)位信號(hào)，P1.4口線和P3.4口線分別用來(lái)接收兩個(gè)通道A/D轉(zhuǎn)換后的信號(hào)，P3.0口線和P3.1口線用于串口通訊。
磁阻器件置復(fù)位電路IV由功率放大芯片IRF7105和電壓變換芯片MAX662A組成。MAX662A及電容C15、C16將5V電源電壓變?yōu)?2V直流電壓，以滿(mǎn)足IRF7105的電源要求。IRF7105以及外圍電路可以向磁阻元件提供4A的置復(fù)位脈沖電流。
電源管理單元V由TPS76350和電容C21、C20組成，可以將外部6V電源電壓轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)所需的5V工作電壓。