CN203259279U - 一种磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统，其包括产生正弦波信号的信号发生器；与信号发生器相连，将信号发生器发出的正弦波信号进行功率放大的功率放大器；采集磁巴克豪森噪声信号的信号采集模块；与信号采集模块相连，对信号采集模块采集到的信号进行放大、滤波处理的信号调理电路；与信号调理电路相连，对信号调理电路输出的信号进行模数转换的A/D转换模块；与A/D转换模块相连，对A/D转换模块输出的数据进行滤波、放大的数据处理模块；与数据处理模块相连，显示数据的显示器。本实用新型可以对焊接构件中的残余应力进行实时、无损检测，提高了检测效率，减少了资源消耗。
Description
技术领域
本实用新型涉及残余应力检测领域，特别涉及一种能实现对焊接构件的残余应力等参数实时检测的磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统。
背景技术
焊件在焊接过程中，热应力、相变应力、加工应力等超过屈服极限（Yield strength），以致冷却后焊件中留有未能消除的应力，这样，焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接构件由于存在高的拉伸残余应力，且焊缝部位存在热影响区、焊趾缺陷、接头应力集中，形成构件上组织和力学的薄弱部位，有可能导致构件运行时出现变形、早期开裂、应力腐蚀、疲劳断裂和脆性断裂等现象，焊接残余应力，是焊接工程研究领域的重点问题。涉及焊接的各种工程应用中，都十分关注残余应力的影响。
现有的焊接构件残余应力的测量方法大多采用X射线法，采用X射线法测量残余应力只能粗略地计算出平均的应力值，在应力的Ｘ射线测定中，还可能存在“振荡”现象，表明材料中存在明显的织构。
利用磁测技术可以检测铁磁材料的服役应力，铁磁材料在受到外磁场的磁化后，内部的磁畴会发生翻转，同时磁畴壁也会位移，而磁畴壁的运动正是MBN（Magnetic BarkhausenNoises）信号产生的根源。当材料内部存在残余应力时会对磁畴的旋转和位移产生附加的阻力，这时外部应力和内部的残余应力是等效的，材料的磁化曲线和释放的MBN信号的大小，随应力的大小、方向的不同而发生变化，故可以通过测量MBN信号的大小，来判断铁磁材料受应力的情况和估计疲劳损伤的程度。
发明内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种可以对焊接结构件中的残余应力进行实时、无损检测并且检测效率高、成本低的磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统。
本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统，包括产生正弦波信号的信号发生器；与信号发生器相连，将信号发生器发出的正弦波信号进行功率放大的功率放大器；采集磁巴克豪森噪声信号的信号采集模块；与信号采集模块相连，对信号采集模块采集到的信号进行放大、滤波处理的信号调理电路；与信号调理电路相连，对信号调理电路输出的信号进行模数转换的A/D转换模块；与A/D转换模块相连，对A/D转换模块输出的数据进行滤波、放大的数据处理模块；与数据处理模块相连，显示数据的显示器。
所述信号调理电路包括依次串接的前置放大器、带通滤波器、主放大器和检波电路，所述前置放大器的输入端与信号采集模块相连，检波电路的输出端与A/D转换模块相连。
所述信号采集模块为传感器。
本实用新型的有益效果在于：
1、本实用新型可以对焊接构件中的残余应力进行实时、无损检测，提高了检测效率，减少了资源消耗；
2、本实用新型可以通过巴克豪森噪讯与残余应力的对应关系标定，实时处理相关参数，并通过信号调理电路、A/D转换模块和数据处理模块后，进行RMS分析，提供参考性数据。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构框图。
图2为本实用新型的信号发生器电路图。
图3为本实用新型的功率放大器电路图。
图4为本实用新型的前置放大器电路图。
图5为本实用新型的带通滤波器电路图。
图6为本实用新型的主放大器和检波电路电路图。
图7为本实用新型的A/D转换模块和数据处理模块电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
如图1所示，本实用新型包括依次连接的信号发生器、功率放大器、信号采集模块、信号调理电路、A/D转换模块、数据处理模块和显示器，所述信号调理电路包括依次串接的前置放大器、带通滤波器、主放大器和检波电路，所述前置放大器的输入端与信号采集模块相连，检波电路的输出端与A/D转换模块相连。
如图2所示，信号发生器选用了Inter公司生产的精确波形发生器芯片ICL8038，芯片ICL8038与少量的外围元件组成了正弦波信号发生器；该正弦波信号发生器的频率范围从0.001KHz-300KHz之间任意选择，正弦波失真小于百分之二，低于1欧姆的输出阻抗可以驱动电子线路中任何载荷。由信号发生器所产生的正弦波信号必须经过功率放大之后，才能提供给磁化器的线圈，对线圈进行激励，而不能直接用信号发生器所产生的正弦波信号对线圈进行激励。
功率放大器紧跟在信号发生器之后，将信号发生器输出的正弦波信号进行功率放大；如图3所示，该放大器采用TDA2030A芯片，TDA2030A是一块高性能的功放模块，也是该电路的核心部分，适用于低频信号的功率放大；TDA2030提供了很大的输出电流，以及很低的谐波和阶越失真，此外它还提供了较完善的保护电路，一旦输出电流过大或管壳过热，模块能自动减流或截止，进入保护状态，并且输出功率大，波形失真小，外围电路简单，长时间工作观察能够满足设计要求。
信号采集模块采用传感器，传感器放置在被测构件表面，就可以通过单片机存储的应力与MBN变化的关系曲线，立即反映出材料服役应力和疲劳情况。
信号调理电路包括前置放大器、带通滤波器、主放大器和检波电路。如图4所示，前置放大器采用了放大能力强的宽带低噪声OP37放大器，放大倍数可达1000倍，并设计了D1和D2两个保护二极管将瞬间的高压正负脉冲旁路到地，对电路起保护作用；如图5所示，带通滤波器使用了有源滤波器谐振电路，与LC并联谐振电路等效，它可以随意设定谐振频率f0，谐振特性Q值及谐振时的放大倍数A0，这种电路进行三级联接形式，可构成相当于LC电路中的参数调谐电路，并不受级间连接的影响；如图6所示，检波电路是由一级运放组成的跟随器和二极管检波器组成，其原理是：被放大的中心频率为50KHz的MBN信号在每个周期中，输入电容C11先被充电到峰值电压，然后以时间常数τ=RD·C11稍微放掉一些电荷，这一时间常数远远超过MBN信号的周期
脉动的信号由Rf和CF组织的低通滤波器滤掉，这样MBN信号正半周的电路信号被调制出来，经过采用LF356芯片的主放电路，然后送往A/D转换器进行模数转换。
如图7所示，A/D转换模块和数据处理模块采用AD698芯片，AD698在接收到信号后，自身通过参考电压器和振动器产生一个信号，与接收信号对比后，经过内部滤波器和主放电路，输出所要选择的频率波。
本实用新型的实施方式如下：（1）信号发生器和功率放大器对传感器提供激励源。（2）传感器首先检测系统巴克豪森噪讯，然后通过信号调理电路进行处理后，送入A/D转换模块进行模数转换，每10ms读A/D转换模块一次，平均每周期采样100次，计算正余弦信号的均方根（Root-Mean-Square，简称RMS）值（RMS值求法：
即RMS的计算方法为先平方、再平均、然后开方）；连续采样10个周期，对10个RMS值进行平均值滤波。
Claims (3)
1.一种磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统，其特征在于：包括产生正弦波信号的信号发生器；与信号发生器相连，将信号发生器发出的正弦波信号进行功率放大的功率放大器；采集磁巴克豪森噪声信号的信号采集模块；与信号采集模块相连，对信号采集模块采集到的信号进行放大、滤波处理的信号调理电路；与信号调理电路相连，对信号调理电路输出的信号进行模数转换的A/D转换模块；与A/D转换模块相连，对A/D转换模块输出的数据进行滤波、放大的数据处理模块；与数据处理模块相连，显示数据的显示器。
2.如权利要求1所述的磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统，其特征在于：所述信号调理电路包括依次串接的前置放大器、带通滤波器、主放大器和检波电路，所述前置放大器的输入端与信号采集模块相连，检波电路的输出端与A/D转换模块相连。
3.如权利要求1所述的磁巴克豪森噪讯的硬件处理系统，其特征在于：所述信号采集模块为传感器。
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