專利名稱：一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬磁記憶檢測實驗平臺，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)件的磁記憶檢測實驗平臺及其應(yīng)用。
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)備上已有實際應(yīng)用，并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效■、Λfrff. ο
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。在專利號為ZL20082015761
公開日為 2009. 9. 30的中國實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的發(fā)明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，實用性較窄，并且在實現(xiàn)對檢測信號與構(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。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(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驗平臺及其應(yīng)用，將其應(yīng)用于常規(guī)教學(xué)和試驗，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。
本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺的結(jié)構(gòu)特點是底座上分別設(shè)置
一檢測臺，被測試件放置在檢測臺上，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)動下的磁檢測探頭隨絲桿滑臺在被測試件的上方沿“X”向移動；
一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)對絲杠滑臺進(jìn)行“X”向定位控制，適時采集磁檢測探頭在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號。
本發(fā)明基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺的結(jié)構(gòu)特點也在于
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。
在所述檢測臺的外圍設(shè)置電磁屏蔽網(wǎng)，所述底座和檢測臺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DSPM07處理器芯片構(gòu)成；
一存儲器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；
所述磁檢測探頭輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波輸出檢測信號x(t)，所述檢測信號X(t)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號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x(n)，通過DSP2407芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號χ (η)的存儲； 所述DSPM07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；通過 DSP2407處理芯片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號，所述脈沖控制信號經(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，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。
本發(fā)明鐵磁性構(gòu)件缺陷定位的方法，其特征是
將被測試件沿“X”向水平放置在檢測臺上，記錄磁檢測探頭的初始位置；
啟動步進(jìn)電機(jī)，使所述步進(jìn)電機(jī)獲得頻率為f2的脈沖控制信號，通過步進(jìn)電機(jī)帶動磁檢測探頭沿“X”向?qū)Ρ粶y試件進(jìn)行檢測；
當(dāng)磁檢測探頭檢測到缺陷位置時，記錄步進(jìn)電機(jī)獲取的脈沖數(shù)m，按照式( 獲得磁檢測探頭相對于初始位置的移動距離s As ^m^ φ[謝]⑵
其中Δ 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。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
1、本發(fā)明實驗裝置通過步進(jìn)電機(jī)帶動檢測探頭的移動，易于對檢測探頭移動距離的精確控制；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)運行控制頻率信號，易于實現(xiàn)檢測被測構(gòu)件的具體位置和獲取信號進(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1 2個數(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。本發(fā)明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、本發(fā)明通過對電器單元采用屏蔽罩進(jìn)行防護(hù)，信號傳輸線采用屏蔽信號線，在實驗平臺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、本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)置和電路組成較為簡單、易于實現(xiàn)；使用DSPM07處理器芯片，提高了對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算和處理的速度。
5、本發(fā)明采用平臺結(jié)構(gòu)，放置于工作臺之上，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，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?zāi)康摹?br>

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明中控制電路原理圖3為本發(fā)明工作流程圖4為本發(fā)明巨磁效應(yīng)傳感器探頭電路原理圖中標(biāo)號1智能顯示器；2控制器；3底座；4檢測臺；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；13支撐桿；14屏蔽信號線。
具體實施方式
本實施例中基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺是底座3上分別設(shè)置
一檢測臺4，被測試件8放置在檢測臺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)動下的磁檢測探頭5隨絲桿滑臺 12在被測試件的上方沿“X”向移動；
一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)10對絲杠滑臺12進(jìn)行“X”向定位控制，適時采集磁檢測探頭5在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件8在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號。
具體實施中，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，實驗平臺在進(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，然后實驗平臺按照圖3所示的工作流程運行，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勻速沿“X”軸向前移動，獲取均勻的磁記憶信號。
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4上被測試件8的磁記憶信號法相分量。傳感器輸出一對差分電壓信號，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1腳和8腳之間串聯(lián)一個100歐電阻R5和一個精密電位器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4是以非磁性材料為材質(zhì)，以防止底座3和檢測臺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DSPM07處理器芯片構(gòu)成；一存儲器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；
在具體實施中，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輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波輸出檢測信號χ⑴，檢測信號χ⑴ 經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號x(n)；由DSP2407處理器芯片的并行數(shù)據(jù)口讀取數(shù)字檢測信號x(n)，通過DSP2407芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號χ (η)的存儲；DSPM07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；通過DSPM07處理芯片的 PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號，脈沖控制信號經(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，通過DSPM07處理器芯片的串行口模塊與智能顯示器1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變化率K(n)值的計算方法，其中數(shù)字濾波算法如式(3)、(4)和(5)
權(quán)利要求
1.一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特征是底座C3)上分別設(shè)置一檢測臺G)，被測試件⑶放置在檢測臺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(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( 設(shè)置在所述支撐桿(1 的前端，步進(jìn)電機(jī)(10) 驅(qū)動下的磁檢測探頭(5)隨絲桿滑臺(1 在被測試件的上方沿“X”向移動；一控制器，控制步進(jìn)電機(jī)(10)對絲杠滑臺(12)進(jìn)行“X”向定位控制，適時采集磁檢測探頭( 在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件(8)在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺，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1所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特征是在所述檢測臺的外圍設(shè)置電磁屏蔽網(wǎng)(9)，所述底座(3)和檢測臺(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1所述的基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特征是所述控制器⑵具有一信號調(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DSPM07處理器芯片構(gòu)成； 一存儲器，由IS61LV6416芯片構(gòu)成；所述磁檢測探頭( 輸出信號經(jīng)過信號調(diào)理電路濾波輸出檢測信號x(t)，所述檢測信號x(t)經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出數(shù)字檢測信號χ (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χ (η)，通過DSPM07芯片的DS 口控制對數(shù)字檢測信號χ (η)的存儲； 所述DSPM07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；通過 DSP2407處理芯片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈沖控制信號，所述脈沖控制信號經(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，通過DSP2407處理器芯片的串行口模塊與所述智能顯示器(1)通信，通信方式采用RS232或RS485。
5.一種利用權(quán)利要求1所述實驗平臺進(jìn)行鐵磁性構(gòu)件缺陷定位的方法，其特征是 將被測試件(8)沿“X”向水平放置在檢測臺(4)上，記錄磁檢測探頭(5)的初始位置； 啟動步進(jìn)電機(jī)(10)，使所述步進(jìn)電機(jī)(10)獲得頻率為f2的脈沖控制信號，通過步進(jìn)電機(jī)帶動磁檢測探頭(5)沿“X”向?qū)Ρ粶y試件⑶進(jìn)行檢測；當(dāng)磁檢測探頭( 檢測到缺陷位置時，記錄步進(jìn)電機(jī)(10)獲取的脈沖數(shù)m，按照式(1) 獲得磁檢測探頭(5)相對于初始位置的移動距離s As ^m ^ φ 、)其中As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。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于巨磁效應(yīng)的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應(yīng)用，其特征是底座上分別設(shè)置一檢測臺，被測試件放置在檢測臺上，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)對絲杠滑臺進(jìn)行“X”向定位控制，適時采集磁檢測探頭在對應(yīng)位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件在“X”向上與位置呈對應(yīng)的磁記憶信號。本發(fā)明應(yīng)用于常規(guī)教學(xué)和試驗，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G09B23/18GK102507727SQ20111031814
公開日2012年6月20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)