專利名稱：便攜式應力分布檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種構件應力測量裝置，尤其涉及一種利用磁檢測方法對構件進行應力檢測的儀器。
進行檢測的應力分布檢測儀。
應力集中的測試方法根據其對于被測構件是否具有破壞性，可分為有損測試法與無損測試法兩大類。盲孔法是破壞性應力檢測的代表性方法，其缺點是檢測方法復雜，而且對被測構件具有不同程度的破壞性。無損應力測試法有x射線法，超聲檢測法，磁檢測方法，光彈檢測法等。
磁檢測方法是利用鐵磁材料在應力影響下的磁特性變化進行應力檢測。通常采用的磁檢測方法依賴外部磁場激勵，也由此帶來了磁化不均勻、設備笨重、能源消耗、無法探查復雜的結構、剩磁和磁污染等問題。
中國實用新型專利(ZL00242001.5)公開了一種金屬磁記憶診斷儀，該專利產品是由磁感應傳感器陣列、溫度傳感器、距離測量裝置、放大濾波電路、多路開關、A/D轉換模塊、CPU系統、顯示裝置組成。其傳感器陣列是由一個到幾十個同型號的霍爾器件并聯輸入，串聯輸出組成。該實用新型主要用于確定鐵磁部件存在缺陷或應力集中的位置。由于采用霍爾器件作為測磁傳感器，決定了該儀器檢測精度較低，不能發現弱磁場的微小變化，從而不能發現應力的微小變化；霍爾器件在儀器每次使用前必須調零，增加了檢測過程的復雜性；霍爾器件的溫度漂移特性使得在儀器的電路結構上必須增加溫度補償電路，以提高儀器的輸入輸出線性度。
本實用新型的技術解決方案如下本實用新型提供的便攜式應力分布檢測儀主要包括由兩個磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直對應的磁阻器件組成的磁探頭，放大電路，梳狀濾波和A/D轉換模塊，單片機，PDA掌上電腦，磁阻器件置/復位電路，預先儲存在單片機內的軟件處理程序以及PDA程序；所述兩磁阻器件的輸出端分別經放大電路與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連，梳狀濾波和A/D轉換模塊輸出端與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端分別與磁阻器件置/復位電路、PDA掌上電腦以及梳狀濾波和A/D轉換模塊相連；所述的磁阻器件置/復位電路的輸出端分別與兩個磁阻器件的輸入端相連。
本實用新型工作過程如下采用兩個磁阻器件組成磁探頭作為磁傳感器，測量后的信號分別經過放大后，并經對50Hz工頻及其各種倍頻干擾具有高抑制比的梳狀濾波和A/D轉換模塊處理后，輸入給單片機，單片機通過RS232串口通訊將信號輸入PDA掌上電腦，掌上電腦處理檢測數據并在液晶顯示器上顯示數據，再通過功能按鍵接收外部輸入操作。單片機同時控制A/D轉換模塊的數據轉換和采集以及磁阻器件的置/復位。
本實用新型由于采用上述結構，在使用過程中不需要對溫度影響進行補償，不需要調零，使用非常簡單；不需要對被檢測鐵磁性對象專門勵磁和對被測表面做任何預處理，允許提離值達到200mm以上，檢測速度快、且能夠直觀顯示工件內部的應力分布情況，指示出應力集中的位置。
采用雙磁阻器件組成垂直梯度計探頭，在測量工件曲面時可有效去除地磁場的影響，進一步提高了檢測結果的準確性和儀器的可靠性。
由于采用了置/復位電路，在每次測量前對磁阻器件進行置/復位，可有效提高磁阻器件的檢測靈敏度和線性度；采用對50Hz工頻及其各種倍頻干擾具有高抑制比的梳狀濾波電路，有效地降低了環境電磁干擾，使檢測儀測磁靈敏度達27μGauss，可以作為微高斯計使用，是用霍爾器件作測磁傳感器的特斯拉計的有利補充和提高。
本實用新型帶有可充電電池，能連續提供8小時工作所需能源，帶有RS232接口，和PC機可實現串口通訊，將便攜式儀器中的檢測數據傳入PC機中進行進一步處理，并生成檢測報表文件。儀器采用人機對話、菜單提示、熱鍵幫助、多種閾值報警、危險區數據回放等功能，并可存儲、分析數據，具有中、英文軟件版本。
圖2是本實用新型磁探頭結構示意圖。
圖3a、3b是本實用新型實施例單片機程序流程框圖。
圖4是本實用新型實施例的PDA程序流程框圖。
圖5是本實用新型實施例的電路原理圖。
兩磁阻器件6的測磁信號經過放大、濾波和A/D轉換模塊10后，被輸送如到單片機11后進行差動處理，到達PDA掌上電腦15，就得到消除地磁場影響后的被測工件表面磁場強度，該磁場強度能更準確地反映工件內部應力分布情況。
圖2為垂直梯度計磁探頭7的結構示意圖。由兩個垂直封裝在距檢測面14不同高度平面內的磁阻器件6組成，且兩磁阻器件磁敏感方向相同。
圖3是本實用新型實施例的單片機程序框圖。單片機程序由主程序a和中斷子程序b組成。
主程序a主程序a中設置了中斷的方式，程序開始后首先初始化各控制寄存器及P1端口，延時以保證標定結束，然后開放中斷，對傳感器復位、延時保證A/D轉換、采樣結束之后，置位傳感器，同時置R7寄存器值為02H，最后通過串口發送寄存器中由中斷子程序讀入的數據，檢查R7寄存器中的數值，如果該值為0H，則重新對傳感器復位，進行下一輪循環操作；否則，繼續檢查R7寄存器中的數值。
中斷子程序b開始后，對應CS5509片轉化完畢發出中斷請求信號，轉入中斷子程。首先選通發出中斷請求的CS5509的串口并將其片選信號清零，對另一片CS5509片選信號置1，然后中斷子程序通過移位方式讀入CS5509轉化完的數據，保存在RAM中，將R7寄存器中數值減1，中斷返回。
附圖
4是本實用新型實施例的PDA程序框圖。系統軟件采用菜單操作方式，通過循環檢測相應按鍵是否按下決定具體操作。具體步驟如下如果按下方向選擇鍵使操作數M等于1，則從外端口讀數據、在液晶屏上畫數據波形并在內存中暫存數據，然后檢測是否按下退出鍵，如果沒有按下此鍵，則繼續進行從外端口讀數據等一系列操作；如果檢測到按下退出鍵，則要求輸入文件名保存文件，并繼續檢測按鍵按下情況。如果按下方向選擇鍵使操作數M等于2，則進入數據文件復現子程序，要求輸入文件名、輸入需要顯示第K屏、輸入顯示通道A/B，則顯示相應的數據，接下來可以進行數據分析操作，然后檢測是否按下退出鍵，如果沒有按下此鍵，則等待輸入操作數K；如果檢測到按下退出鍵，則等待選擇操作數M。如果按下方向選擇鍵使操作數M等于3，則退出程序。
附圖5是本實用新型實施例的電路原理圖。包括磁敏元件I，信號處理電路II，控制單元III，磁阻器件置復位電路IV，電源管理單元V五個部分組成，圖中用虛線框分開。其核心部件為AT89C2051單片機，其指令系統與8031兼容，內部有2K字節程序存儲器，采用20DIP封裝，減小了儀器的體積。各電路的組成及工作原理分別詳細說明如下磁敏元件I由Honeywell公司的磁阻器件HMC1001或HMC1021一維磁敏感器件構成。
信號處理電路II由放大及低通濾波芯片AMP04、梳狀濾波及A/D轉換芯片CS5509組成。R1和R2分別調節兩個AMP04的放大倍數；Y1、C3、C4及Y2、C5、C6為CS5509提供32.768KHz頻率的時鐘，可實現輸出速率為20字/秒的串行通訊，CS5509提供16位的A/D轉換，由第15管腳串行輸出。圖中磁敏元件I由兩個磁阻器件構成雙通道的磁探頭，相應的信號處理電路II也是由相同的兩部分構成。
控制單元III由單片機AT89C2051和MAX232E組成。AT89C2051的P1.6口線提供磁阻元件的原始置復位信號，P1.4口線和P3.4口線分別用來接收兩個通道A/D轉換后的信號，P3.0口線和P3.1口線用于串口通訊。
磁阻器件置復位電路IV由功率放大芯片IRF7105和電壓變換芯片MAX662A組成。MAX662A及電容C15、C16將5V電源電壓變為12V直流電壓，以滿足IRF7105的電源要求。IRF7105以及外圍電路可以向磁阻元件提供4A的置復位脈沖電流。
電源管理單元V由TPS76350和電容C21、C20組成，可以將外部6V電源電壓轉換為系統所需的5V工作電壓。
權利要求1.一種便攜式應力分布檢測儀，其特征在于該檢測儀主要包括由兩個磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直對應的磁阻器件組成的磁探頭，放大電路，梳狀濾波和A/D轉換模塊，單片機，PDA掌上電腦，磁阻器件置/復位電路，預先儲存在單片機內的軟件處理程序以及PDA程序；所述兩磁阻器件的輸出端分別經放大電路與梳狀濾波和A/D轉換模塊的輸入端相連，梳狀濾波和A/D轉換模塊輸出端與單片機的輸入端連接，單片機的輸出端分別與磁阻器件置/復位電路、PDA掌上電腦以及梳狀濾波和A/D轉換模塊相連；所述的磁阻器件置/復位電路的輸出端分別與兩個磁阻器件的輸入端相連。
2.按照權利要求1所述的便攜式應力分布檢測儀，其特征在于所述的磁阻器件采用HMC1001，所述的梳狀陷波和A/D轉換模塊采用CS5509芯片，所述的單片機采用AT89C2051，所述的磁阻器件置/復位電路由IRF7105和電壓變換芯片MAX662A組成。
專利摘要一種便攜式應力分布檢測儀，涉及一種利用磁檢測方法對構件進行應力檢測的裝置。該檢測儀主要包括由兩個磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直對應的磁阻器件組成的磁探頭，放大電路，梳狀濾波和A/D轉換模塊，單片機，PDA掌上電腦，磁阻器件置/復位電路以及預先儲存在單片機內的軟件處理程序及PDA程序。該檢測儀在使用過程中不需要對溫度影響進行補償，不需要調零，使用非常簡單；不需要對被檢測鐵磁性對象專門勵磁和對被測表面做任何預處理，允許提離值達到200mm以上，檢測速度快、且能夠直觀顯示工件內部的應力分布情況，指示出應力集中的位置。
文檔編號G01L1/12GK2551983SQ0223802
公開日2003年5月21日 申請日期2002年6月28日 優先權日2002年6月28日
發明者李路明, 黃松嶺, 胡斌, 霍雪亮, 曹益平 申請人:清華大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
