專利名稱：一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，更具體地說是一種針對板狀、軸類和圓盤類等一些的鐵磁性物質(zhì)構(gòu)件的磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。
背景技術(shù)：
金屬磁記憶檢測法利用處于地球磁場中的鐵磁性金屬的磁性能在應(yīng)力和變形集中區(qū)內(nèi)產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)變化，在金屬與空氣邊界出現(xiàn)磁導(dǎo)率躍變，其表面產(chǎn)生漏磁場，測試該漏磁場便可無損、準(zhǔn)確地確定鐵磁性金屬構(gòu)件上的應(yīng)力集中區(qū)或缺陷。檢測過程中無需附加其他的特殊的條件，比磁粉檢測、超聲檢測、渦流檢測和射線檢測有更大的優(yōu)越性，是目前能夠靜態(tài)檢測鐵磁構(gòu)件早期損傷的無損檢測技術(shù)前沿技術(shù)，在工程實(shí)踐中具有廣闊的應(yīng)
用前景，特別在工程制造業(yè)、石油化工和航空設(shè)備上已有實(shí)際應(yīng)用，并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。金屬磁記憶檢測技術(shù)的方法是1997年由俄羅斯學(xué)者Dubov提出，主要是檢測鐵磁性構(gòu)件表面磁場強(qiáng)度的法向分量Hp(y)并且計(jì)算Hp(y)的梯度值K，通過Hp (y) 和梯度值K對鐵磁性構(gòu)件的缺陷進(jìn)行判定。在專利號(hào)為ZL20082015761
公開日為 2009. 9. 30的中國實(shí)用新型專利申請文件中，公開了一種磁記憶探傷裝置；在專利申請?zhí)枮?00710046922.
公開日2008. 3. 12的實(shí)用新型專利申請文件中公開了一種汽車退役曲軸剩余疲勞壽命的檢測方法。但相關(guān)的技術(shù)方案都是針對一些特定的金屬構(gòu)件進(jìn)行檢測， 實(shí)用性較窄，并且在實(shí)現(xiàn)對檢測信號(hào)與構(gòu)件缺陷位置的精確對應(yīng)方面有很大的不足，不利于對構(gòu)件的準(zhǔn)確修復(fù)和理論分析。板狀、軸類和圓盤類是一種常用構(gòu)件，目前在常規(guī)教學(xué)和試驗(yàn)中都是使用此類構(gòu)件，并且是針對此類構(gòu)件上一維方向上的缺陷進(jìn)行檢測，但是，目前還沒有一種專用于此類常用構(gòu)件作一維方向上缺陷準(zhǔn)確檢測和定位的裝備。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，提供一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將其應(yīng)用于常規(guī)教學(xué)和試驗(yàn)，對于板狀、軸類和圓盤類常用構(gòu)件上一維方向上的缺陷進(jìn)行精確檢測和準(zhǔn)確定位。本實(shí)用新型為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案本實(shí)用新型基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是底座上分別設(shè)置一檢測臺(tái)，被測試件放置在檢測臺(tái)上，磁檢測探頭位于所述被測試件的上方；一定位裝置，是以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接的絲杠沿“X”向設(shè)置，在與所述絲杠螺紋配合的絲杠滑臺(tái)上，沿“Y”向呈懸臂式固定設(shè)置支撐桿，所述磁檢測探頭設(shè)置在所述支撐桿的前端，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)下的磁檢測探頭隨絲桿滑臺(tái)在被測試件的上方沿“X”向移動(dòng)；[0010]一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)對絲杠滑臺(tái)進(jìn)行“X”向定位控制，適時(shí)采集磁檢測探頭在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號(hào)，獲得被測試件在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號(hào)。本實(shí)用新型基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于所述磁檢測探頭采用基于自旋閥巨磁效應(yīng)的SAS系列傳感器。在所述檢測臺(tái)的外圍設(shè)置電磁屏蔽網(wǎng)，所述底座和檢測臺(tái)是以非磁性材料為材質(zhì)，所述控制器設(shè)置在電磁屏蔽防護(hù)網(wǎng)中。所述控制器具有一信號(hào)調(diào)理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護(hù)電路構(gòu)成；一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，由ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成；—處理器，由DSP2407處理器芯片構(gòu)成；一存儲(chǔ)器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；所述磁檢測探頭輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路濾波輸出檢測信號(hào)X(t)，所述檢測信號(hào)X(t)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號(hào)x(n);由所述DSP2407處理器芯片的并行數(shù)據(jù)口讀取數(shù)字檢測信號(hào)X (η)，通過DSP2407芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號(hào)χ (η)的存儲(chǔ)； 所述DSP2407處理器芯片通過T3PWM 口輸出ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的工作頻率信號(hào)；通過 DSP2407處理芯片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號(hào)，所述脈沖控制信號(hào)經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控制器功率放大，輸出步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，通過DSP2407處理器芯片的串行口模塊與所述智能顯示器通信，通信方式采用RS232或RS485。與已有技術(shù)相比，本實(shí)用新型有益效果體現(xiàn)在 I、本實(shí)用新型實(shí)驗(yàn)裝置通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)檢測探頭的移動(dòng)，易于對檢測探頭移動(dòng)距離的精確控制；通過處理器芯片輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器的工作頻率和電機(jī)運(yùn)行控制頻率信號(hào)， 易于實(shí)現(xiàn)檢測被測構(gòu)件的具體位置和獲取信號(hào)進(jìn)行對應(yīng)。2、自旋閥巨磁阻抗效應(yīng)傳感器是一種新型傳感器，對于磁場中的微小變化具有很強(qiáng)的敏感性，其檢測靈敏度要比目前常規(guī)使用的磁電阻傳感器高I 2個(gè)數(shù)量級，并且在其工作范圍內(nèi)具有良好的線性度和溫度穩(wěn)定性。本實(shí)用新型采用自旋閥巨磁阻抗效應(yīng)傳感器可以顯著提高磁記憶檢測的精確度。3、本實(shí)用新型通過對電器單元采用屏蔽罩進(jìn)行防護(hù)，信號(hào)傳輸線采用屏蔽信號(hào)線，在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)周圍安裝電磁防滑網(wǎng)，可以有效的降低干擾，提高檢測精確度。4、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)置和電路組成較為簡單、易于實(shí)現(xiàn)；使用DSP2407處理器芯片，提高了對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理的速度。5、本實(shí)用新型采用平臺(tái)結(jié)構(gòu)，放置于工作臺(tái)之上，通過智能顯示器進(jìn)行輸入控制和輸出顯示檢測結(jié)果，方便用于常規(guī)演示和試驗(yàn)，通過對板狀、軸類和圓盤類常用構(gòu)件上一維方向上的缺陷進(jìn)行精確檢測和準(zhǔn)確定位，獲得良好的教學(xué)效果和試驗(yàn)?zāi)康摹?br>
圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中控制電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型工作流程圖；圖4為本實(shí)用新型巨磁效應(yīng)傳感器探頭電路原理圖；[0030]圖中標(biāo)號(hào)1智能顯示器；2控制器；3底座；4檢測臺(tái)；5磁檢測探頭；6緊固螺母； 7螺母；8被測試件；9屏蔽罩；10步進(jìn)電機(jī)；11絲杠；12絲杠滑臺(tái)；13支撐桿；14屏蔽信號(hào)線。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例中基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是底座3上分別設(shè)置一檢測臺(tái)4，被測試件8放置在檢測臺(tái)4上，磁檢測探頭5位于被測試件8的上方；一定位裝置，是以步進(jìn)電機(jī)10為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與步進(jìn)電機(jī)10的轉(zhuǎn)軸相連接的絲杠11 沿“X”向設(shè)置，在與絲杠11螺紋配合的絲杠滑臺(tái)12上，沿“Y”向呈懸臂式固定設(shè)置支撐桿 13，磁檢測探頭5設(shè)置在支撐桿13的前端，步進(jìn)電機(jī)10驅(qū)動(dòng)下的磁檢測探頭5隨絲桿滑臺(tái) 12在被測試件的上方沿“X”向移動(dòng)；一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)10對絲杠滑臺(tái)12進(jìn)行“X”向定位控制，適時(shí)采集磁檢測探頭5在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號(hào)，獲得被測試件8在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號(hào)。具體實(shí)施中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置也包括磁檢測探頭5是由緊固螺母6和螺母7固定設(shè)置在支撐架13的前端，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在進(jìn)行檢測之前，可根據(jù)被測試件的位置和形狀調(diào)節(jié)磁檢測探頭5的位置和擺放，然后實(shí)驗(yàn)平臺(tái)按照圖3所示的工作流程運(yùn)行，磁檢測探頭5被固定設(shè)置在支撐架13的前端隨著絲桿滑臺(tái)勻速沿“X”軸向前移動(dòng)，獲取均勻的磁記憶信號(hào)。圖4所示，磁檢測探頭5采用基于自旋閥巨磁效應(yīng)的SAS系列傳感器，由磁檢測探頭5檢測放置在檢測臺(tái)4上被測試件8的磁記憶信號(hào)法相分量。傳感器輸出一對差分電壓信號(hào)，通過差分放大器ADl對其進(jìn)行差分放大，在差分放大器ADl的I腳和8腳之間串聯(lián)一個(gè)100歐電阻R5和一個(gè)精密電位器R6，R5用來防止電位器R6電阻調(diào)節(jié)過低，導(dǎo)致輸出電壓過大。磁檢測探頭5與控制器2之間采用屏蔽信號(hào)線14進(jìn)行連接。在底座3的外圍設(shè)置電磁屏蔽網(wǎng)9，底座3和檢測臺(tái)4是以非磁性材料為材質(zhì)，以防止底座3和檢測臺(tái)4本身對磁記憶檢測結(jié)果產(chǎn)生影響；在控制器2、步進(jìn)電機(jī)10外部都使用屏蔽罩防護(hù)，在底座3的后端和兩側(cè)裝有電磁屏蔽網(wǎng)9，減少磁檢測探頭5受外圍磁場的干擾。圖2所示，控制器2具有一信號(hào)調(diào)理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護(hù)電路構(gòu)成；一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，由ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成；一處理器，由DSP2407處理器芯片構(gòu)成；一存儲(chǔ)器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；在具體實(shí)施中，控制器中還包含有供電電路，供電電路采用220V交流電壓供電， 通過濾波、變壓、整流、穩(wěn)壓獲得+/-5. 0V、3. 3V、12. 0V、24. OV直流電壓。+/-5. OV和3. 3V供給數(shù)據(jù)采集單元中的集成塊，12. OV供給智能顯示器1，24. OV供給定位裝置中的步進(jìn)電機(jī) 9。磁檢測探頭5輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路濾波輸出檢測信號(hào)X⑴，檢測信號(hào)X⑴ 經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號(hào)X(ri) ;SDSP2407處理器芯片的并行數(shù)據(jù)口讀取數(shù)字檢測信號(hào)X (n)，通過DSP2407芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號(hào)x (n)的存儲(chǔ)；DSP2407處理器芯片通過T3PWM 口輸出ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的工作頻率信號(hào)；通過DSP2407處理芯片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號(hào)，脈沖控制信號(hào)經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控制器功率放大，輸出步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，通過DSP2407處理器芯片的串行口模塊與智能顯示器I通信，通信方式采用RS232或RS485。處理器中設(shè)置基于LMS的64階自適應(yīng)濾波器進(jìn)行數(shù)字濾波算法和對獲取的信號(hào)變化率K(n)值的計(jì)算方法，其中數(shù)字濾波算法如式(3)、(4)和(5)
ΛΑ-1for (η = O ；η < N ；n++) y(n) = ^w(k)* x(n-k) (3);求輸出
k=\e (η) = d (n) -y (η) (4);求誤差for (η = O ；η < N ；η++) w(n+l) = w (η)+u*e (η) *χ (η) (5);更新濾波系數(shù)其中Ν = 64，η為自變量，χ (η)為自適應(yīng)濾波器的輸入矢量，y (η)為自適應(yīng)濾波器的輸出矢量，d(n)為采集的數(shù)字信號(hào)，e(n)為誤差，w(k)為濾波系數(shù)值，u為收斂因子。信號(hào)波形的變化率K(n)值計(jì)算方法如式(6)K(n)-X(n + l)-X(n)(6)
AL其中AL為一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換周期內(nèi)絲杠滑臺(tái)(11)能夠移動(dòng)的水平距離，χ (η)和 x(n+l)分別為前后兩次采集的信號(hào)。最后將運(yùn)算后的數(shù)據(jù)通過DSP2407的數(shù)據(jù)總線將K(n) 和x(n)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，并由SCI模塊將濾波后的數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)街悄茱@示器I中顯示。本實(shí)施例中實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行鐵磁性構(gòu)件缺陷定位的方法是首先將被測試件8沿“X”向水平放置在檢測臺(tái)4上，記錄磁檢測探頭5的初始位置；啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，按圖3所示工作流程圖運(yùn)行，并且處理器同步輸出步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行脈沖控制信號(hào)，經(jīng)過隔離、功率放大之后輸入到步進(jìn)電機(jī)10的繞組，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)，通過步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)磁檢測探頭5沿“X”向?qū)Ρ粶y試件8進(jìn)行檢測；當(dāng)磁檢測探頭5檢測到缺陷位置時(shí)，記錄步進(jìn)電機(jī)10獲取的脈沖數(shù)m，按照式(7) 獲得磁檢測探頭5相對于初始位置的移動(dòng)距離s s =-- (T)
360、；其中Λ s為絲杠11的螺距，m為脈沖數(shù)，Φ為步進(jìn)電機(jī)的步距角。在檢測過程中，還可以通過處理器記錄磁檢測探頭5在“X”方向檢測出被測試件的多點(diǎn)缺陷。
權(quán)利要求1.一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征是底座(3)上分別設(shè)置一檢測臺(tái)(4)，被測試件⑶放置在檢測臺(tái)⑷上，磁檢測探頭(5)位于所述被測試件 ⑶的上方；一定位裝置，是以步進(jìn)電機(jī)(10)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與步進(jìn)電機(jī)(10)的轉(zhuǎn)軸相連接的絲杠(11)沿“X”向設(shè)置，在與所述絲杠(11)螺紋配合的絲杠滑臺(tái)(12)上，沿“Y”向呈懸臂式固定設(shè)置支撐桿(13)，所述磁檢測探頭(5)設(shè)置在所述支撐桿(13)的前端，步進(jìn)電機(jī)(10) 驅(qū)動(dòng)下的磁檢測探頭(5)隨絲桿滑臺(tái)(12)在被測試件的上方沿“X”向移動(dòng)；一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)(10)對絲杠滑臺(tái)(12)進(jìn)行“X”向定位控制，適時(shí)采集磁檢測探頭(5)在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號(hào)，獲得被測試件(8)在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征是所述磁檢測探頭(5)采用基于自旋閥巨磁效應(yīng)的SAS系列傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征是在所述檢測臺(tái)(4)的外圍設(shè)置電磁屏蔽網(wǎng)(9)，所述底座(3)和檢測臺(tái)(4)是以非磁性材料為材質(zhì)，所述控制器設(shè)置在電磁屏蔽防護(hù)網(wǎng)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征是所述控制器⑵具有一信號(hào)調(diào)理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護(hù)電路構(gòu)成；一數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，由ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片構(gòu)成；一處理器，由DSP2407處理器芯片構(gòu)成；一存儲(chǔ)器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；所述磁檢測探頭(5)輸出信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理電路濾波輸出檢測信號(hào)X(t)，所述檢測信號(hào)x(t)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號(hào)X(η);由所述DSP2407處理器芯片的并行數(shù)據(jù)口讀取數(shù)字檢測信號(hào)X (η)，通過DSP2407芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號(hào)χ (η)的存儲(chǔ)； 所述DSP2407處理器芯片通過T3PWM 口輸出ADS8364數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片的工作頻率信號(hào)；通過 DSP2407處理芯片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號(hào)，所述脈沖控制信號(hào)經(jīng)步進(jìn)電機(jī)控制器功率放大，輸出步進(jìn)電機(jī)控制信號(hào)，通過DSP2407處理器芯片的串行口模塊與所述智能顯示器(I)通信，通信方式采用RS232或RS485。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，其特征是底座上分別設(shè)置一檢測臺(tái)，被測試件放置在檢測臺(tái)上，磁檢測探頭位于被測試件的上方；一定位裝置，是以步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，與步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸相連接的絲杠沿“X”向設(shè)置，在與絲杠螺紋配合的絲杠滑臺(tái)上，沿“Y”向呈懸臂式固定設(shè)置支撐桿，磁檢測探頭設(shè)置在支撐桿的前端；以控制器控制步進(jìn)電機(jī)對絲杠滑臺(tái)進(jìn)行“X”向定位控制，適時(shí)采集磁檢測探頭在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號(hào)，獲得被測試件在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號(hào)。本實(shí)用新型應(yīng)用于常規(guī)教學(xué)和試驗(yàn)，對于板狀、軸類和圓盤類常用構(gòu)件上一維方向上的缺陷進(jìn)行精確檢測和準(zhǔn)確定位。
文檔編號(hào)G09B23/18GK202351212SQ20112039870
公開日2012年7月25日 申請日期2011年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月19日
發(fā)明者劉儒軍, 劉志峰, 張曦, 汪燕, 黃海鴻 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)