CN103837269A - 基于arm9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪。该焊接残余应力检测仪包括九极磁传感器、激励装置、频率发生装置、信号处理装置、数据采集装置、ARM9嵌入式系统以及供电装置70。在这些组成部件的共同作用下，本发明的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，以电磁的方法测量被测工件表面的残余应力，实现了快速高效的检测功能，同时可以根据不同的被测工件而调节激励频率和检测灵敏度，具有较强的适应性。

Description

基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪

技术领域

本发明涉及残余应力检测设备技术领域，尤其涉及一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪。

背景技术

在锅炉、压力容器、压力管道、起重机械以及游乐设施等大型设备的制造过程中，冷热加工（如冷轧、冷弯、切削、铸造、焊接等）后，一般都存在残余应力。残余应力对结构强度、断裂韧性，特别是对材料的耐腐蚀性和疲劳寿命有很大影响，目前为止所发生的许多破坏事故中，不少是由残余应力引起的。因此，结构和材料残余应力准确、快速测量对残余应力防治具有非常重要的意义。

目前残余应力的测量方法可分为两大类，一类是应变部分释放的盲孔法和应变全部释放的截条法，这类方法在测定中对构件造成破坏，因此是一种破坏、半破坏性方法。另一类方法是根据由于材料的某些物理量（如晶格常数）在应力场的作用下会发生变化，通过测量这些物理量的变化，间接地计算出物体内的应力状态，如工业上较常用的中子衍射、射线、超声波及磁性法等，这类方法是一种非破坏的物理方法。但各种方法都有一定局限性，如设备贵重，操作复杂，测试周期长，应用范围窄等。

因此，需要一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，包括：九极磁传感器，所述九极磁传感器用于放置在被测工件的表面，将所述被测工件的表面磁化，检测被测工件表面的残余应力并生成残余应力信号；激励装置，所述激励装置与所述九极磁传感器连接，用于为所述九极磁传感器提供磁化所述被测工件的表面所需的能量；频率发生装置，所述频率发生装置与所述激励装置连接，用于为所述激励装置提供信号；信号处理装置，所述信号处理装置与所述九极磁传感器连接，用于处理、同步以及放大来自所述九极磁传感器的残余应力信号；数据采集装置，所述数据采集装置与所述信号处理装置连接，用于将来自所述信号处理装置的信号由模拟信号转换为数字信号；ARM9嵌入式系统，所述ARM9嵌入式系统与所述数据采集装置连接，用于接收来自所述数据采集装置的信号，所述ARM9嵌入式系统还与所述频率发生装置连接，用于控制所述频率发生装置发生信号和调节该信号的频率；供电装置，所述供电装置用于为所述基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪提供所需的电能。

优选地，所述九极磁传感器设置为能够产生100Hz至1000Hz的交变磁场。

优选地，所述激励装置设置为包括功率放大器和输出阻抗匹配模块。

优选地，所述频率发生装置设置为包括DA发生器和运放单元。

优选地，所述信号处理装置包括：前置放大装置，所述前置放大装置用于处理来自所述九极磁传感器的所述残余应力信号；移相器，所述移相器用于将不同通道的所述残余应力信号同步；差分放大器，所述差分放大器用于放大来自不同通道的所述残余应力信号的差异信号。

优选地，所述数据采集装置包括：AD采集器，所述AD采集器用于将模拟信号转换为数字信号；通讯模块，所述通讯模块用于向所述ARM9嵌入式系统传输所述数字信号。

优选地，所述ARM9嵌入式系统设置为具有数据库、软件系统、外围设备。

优选地，所述软件系统包括频率发生和调节模块、采集模块、滤波模块、数据处理模块、存储模块以及数据库管理模块。

优选地，所述供电装置包括UPS电源。

根据本发明的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，以电磁的方法测量被测工件表面的残余应力，实现了快速高效的检测功能，同时可以根据不同的被测工件而调节激励频率和检测灵敏度，具有较强的适应性。

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施方式及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，

图1为根据本发明一种实施方式的基于ARM9嵌入系统的焊接残余应力检测仪的组成结构示意图；

图2为根据本发明一种实施方式的ARM9嵌入系统的外围设备连接结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

本发明公开了一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其组成结构如图1所示，包括九极磁传感器、激励装置、频率发生装置、信号处理装置、数据采集装置、ARM9嵌入式系统以及供电装置。其中，九极磁传感器用于放置在被测工件的表面，将被测工件的表面磁化，检测被测工件表面的残余应力并生成残余应力信号；激励装置与九极磁传感器连接，用于为九极磁传感器提供磁化被测工件的表面所需的能量；频率发生装置与激励装置连接，用于为激励装置提供稳定可靠的信号；信号处理装置与九极磁传感器连接，用于处理、同步以及放大来自九极磁传感器的残余应力信号；数据采集装置与信号处理装置连接，用于将来自信号处理装置的信号由模拟信号转换为数字信号；ARM9嵌入式系统与数据采集装置连接，用于接收来自数据采集装置的信号，ARM9嵌入式系统还与频率发生装置连接，用于控制频率发生装置发生信号和调节该信号的频率；供电装置则为整个焊接残余应力检测仪器提供正常运行所需的电能。

根据本发明提供的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，以电磁的方法测量被测工件表面的残余应力，实现了快速高效的检测功能，同时可以根据不同的被测工件而调节激励频率和检测灵敏度，具有较强的适应性。

下面分别对本发明提供的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪的各个部分进行说明。

九极磁传感器设置为能够产生100Hz-1000Hz的交变磁场，用于激励和磁化被检工件的表面。在进行测量时，需要将九极磁传感器放置在被测工件的表面，以检测被测工件表面的残余应力。在检测的同时，九极磁传感器也可以接收工件表面的磁场信号。

九极磁传感器具体包括励磁装置、磁传感器装置、高导磁器件、数据预处理装置、供电装置以及外壳。其中，励磁装置用于产生励磁电流；磁传感器装置用于检测被测物体的磁信号，并将检测到的磁信号转换为电信号；高导磁器件用于作为磁场流通的通道，高导磁器件包括沿圆周方向均匀间隔开的8个骨架，励磁装置位于高导磁器件的中央，该励磁装置用于发射磁信号，而8个缠绕有线圈的骨架用于接收反馈回来的磁信号；数据预处理装置用于将电信号转换为数字信号；供电装置用于为九极磁传感器的各个元件提供电能；外壳则用来容纳上述的励磁装置、磁传感器装置、高导磁器件、数据预处理装置以及供电装置。

激励装置包括功率放大器和输出阻抗匹配模块，用于在测量时为九极磁传感器提供磁化被测工件表面的能量。

频率发生装置包括DA发生器和运放单元，并且该频率发生装置能够产生100Hz-1000Hz的可调频率，从而对信号进行初期放大和滤波，成为激励装置的稳定的信号来源。

从图1中可以看出，信号处理装置包括前置放大装置、移相器以及差分放大器。其中，前置放大装置包括一组精密的运算放大器，用于处理九极磁传感器采集回来的残余应力信号。移相器能够小范围的移动相位，用于将来自九极磁传感器的不同通道的残余应力信号同步进行同步。差分放大器能够放大来自九极磁传感器的不同通道采集回来的差异信号，该差异信号是残余应力差异的主要表征信号。

数据采集装置用于把模拟信号转化成ARM9嵌入式系统能够识别的数字信号，包括AD采集器和用于与ARM9嵌入式系统通讯的通讯模块。AD采集器的作用是将模拟信号转换为数字信号，以便ARM9嵌入式系统能够处理，而转换后的数字信号则由通讯模块传输至ARM9嵌入式系统。

ARM9嵌入式系统是整个检测仪的中央处理单元，具有数据库和软件系统，其外围连接有外部控制、功能按键、触摸屏、SD存储卡等外围设备（参见图2）。而软件系统配备有频率发生和调节模块，采集模块，滤波模块，数据处理模块，存储模块，数据库管理模块。其中频率发生和调节模块主要用于控制频率发生装置。该软件系统针对残余应力的特点，实现信号处理和滤波，具有强大的数据管理功能。

最后，供电装置可以包括UPS电源（不间断电源），当主电源输入正常时，UPS电源将主电源稳压后供应给检测仪使用，此时的UPS电源相当于一台交流电稳压器，同时它还向机内电池充电。当主电源断电时，UPS电源立即将其内部电池的电能，通过逆变转换的方法向检测仪继续供应220V交流电，使检测仪维持正常工作并保护检测仪的软、硬件不受损坏。

下面将介绍如何使用本发明提供的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪对被测工件的表面进行检测。

步骤一、在检修期间，处理好被测结构焊接材料表面；

步骤二、连接好本九极磁传感器；

步骤三、打开检测仪，待1-2分钟至仪器稳定；

步骤四、将本九极磁传感器放置在被测工件的表面；

步骤五、设置合理的驱动频率和驱动电压，设置合理的采集速率和灵敏度，调试各个部件，直到检测仪接收到的信号稳定和正确；

步骤六、运用系统软件执行各种检测功能，显示并存储监测的结果。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (9)

1.一种基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，包括：

九极磁传感器，所述九极磁传感器用于放置在被测工件的表面，将所述被测工件的表面磁化，检测被测工件表面的残余应力并生成残余应力信号；

激励装置，所述激励装置与所述九极磁传感器连接，用于为所述九极磁传感器提供磁化所述被测工件的表面所需的能量；

频率发生装置，所述频率发生装置与所述激励装置连接，用于为所述激励装置提供信号；

信号处理装置，所述信号处理装置与所述九极磁传感器连接，用于处理、同步以及放大来自所述九极磁传感器的残余应力信号；

数据采集装置，所述数据采集装置与所述信号处理装置连接，用于将来自所述信号处理装置的信号由模拟信号转换为数字信号；

ARM9嵌入式系统，所述ARM9嵌入式系统与所述数据采集装置连接，用于接收来自所述数据采集装置的信号，所述ARM9嵌入式系统还与所述频率发生装置连接，用于控制所述频率发生装置发生信号和调节该信号的频率；

供电装置，所述供电装置用于为所述基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪提供所需的电能。

2.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述九极磁传感器设置为能够产生100Hz至1000Hz的交变磁场。

3.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述激励装置设置为包括功率放大器和输出阻抗匹配模块。

4.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述频率发生装置设置为包括DA发生器和运放单元。

5.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述信号处理装置包括：

前置放大装置，所述前置放大装置用于处理来自所述九极磁传感器的所述残余应力信号；

移相器，所述移相器用于将不同通道的所述残余应力信号同步；

差分放大器，所述差分放大器用于放大来自不同通道的所述残余应力信号的差异信号。

6.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述数据采集装置包括：

AD采集器，所述AD采集器用于将模拟信号转换为数字信号；

通讯模块，所述通讯模块用于向所述ARM9嵌入式系统传输所述数字信号。

7.按照权利要求1所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述ARM9嵌入式系统设置为具有数据库、软件系统、外围设备。

8.按照权利要求7所述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述软件系统包括频率发生和调节模块、采集模块、滤波模块、数据处理模块、存储模块以及数据库管理模块。

9.按照权利要求1述的基于ARM9嵌入式系统的焊接残余应力检测仪，其特征在于，所述供电装置包括UPS电源。

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