CN111610250A - 一种智能剩磁检测试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种智能剩磁检测试验装置，该装置磁传感器的检测信号输出端口与A/D转换器的检测信号输入端口相连，A/D转换器的检测信号输出端口与单片机的检测信号输入端口相连，单片机的P2.5端口与励磁及退磁系统的信号输入口相连，单片机的复位信号输入端口与复位中断控制器的复位信号输出端口相连，单片机的中断信号输入端口与外部复位中断控制器的中断信号输出端口相连，单片机的存储信号输出端口与外接扩展存储器的存储信号输入端口相连，励磁及退磁系统与磁传感器分别安装在推拉车床上部。本发明可利用的系统设置与车床的推拉方向实现励磁与退磁两种功能，并可通过电流调节激励磁场强度。

Description

一种智能剩磁检测试验装置
技术领域
本发明属于磁性法检测研究领域，尤其涉及一种智能剩磁检测试验装置。
背景技术
随着现代生产力的发展，金属已经应用到我们生活的各个领域，可由于金属的应力损伤所带来的经济损失也逐年增多。但一般的无损检测技术只能检测已经形成的裂纹或缺陷，而不能对由于应力集中引起的疲劳破坏进行早期检测。剩磁作为金属的基本材料属性，表示金属材料在经过强磁磁化后，材料表面的剩余磁场。其与构件所受外部载荷有很好对应关系，可以利用剩磁在线检测金属构件所受的应力。但由于剩磁检测技术的磁力学机理复杂，理论研究与工程试验还处于初级阶段，至今没有一套专门、系统的装置为剩磁的检测和试验提供支持。这也不同程度的影响了剩磁应力检测技术的研究进展。
发明内容
发明目的：
本发明提供一种智能剩磁检测试验装置，其目的在于解决金属由于应力集中引起的疲劳破坏的早期没有无损检测装置、方法的问题。
技术方案：
一种智能剩磁检测试验装置，该装置包括单片机、推拉车床、磁传感器、A/D转换器、扩展存储器、复位中断控制器，还包括励磁及退磁系统，磁传感器的检测信号输出端口与A/D转换器的检测信号输入端口相连，A/D转换器的检测信号输出端口与单片机的检测信号输入端口相连，单片机的P2.5端口与励磁及退磁系统的信号输入口相连，单片机的复位信号输入端口与复位中断控制器的复位信号输出端口相连，单片机的中断信号输入端口与外部复位中断控制器的中断信号输出端口相连，单片机的存储信号输出端口与外接扩展存储器的存储信号输入端口相连，励磁及退磁系统与磁传感器分别安装在推拉车床上部；
励磁及退磁系统由D/A转化器、信号放大器、滑动变阻器、电流表、磁激励线圈组成，D/A转化器的输入口与单片机的P2.5口相连，输出口与信号放大器的输入口相连；信号放大器的输出口经过滑动变阻器和电流表与磁激励线圈相连，磁激励线圈固定在推拉车床的中部固定结构上，检测的样品放置于推拉车床的前后两侧可移动结构上。
单片机的P0端口与A/D转换器的数据接入端口D端口相连，扩展存储器的74LS373芯片的A0、A1、A2端口分别与A/D转换器的A、B、C端口对应相连；单片机的13脚与第二非门输出端相连，第二非门输入端与A/D转换器的EOC端口相连，单片机的16脚与第一与门的第一输入端相连，单片机的21脚分别与第一与门的第二输入端、第二与门的第一输入端相连，单片机的17脚与第二与门的第二输入端相连；第一与门的输出端与第三非门输入端相连，第三非门输出端分别与A/D转换器的ST端口、ALE端口相连；第二与门的输出端与第四非门输入端相连，第四非门输出端与A/D转换器的OE端口相连；单片机的30脚通过取二分之一值电路与A/D转换器的CLK端口相连；A/D转换器的IN0口作为信号接入口与霍尔传感器C口相连，霍尔传感器A口接电源，霍尔传感器B口接地，A/D转换器的IN1口作为信号接入口与接如箔式应变片电桥的信号输出口。
单片机上设置三个开关K1、K2、K3，分别控制系统的复位、数据采集、测试材料的励磁与退磁；复位系统采用开关K1外接一个电容C1并联后与单片机RES口相连，外接一个电阻R1接地；开关K2外接一个电容C2并联后与单片机INT0口相连，外接一个电阻R2接地；K3开关外接一个电容C3并联后与单片机的INT1口相连。
电容C1、C2和C3均为10uF，电阻R1、R2和R3均为10K。
扩展存储器包括74LS373芯片和HM628128RAM芯片，单片机的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与74LS373的芯片18、17、14、13、8、7、4、3脚对应相连，单片机的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与HM628128RAM芯片的21、20、19、18、17、15、14、13脚对应相连，74LS373的芯片19、16、15、12、9、6、5、2脚分别与HM628128RAM芯片的5、6、7、8、9、10、11、12脚对应相连，单片机的17、18脚分别与HM628128RAM芯片的24、29对应相连；单片机的1、2脚分别与HM628128RAM芯片的2、31脚对应相连，单片机的27、26、25、24、23、22、21分别与HM628128RAM芯片的3、28、4、25、23、26、27脚对应相连；HM628128RAM芯片的22脚与译码电路相连；单片机的30脚与74LS373芯片的11脚相连。
本发明有益效果：
本发明利用磁激励线圈作为本发明的励磁与退磁系统，可利用的系统设置与车床的推拉方向实现励磁与退磁两种功能，并可通过电流调节激励磁场强度。功能全面、操作方便，可为多种工程金属材料的剩磁检测与试验提供技术支持。从而解决了金属由于应力集中引起的疲劳破坏早期的无损检测问题。
本发明利用单片机作为控制系统，将其他各检测单元统一控制，并将检测数据实时存入对应存储单元，操作简洁、方便，且不影响占地面积。
附图说明
图1为产品的外部结构图；
图2为系统主程序流程图；
图3为中断服务程序流程图；
图4为数据采集中断服务子程序流程图；
图5为励磁及退磁系统控制子程序流程图；
图6为霍尔传感器结构图；
图7为数据采集系统电路图；
图8为存储器扩展电路图；
图9为复位系统与中断控制电路图；
图中标注：1、单片机，2、推拉车床，3、磁传感器，4、A/D转换器，5、扩展存储器，6、复位中断控制器，7、D/A转化器，8、信号放大器，9、滑动变阻器，10、电流表，11、磁激励线圈。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
如图1所示，一种智能剩磁检测试验装置，该装置包括单片机1、推拉车床2、磁传感器3、A/D转换器4、扩展存储器5、复位中断控制器6，其特征在于：还包括励磁及退磁系统，磁传感器3的检测信号输出端口与A/D转换器4的检测信号输入端口相连，A/D转换器4的检测信号输出端口与单片机1的检测信号输入端口相连，单片机1的P2.5端口与励磁及退磁系统的信号输入口相连，单片机1的复位信号输入端口与复位中断控制器6的复位信号输出端口相连，单片机1的中断信号输入端口与外部复位中断控制器6的中断信号输出端口相连，单片机1的存储信号输出端口与外接扩展存储器5的存储信号输入端口相连，励磁及退磁系统与磁传感器3分别安装在推拉车床2上部；将磁传感器3悬挂子在推拉车床2上部进行剩磁信号检测。
励磁及退磁系统由D/A转化器7、信号放大器8、滑动变阻器9、电流表10、磁激励线圈11组成，D/A转化器7的输入口与单片机1的P2.5口相连，输出口与信号放大器8的输入口相连；信号放大器8的输出口经过滑动变阻器9和电流表10与磁激励线圈11相连，磁激励线圈11螺栓固定在推拉车床2的中部固定结构上，检测的样品放置于推拉车床2的前后两侧可移动结构上。即当推拉车床2可移动结构向前运动时，推拉车床2后侧的样品能够穿入磁激励线圈11内，为退磁过程；当推拉车床2可移动结构向后运动时，推拉车床2前侧的样品能够穿入磁激励线圈11内，为励磁过程。推拉车床2为现有任何能够实现相对运动的车床。
磁传感器3采用49E型霍尔传感器，如图6所示。
单片机1的程序包括系统调用主程序，及作为中断服务子程序的据采集子程序与励磁及退磁系统控制子程序；系统主程序采用汇编伪指令设置AUDB作为磁信号实验数据存放首地址。
如图7所示，数模转换，A/D转换器4采集的模拟信号，转成数值信号给单片机1。具体为，A/D转换器4采用AD0809芯片，单片机1采用80C51芯片。单片机1的P0端口与AD0809芯片的数据接入端口D端口相连，74LS373芯片的A0、A1、A2端口分别与AD0809芯片的A、B、C端口对应相连；单片机1的13脚与第二非门输出端相连，第二非门输入端与AD0809芯片的EOC端口相连，单片机1的16脚与第一与门的第一输入端相连，80C51芯片的21脚分别与第一与门的第二输入端、第二与门的第一输入端相连，单片机1的17脚与第二与门的第二输入端相连；第一与门的输出端与第三非门输入端相连，第三非门输出端分别与AD0809芯片的ST端口、ALE端口相连；第二与门的输出端与第四非门输入端相连，第四非门输出端与AD0809芯片的OE端口相连；单片机1的30脚通过取二分之一值电路与AD0809芯片的CLK端口相连；AD0809芯片的IN0口作为信号接入口与霍尔传感器C口相连，霍尔传感器A口接电源，霍尔传感器B口接地。AD0809芯片的IN1口作为信号接入口与接如箔式应变片电桥的信号输出口。
如图9所示，单片机1上设置三个开关K1、K2、K3，分别控制系统的复位、数据采集、测试材料的励磁与退磁；复位系统采用开关K1外接一个电容C1和一个电阻R1组成外接复位系统；其中将开关K1与一个10uF电容C1并联后分别与80C51单片机1RES口、经过一个10K电阻R1与地分别相连，从而组成复位系统，即当K1键被按下时，系统复位从新工作；两个中断系统分别采用开关K2、K3外接一个电容和一个电阻组成外接中断系统；即K2开关与一个10uF电容C2并联后经过一个非门与80C51单片机1的INT0口相连，再经过一个10K电阻R2与地分别相连，K3开关与一个10uF电容C3并联后经过一个非门与80C51单片机1的INT1口相连，再经过一个10K电阻R3与地分别相连，从而组成两个中断系统，即当K2被按下时系统采集磁信号；当K3被按下时，开启励磁及退磁系统，进行材料的励磁或退磁。
如图8所示，扩展存储器5包括74LS373芯片和HM628128RAM芯片，单片机1的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与74LS373的芯片18、17、14、13、8、7、4、3脚对应相连，单片机1的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与HM628128RAM芯片的21、20、19、18、17、15、14、13脚对应相连，74LS373的芯片19、16、15、12、9、6、5、2脚分别与HM628128RAM芯片的5、6、7、8、9、10、11、12脚对应相连，单片机1的17、18脚分别与HM628128RAM芯片的24、29对应相连；单片机1的1、2脚分别与HM628128RAM芯片的2、31脚对应相连，单片机1的27、26、25、24、23、22、21分别与HM628128RAM芯片的3、28、4、25、23、26、27脚对应相连；HM628128RAM芯片的22脚与译码电路相连；单片机1的30脚与74LS373芯片的11脚相连。
如图2所示，系统主程序首先将R0寄存器指针指向磁信号实验数据存放首地址AUDB，然后加入一个‘死循环’的延时等待程序，等待进行中断控制。
如图3所示，当INT0、INT1引脚为‘0’时执行中断服务子程序，中断服务程序首先保护‘程序现场’和‘断点’后开中断，执行中断服务子程序，执行子程序后关中断，然后恢复‘程序现场’和‘断点’，继续执行主程序。
如图4所示，当INT0引脚为‘0’时执行数据采集中断服务子程序，首先将寄存器R2中值设为50D作为计数使用，启动IN0通道进行A/D转换，延时等待一段时间，将转换后的数值放入R1指向区，R1指针指向下一存储单元，将R2寄存器中数值减1后再存回R2寄存器中，判断R2寄存器中数值是否为零，不为零则再次启动IN0通道进行A/D转换，完成一次新的循环，为零则跳出循环，这样经过50次的循环，就可以将磁信号数据存入AUDB为首地址的存储区中。
如图5所示，当INT1引脚为‘0’时执行励磁及退磁系统控制子程序，将单片机1的P2.5口输出信号1，即可开启了励磁及退磁系统。
智能剩磁检测试验装置的操作方法， 步骤为：
步骤一：安装好剩磁检测试验装置；
步骤二：将待测材料放置于推拉车床2前后两侧可移动结构上，分别按下单片机1的K2、K3按钮，开启励磁及退磁系统与磁传感器3；进行材料的励磁或退磁；
步骤三：检测材料剩磁强度数据，存储数据；利用推拉车床2的相对移动，令测试材料依次通过励磁及退磁系统与磁传感器3，这样一组剩磁检测数据便记录在单片机1相应的存储空间中。
步骤四：材料退磁；这时利用推拉车床2反向推回测试材料，便可完成材料的退磁过程。
步骤五：剩磁强度比对。比对母材与焊缝处信号差值，判断无损检测情况。
实施例1
本发明所述设置励磁及退磁系统通电电流分别为10A、7.5A、5A、2.5A。将含焊缝的X80钢条试件依次通过励磁系统与磁传感器，测得试件母材处平均剩磁强度分别为550000mT、950000mT、980000mT、1000000mT，焊缝处平均剩磁强度为850000mT、1350000mT、1380000mT、13000000，母材与焊缝处有明显的信号差值，可进行剩磁的应力检测。
实施例2
本发明所述设置励磁及退磁系统通电电流为2.5A。拉力对应屈服强度百分比分别为50%、75%，100%，110%。将含裂纹的X80钢条试件依次通过励磁系统与磁传感器，测得试件母材处平均剩磁强度为510000mT、550000mT、470000mT、430000，裂纹处平均剩磁强度为700000mT、720000mT、690000mT、620000，母材与裂纹处有明显的信号差值，可进行剩磁的应力检测。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种智能剩磁检测试验装置，该装置包括单片机（1）、推拉车床（2）、磁传感器（3）、A/D转换器（4）、扩展存储器（5）、复位中断控制器（6），其特征在于：还包括励磁及退磁系统，磁传感器（3）的检测信号输出端口与A/D转换器（4）的检测信号输入端口相连，A/D转换器（4）的检测信号输出端口与单片机（1）的检测信号输入端口相连，单片机（1）的P2.5端口与励磁及退磁系统的信号输入口相连，单片机（1）的复位信号输入端口与复位中断控制器（6）的复位信号输出端口相连，单片机（1）的中断信号输入端口与外部复位中断控制器（6）的中断信号输出端口相连，单片机（1）的存储信号输出端口与外接扩展存储器（5）的存储信号输入端口相连，励磁及退磁系统与磁传感器（3）分别安装在推拉车床（2）上部；
励磁及退磁系统由D/A转化器（7）、信号放大器（8）、滑动变阻器（9）、电流表（10）、磁激励线圈（11）组成，D/A转化器（7）的输入口与单片机（1）的P2.5口相连，输出口与信号放大器（8）的输入口相连；信号放大器（8）的输出口经过滑动变阻器（9）和电流表（10）与磁激励线圈（11）相连，磁激励线圈（11）固定在推拉车床（2）的中部固定结构上，检测的样品放置于推拉车床（2）的前后两侧可移动结构上。
2.根据权利要求1所述的一种智能剩磁检测试验装置，其特征在于：单片机（1）的P0端口与A/D转换器（4）的数据接入端口D端口相连，扩展存储器（5）的74LS373芯片的A0、A1、A2端口分别与A/D转换器（4）的A、B、C端口对应相连；单片机（1）的13脚与第二非门输出端相连，第二非门输入端与A/D转换器（4）的EOC端口相连，单片机（1）的16脚与第一与门的第一输入端相连，单片机（1）的21脚分别与第一与门的第二输入端、第二与门的第一输入端相连，单片机（1）的17脚与第二与门的第二输入端相连；第一与门的输出端与第三非门输入端相连，第三非门输出端分别与A/D转换器（4）的ST端口、ALE端口相连；第二与门的输出端与第四非门输入端相连，第四非门输出端与A/D转换器（4）的OE端口相连；单片机（1）的30脚通过取二分之一值电路与A/D转换器（4）的CLK端口相连；A/D转换器（4）的IN0口作为信号接入口与霍尔传感器C口相连，霍尔传感器A口接电源，霍尔传感器B口接地，A/D转换器（4）的IN1口作为信号接入口与接如箔式应变片电桥的信号输出口。
3.根据权利要求1所述的一种智能剩磁检测试验装置，其特征在于：单片机（1）上设置三个开关K1、K2、K3，分别控制系统的复位、数据采集、测试材料的励磁与退磁；复位系统采用开关K1外接一个电容C1并联后与单片机（1）RES口相连，外接一个电阻R1接地；开关K2外接一个电容C2并联后与单片机（1）INT0口相连，外接一个电阻R2接地；K3开关外接一个电容C3并联后与单片机（1）的INT1口相连。
4.根据权利要求3所述的一种智能剩磁检测试验装置，其特征在于：电容C1、C2和C3均为10uF，电阻R1、R2和R3均为10K。
5.根据权利要求3所述的一种智能剩磁检测试验装置，其特征在于：
扩展存储器（5）包括74LS373芯片和HM628128RAM芯片，单片机（1）的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与74LS373的芯片18、17、14、13、8、7、4、3脚对应相连，单片机（1）的32、33、34、35、36、37、38、39脚分别与HM628128RAM芯片的21、20、19、18、17、15、14、13脚对应相连，74LS373的芯片19、16、15、12、9、6、5、2脚分别与HM628128RAM芯片的5、6、7、8、9、10、11、12脚对应相连，单片机（1）的17、18脚分别与HM628128RAM芯片的24、29对应相连；单片机（1）的1、2脚分别与HM628128RAM芯片的2、31脚对应相连，单片机（1）的27、26、25、24、23、22、21分别与HM628128RAM芯片的3、28、4、25、23、26、27脚对应相连；HM628128RAM芯片的22脚与译码电路相连；单片机（1）的30脚与74LS373芯片的11脚相连。
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