CN103499637A - 一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置 - Google Patents

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Abstract

一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，包括三个以上的三轴磁场传感器，三轴磁场传感器的信号输出和FPGA的输入连接，FPGA的输出和主控芯片的输入连接，主控芯片的输出和USB接口连接，USB接口通过外部线缆，将数据发送出去，三轴磁场传感器的数目可以根据被检测对象的大小进行调整，实现对不同检测精度要求的良好适应，FPGA具有丰富的IO接口，起到数据整理与发送的中继作用，可以满足多路数据的并行接入，主控芯片采用USB方式发送数据，传输速度高，不易受干扰，本发明具有空间精确度高且多路采集同步进行的优点，抗干扰能力强、检测精度高、结构简单、易于使用。

Description

一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置
技术领域
本发明涉及信号采集装置技术领域，具体涉及一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置。
背景技术
作为一种常见的铁磁性材料：钢铁在国民经济中应用极为广泛，但很多钢制产品在使用过程中受外界环境的腐蚀和载荷作用，材料可能会出现缺陷，导致材料结构、形状发生变化。对铁磁性材料制品进行漏磁检测来发现缺陷是目前应用最为广泛的一种无损检测技术。当前漏磁检测设备主要采用一维漏磁检测，但为了精准地确定缺陷的大小，往往需要检测缺陷的三维漏磁场。
在《电测与仪表》中已发表的文献“三维漏磁检测实验平台的研制”（出版日：2011.4，期刊号：ISSN：1001-1390）中公开了一种检测方案：使用3个磁传感器紧密安装在一起，且相互垂直，分别用于检测管道某个位置的径向、轴向和周向漏磁分量，可以实现三维漏磁场的检测。在另一篇刊登在《机电产品开发与创新》的文献“基于三维漏磁测量的腐蚀检测探头设计”（出版日：2011.6，期刊号：1002-6673）中，也提出了一种类似的方案：将3个霍尔传感器分xyz三个方向摆放，分别探测各方向的漏磁场强度，实现缺陷三维漏磁检测。申请号为201010266215.X的专利申请“低功耗智能三维漏磁检测探头”和申请号为201110051160.5的专利申请“金属管道腐蚀缺陷全数字化三维漏磁信号采集系统”也均是通过使用三个一维漏磁传感器来分别测量三个相互垂直方向上的磁场分量，来达到三维漏磁检测的目的，但两篇文献以及两个专利申请中提到的这种三维检测方式存在着固有缺陷，即不可能将多个磁敏传感器的测点位置重合在一点，受传感器本身大小所限，两个传感器检测中心之间的距离至少是3-4mm，因此在测量空间某点的三维漏磁场时实际测得的是空间中三个不同点上的漏磁场数据，存在较大位置误差；同时，在上述文献和专利申请中所提出的三维漏磁检测均采用多路复用的方式，对每组传感器进行分时选通，这就导致不同组的传感器在测量磁场时存在着时间上的差异。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，具有空间精确度高且多路采集同步进行的优点，抗干扰能力强、检测精度高、结构简单、易于使用。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，包括三个以上的三轴磁场传感器，三轴磁场传感器的信号输出和FPGA的输入连接，FPGA的输出和主控芯片的输入连接，主控芯片的输出和USB接口连接，USB接口通过外部线缆，将数据发送出去。
所述每个三轴磁场传感器芯片均有独立选通端口，能够感知三维磁场强度，直接测出三个相互垂直方向上的磁场强度值，采用SPI数据通讯协议直接对外输出数字量。
所述的FPGA具有IO接口，能够并行读取和发送数据。
所述的主控芯片具有并行接口，具备缓存，能够对数据做分析和打包处理。
所述的三轴磁场传感器U1-U8的1脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的VCC相连接3.3V电源，传感器组U1-U8的2脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的GND脚相连接地；三轴磁场传感器U1-U8每个芯片的3脚和4脚分别接到FPGA U9的通用IO口IO1-IO16，FPGA U9的通用IO口IO17-IO24与主控芯片U10的S0-S7相连，主控芯片U10的USB_VBUS，USB_DM，USB_DP分别与USB接口U11的VBUS，D-，D+相连。
所述的三轴磁场传感器U1-U8选用mlx90393芯片。
所述的FPGA U9选用EP1C6T144C6。
所述的主控芯片U10选用LPC3131。
在本发明中，三轴磁场传感器的数目可以根据被检测对象的大小进行调整，实现对不同检测精度要求的良好适应，FPGA具有丰富的IO接口，起到数据整理与发送的中继作用，可以满足多路数据的并行接入，主控芯片采用USB方式发送数据，传输速度高，不易受干扰。
本发明的主要特点在于：
1.对材料缺陷进行三维漏磁检测，缺陷漏磁场定位准确，检测精度高。
2.能够精确测量空间某一点的三个相互垂直方向上的漏磁场分量，
根据所测数据反演出的磁场分布与实际情况更为吻合。
3.消除了其他方法中磁传感器的选通时间延迟，实现了多路数据采集同时进行。
4.结构简单，便于使用和维护。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细描述本发明。
参照图1，一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，包括8个三轴磁场传感器，8个三轴磁场传感器的信号输出和FPGA的输入连接，FPGA的输出和主控芯片的输入连接，主控芯片的输出和USB接口连接，USB接口通过外部线缆，将数据发送出去。
所述每个三轴磁场传感器芯片均有独立选通端口，能够感知三维磁场强度，直接测出三个相互垂直方向上的磁场强度值，采用SPI数据通讯协议直接对外输出数字量。
所述的FPGA具有丰富的IO接口，能够并行读取和发送数据。
所述的主控芯片具有并行接口，具备缓存，能够对数据做分析和打包处理。
本发明的电路连接原理图参见图2，其中三轴磁场传感器U1-U8的1脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的VCC相连接3.3V电源，传感器组U1-U8的2脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的GND脚相连接地；三轴磁场传感器U1-U8每个芯片的3脚和4脚分别接到FPGA U9的通用IO口IO1-IO16，FPGA U9的通用IO口IO17-IO24与主控芯片U10的S0-S7相连，主控芯片U10的USB_VBUS，USB_DM，USB_DP分别与USB接口U11的VBUS，D-，D+相连。
所述的三轴磁场传感器U1-U8选用mlx90393芯片。
所述的FPGA U9选用EP1C6T144C6。
所述的主控芯片U10选用LPC3131。
本发明的工作原理为：
FPGA根据主控芯片发出的采集命令控制三轴磁场传感器组进行数据采集，三轴磁场传感器组完成数据采集后按照SPI通讯协议将数据发送到FPGA，FPGA接收多路磁传感器发送来的测量数据，按照一定顺序对数据进行排序，并以8位数据格式并行发送给主控芯片，主控芯片接收FPGA发送来的数据，将检测时诸如检测时间等其他信息加入数据打包后通过USB接口发出。
本发明共有8个三轴磁场传感器，每个传感器可独立测出空间某点的三个相互垂直的空间向量上的漏磁场信号，FPGA控制传感器进行数据采集，每个传感器与FPGA进行独立通讯，相互之间互不影响，可以实现数据的同时采集和同时收发。与其他三维漏磁场数据采集方式相比，本例使用的传感器数目为其他方式的1/3，同时能够精确测得的空间一点上的三维磁场数据，并实现了对空间中不同点的磁场数据的同时采集。
本例经试验，结构简单，通用性好，便于维护。
上述实施例只为说明本发明的技术构思和特点，其目的在于让了熟悉该技术的人能够了解本发明的内容并予以实施。凡是在本发明技术方案的基础上进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，包括三个以上的三轴磁场传感器，其特征在于：三轴磁场传感器的信号输出和FPGA的输入连接，FPGA的输出和主控芯片的输入连接，主控芯片的输出和USB接口连接，USB接口通过外部线缆，将数据发送出去。
2.根据权利要求1所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的三轴磁场传感器芯片均有独立选通端口，能够感知三维磁场强度，直接测出三个相互垂直方向上的磁场强度值，采用SPI数据通讯协议直接对外输出数字量。
3.根据权利要求1所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的FPGA具有IO接口，能够并行读取和发送数据。
4.根据权利要求1所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的主控芯片具有并行接口，具备缓存，能够对数据做分析和打包处理。
5.根据权利要求1所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的三轴磁场传感器U1-U8的1脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的VCC相连接3.3V电源，传感器组U1-U8的2脚相连后与FPGA U9和主控芯片U10的GND脚相连接地；三轴磁场传感器U1-U8每个芯片的3脚和4脚分别接到FPGA U9的通用IO口IO1-IO16，FPGA U9的通用IO口IO17-IO24与主控芯片U10的S0-S7相连，主控芯片U10的USB_VBUS，USB_DM，USB_DP分别与USB接口U11的VBUS，D-，D+相连。
6.根据权利要求5所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的三轴磁场传感器U1-U8选用mlx90393芯片。
7.根据权利要求5所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的FPGA U9选用EP1C6T144C6。
8.根据权利要求5所述的一种全数字化高精度三维漏磁信号采集装置，其特征在于：所述的主控芯片U10选用LPC3131。
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