一種基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應用的製作方法

2023-05-02 05:23:06 1

專利名稱：一種基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應用的製作方法
技術領域：
本發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構件的磁記憶檢測實驗平臺及其應用。
背景技術：
金屬磁記憶檢測法利用處於地球磁場中的鐵磁性金屬的磁性能在應力和變形集中區內產生不可逆轉變化，在金屬與空氣邊界出現磁導率躍變，其表面產生漏磁場，測試該漏磁場便可無損、準確地確定鐵磁性金屬構件上的應力集中區或缺陷。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越性，是目前能夠靜態檢測鐵磁構件早期損傷的無損檢測技術前沿技術，在工程實踐中具有廣闊的應用前景，特別在工程製造業、石油化工和航空設備上已有實際應用，並取得巨大的經濟效■、Λfrff. ο
金屬磁記憶檢測技術的方法是1997年由俄羅斯學者Dubov提出，主要是檢測鐵磁性構件表面磁場強度的法向分量Hp(y)並且計算Hp(y)的梯度值K，通過Hp (y) 和梯度值K對鐵磁性構件的缺陷進行判定。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；在專利申請號為200710046922.
公開日2008. 3. 12的發明專利申請文件中公開了一種汽車退役曲軸剩餘疲勞壽命的檢測方法。但相關的技術方案都是針對一些特定的金屬構件進行檢測，實用性較窄，並且在實現對檢測信號與構件缺陷位置的精確對應方面有很大的不足，不利於對構件的準確修復和理論分析。
板狀、軸類和圓盤類是一種常用構件，目前在常規教學和試驗中都是使用此類構件，並且是針對此類構件上一維方向上的缺陷進行檢測，但是，目前還沒有一種專用於此類常用構件作一維方向上缺陷準確檢測和定位的裝備。發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足，提供一種基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應用，將其應用於常規教學和試驗，對於板狀、軸類和圓盤類常用構件上一維方向上的缺陷進行精確檢測和準確定位。
本發明為解決技術問題採用如下技術方案
本發明基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺的結構特點是底座上分別設置
一檢測臺，被測試件放置在檢測臺上，磁檢測探頭位於所述被測試件的上方；
一定位裝置，是以步進電機為驅動機構，與步進電機的轉軸相連接的絲槓沿「X」向設置，在與所述絲槓螺紋配合的絲槓滑臺上，沿「Y」向呈懸臂式固定設置支撐杆，所述磁檢測探頭設置在所述支撐杆的前端，步進電機驅動下的磁檢測探頭隨絲杆滑臺在被測試件的上方沿「X」向移動；
一控制器，控制步進電機對絲槓滑臺進行「X」向定位控制，適時採集磁檢測探頭在對應位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件在「X」向上與位置呈對應的磁記憶信號。
本發明基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺的結構特點也在於
所述磁檢測探頭採用基於自旋閥巨磁效應的SAS系列傳感器。
在所述檢測臺的外圍設置電磁屏蔽網，所述底座和檢測臺是以非磁性材料為材質，所述控制器設置在電磁屏蔽防護網中。
所述控制器具有
一信號調理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護電路構成；
一數模轉換電路，由ADS8364數模轉換晶片構成；
一處理器，由DSPM07處理器晶片構成；
一存儲器，由IS61LV6416晶片構成；
所述磁檢測探頭輸出信號經過信號調理電路濾波輸出檢測信號x(t)，所述檢測信號X(t)經數模轉換電路輸出數字檢測信號x(n)；由所述DSP2407處理器晶片的並行數據口讀取數字檢測信號x(n)，通過DSP2407晶片的DS 口控制對數字檢測信號χ (η)的存儲； 所述DSPM07處理器晶片通過T3PWM 口輸出ADS8364數模轉換晶片的工作頻率信號；通過 DSP2407處理晶片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈衝控制信號，所述脈衝控制信號經步進電機控制器功率放大，輸出步進電機控制信號，通過DSP2407處理器晶片的串行口模塊與所述智能顯示器通信，通信方式採用RS232或RS485。
本發明鐵磁性構件缺陷定位的方法，其特徵是
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；
啟動步進電機，使所述步進電機獲得頻率為f2的脈衝控制信號，通過步進電機帶動磁檢測探頭沿「X」向對被測試件進行檢測；
當磁檢測探頭檢測到缺陷位置時，記錄步進電機獲取的脈衝數m，按照式( 獲得磁檢測探頭相對於初始位置的移動距離s As ^m^ φ[謝]⑵
其中Δ s為絲槓(11)的螺距，m為脈衝數，Φ為步進電機的步距角。
與已有技術相比，本發明有益效果體現在
1、本發明實驗裝置通過步進電機帶動檢測探頭的移動，易於對檢測探頭移動距離的精確控制；通過處理器晶片輸出數模轉換器的工作頻率和電機運行控制頻率信號，易於實現檢測被測構件的具體位置和獲取信號進行對應。
2、自旋閥巨磁阻抗效應傳感器是一種新型傳感器，對於磁場中的微小變化具有很強的敏感性，其檢測靈敏度要比目前常規使用的磁電阻傳感器高1 2個數量級，並且在其工作範圍內具有良好的線性度和溫度穩定性。本發明採用自旋閥巨磁阻抗效應傳感器可以顯著提高磁記憶檢測的精確度。
3、本發明通過對電器單元採用屏蔽罩進行防護，信號傳輸線採用屏蔽信號線，在實驗平臺周圍安裝電磁防滑網，可以有效的降低幹擾，提高檢測精確度。
4、本發明結構設置和電路組成較為簡單、易於實現；使用DSPM07處理器晶片，提高了對採集的數據進行運算和處理的速度。
5、本發明採用平臺結構，放置於工作檯之上，通過智能顯示器進行輸入控制和輸出顯示檢測結果，方便用於常規演示和試驗，通過對板狀、軸類和圓盤類常用構件上一維方向上的缺陷進行精確檢測和準確定位，獲得良好的教學效果和試驗目的。


圖1為本發明結構示意圖2為本發明中控制電路原理圖3為本發明工作流程圖4為本發明巨磁效應傳感器探頭電路原理圖中標號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步進電機；11絲槓；12絲槓滑臺；13支撐杆；14屏蔽信號線。
具體實施方式
本實施例中基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺是底座3上分別設置
一檢測臺4，被測試件8放置在檢測臺4上，磁檢測探頭5位於被測試件8的上方；
一定位裝置，是以步進電機10為驅動機構，與步進電機10的轉軸相連接的絲槓11 沿「X」向設置，在與絲槓11螺紋配合的絲槓滑臺12上，沿「Y」向呈懸臂式固定設置支撐杆 13，磁檢測探頭5設置在支撐杆13的前端，步進電機10驅動下的磁檢測探頭5隨絲杆滑臺 12在被測試件的上方沿「X」向移動；
一控制器，控制步進電機10對絲槓滑臺12進行「X」向定位控制，適時採集磁檢測探頭5在對應位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件8在「X」向上與位置呈對應的磁記憶信號。
具體實施中，相應的結構設置也包括
磁檢測探頭5是由緊固螺母6和螺母7固定設置在支撐架13的前端，實驗平臺在進行檢測之前，可根據被測試件的位置和形狀調節磁檢測探頭5的位置和擺放，然後實驗平臺按照圖3所示的工作流程運行，磁檢測探頭5被固定設置在支撐架13的前端隨著絲杆滑臺勻速沿「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採用基於自旋閥巨磁效應的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對其進行差分放大，在差分放大器ADl的1腳和8腳之間串聯一個100歐電阻R5和一個精密電位器R6，R5用來防止電位器R6電阻調節過低，導致輸出電壓過大。磁檢測探頭5與控制器2之間採用屏蔽信號線14進行連接。
在底座3的外圍設置電磁屏蔽網9，底座3和檢測臺4是以非磁性材料為材質，以防止底座3和檢測臺4本身對磁記憶檢測結果產生影響；在控制器2、步進電機10外部都使用屏蔽罩防護，在底座3的後端和兩側裝有電磁屏蔽網9，減少磁檢測探頭5受外圍磁場的幹擾。
圖2所示，控制器2具有一信號調理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護電路構成；一數模轉換電路，由ADS8364數模轉換晶片構成；一處理器，由DSPM07處理器晶片構成；一存儲器，由IS61LV6416晶片構成；
在具體實施中，控制器中還包含有供電電路，供電電路採用220V交流電壓供電， 通過濾波、變壓、整流、穩壓獲得+/-5. 0V、3. 3V、12. 0V、24. OV直流電壓。+/-5. OV和3. 3V供給數據採集單元中的集成塊，12. OV供給智能顯示器1，24. OV供給定位裝置中的步進電機 9。
磁檢測探頭5輸出信號經過信號調理電路濾波輸出檢測信號χ⑴，檢測信號χ⑴ 經數模轉換電路輸出數字檢測信號x(n)；由DSP2407處理器晶片的並行數據口讀取數字檢測信號x(n)，通過DSP2407晶片的DS 口控制對數字檢測信號χ (η)的存儲；DSPM07處理器晶片通過T3PWM 口輸出ADS8364數模轉換晶片的工作頻率信號；通過DSPM07處理晶片的 PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈衝控制信號，脈衝控制信號經步進電機控制器功率放大，輸出步進電機控制信號，通過DSPM07處理器晶片的串行口模塊與智能顯示器1通信，通信方式採用RS232或RS485。
處理器中設置基於LMS的64階自適應濾波器進行數字濾波算法和對獲取的信號變化率K(n)值的計算方法，其中數字濾波算法如式(3)、(4)和(5)
權利要求
1.一種基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特徵是底座C3)上分別設置一檢測臺G)，被測試件⑶放置在檢測臺⑷上，磁檢測探頭(5)位於所述被測試件 ⑶的上方；一定位裝置，是以步進電機(10)為驅動機構，與步進電機(10)的轉軸相連接的絲槓 (11)沿「X」向設置，在與所述絲槓(11)螺紋配合的絲槓滑臺(12)上，沿「Y」向呈懸臂式固定設置支撐杆(13)，所述磁檢測探頭( 設置在所述支撐杆(1 的前端，步進電機(10) 驅動下的磁檢測探頭(5)隨絲杆滑臺(1 在被測試件的上方沿「X」向移動；一控制器，控制步進電機(10)對絲槓滑臺(12)進行「X」向定位控制，適時採集磁檢測探頭( 在對應位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件(8)在「X」向上與位置呈對應的磁記憶信號。
2.根據權利要求1所述的基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特徵是所述磁檢測探頭(5)採用基於自旋閥巨磁效應的SAS系列傳感器。
3.根據權利要求1所述的基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特徵是在所述檢測臺的外圍設置電磁屏蔽網(9)，所述底座(3)和檢測臺(4)是以非磁性材料為材質，所述控制器設置在電磁屏蔽防護網中。
4.根據權利要求1所述的基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺，其特徵是所述控制器⑵具有一信號調理電路，由有源低通濾波器和一電壓保護電路構成； 一數模轉換電路，由ADS8364數模轉換晶片構成； 一處理器，由DSPM07處理器晶片構成； 一存儲器，由IS61LV6416晶片構成；所述磁檢測探頭( 輸出信號經過信號調理電路濾波輸出檢測信號x(t)，所述檢測信號x(t)經數模轉換電路輸出數字檢測信號χ (η)；由所述DSP2407處理器晶片的並行數據口讀取數字檢測信號χ (η)，通過DSPM07晶片的DS 口控制對數字檢測信號χ (η)的存儲； 所述DSPM07處理器晶片通過T3PWM 口輸出ADS8364數模轉換晶片的工作頻率信號；通過 DSP2407處理晶片的PWM1、PWM2、PWM3、PWM4 口輸出脈衝控制信號，所述脈衝控制信號經步進電機控制器功率放大，輸出步進電機控制信號，通過DSP2407處理器晶片的串行口模塊與所述智能顯示器(1)通信，通信方式採用RS232或RS485。
5.一種利用權利要求1所述實驗平臺進行鐵磁性構件缺陷定位的方法，其特徵是 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； 啟動步進電機(10)，使所述步進電機(10)獲得頻率為f2的脈衝控制信號，通過步進電機帶動磁檢測探頭(5)沿「X」向對被測試件⑶進行檢測；當磁檢測探頭( 檢測到缺陷位置時，記錄步進電機(10)獲取的脈衝數m，按照式(1) 獲得磁檢測探頭(5)相對於初始位置的移動距離s As ^m ^ φ 、)其中As為絲槓(11)的螺距，m為脈衝數，Φ為步進電機的步距角。
全文摘要
本發明公開了一種基於巨磁效應的金屬磁記憶檢測實驗平臺及其應用，其特徵是底座上分別設置一檢測臺，被測試件放置在檢測臺上，磁檢測探頭位於被測試件的上方；一定位裝置，是以步進電機為驅動機構，與步進電機的轉軸相連接的絲槓沿「X」向設置，在與絲槓螺紋配合的絲槓滑臺上，沿「Y」向呈懸臂式固定設置支撐杆，磁檢測探頭設置在支撐杆的前端；以控制器控制步進電機對絲槓滑臺進行「X」向定位控制，適時採集磁檢測探頭在對應位置上獲取的磁記憶信號，獲得被測試件在「X」向上與位置呈對應的磁記憶信號。本發明應用於常規教學和試驗，對於板狀、軸類和圓盤類常用構件上一維方向上的缺陷進行精確檢測和準確定位。
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 優先權日2011年10月19日
發明者劉儒軍, 劉志峰, 張曦, 汪燕, 黃海鴻 申請人:合肥工業大學