一种基于PIC单片机的便携式磁记忆检测仪

　　1　引言

　　金属构件和零部件发生损坏的主要原因,是各种微观和宏观机械应力集中导致疲劳失效,其基本特征表现为材料在低于静强度极限的交变应力持续作用下,萌生多种类型的微观内部缺陷,并逐渐演化为宏观裂纹,裂纹扩展最终导致结构破坏。因此,进行疲劳分析,有效评价应力变形状况,测定未来裂缝发展的位置、大小和方向,成为评价金属零部件与构件结构强度和可靠性的一个重要依据。为了及时准确的找出最大机械应力变形区域,20世纪90年代后期,以杜波夫为代表的俄罗斯学者率先提出一种崭新的诊断技术——金属磁记忆检测。本文采用PIC单片机,设计了高性能价格比的便携式磁记忆检测仪,具有低成本、低功耗和快速检测等特点,可以满足各种场合,特别是难以到达部位的应力集中区检测。

　　2　磁记忆检测仪的硬件设计

　　便携式磁记忆检测仪主要由传感器、单片机、运算放大器、LCD显示和相应软件组成,见图1。便携式磁记忆检测仪以单片机PIC16LF873A为核心,用HMC1052两轴磁阻传感器检测法向分量Hp(y)的X分量和Y分量,经过信号放大后,送单片机PIC16LF873A的A/D转换通道,获得的数据经计算得到Hp(y)值,送LCD显示。为检测方便,设置了两个检测通道,作为应力集中线Hp(y)符号比较的依据。置位/复位电路对磁阻传感器施加置位/复位电流,避免地球磁场对测量结果影响。

　　2.1　单片机PIC16LF873A

　　单片机采用PIC16LF873A,它有4KB FLASH存储器,192字节RAM、128字节EEPROM、10位A/D转换器等,几乎不需要外围扩展电路就可以直接使用。RA口设置成A/D转换功能,用于处理双通道磁阻传感器信号。RB口的中断功能用于键盘处理,设有校验、置位/复位、通道1、通道2和ON/OFF5个功能键。RC口中的六个引脚,用于LCD显示器控制。采用两个SMS0801B两线制串行LCD显示器,电源由单片机RC口的一个引脚供电,这样便于对LCD显示器控制,降低系统功耗。显示器可以显示每个通道的磁场强度(单位是T)、键盘信息、电池电压低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。

　　2.2　磁阻传感器HMC1052

　　磁阻传感器HMC1052是利用磁原理,测量工件表面散射磁场法向分量Hp(y)沿坐标X-Y分量,通过数值计算、误差校正,得到Hp(y)值。HMC1052是一个双轴线性磁传感器,每个传感器有一个由磁阻薄膜合金组成的惠斯通桥。当桥路加上供电电压,传感器将磁场强度转换为电压输出。其输出电压以电源电压的一半为基准。磁场范围是±6×10-4T,灵敏度是1.0×10-4mV/V/T。HMC1052包含两个敏感元件,其敏感轴X和Y互相垂直。

　　2.3　磁阻传感器外围电路设计