基于嵌入式结构的便携式磁记忆检测仪

　　1　总体结构及各部分组成

　　1.1　嵌入式结构的方案选择

　　第1种方案是选用合适的32位嵌入式微处理器(ARM系列、MIPS系列),搭建检测仪硬件平台,定制嵌入式Windows CE操作系统,开发应用于金属磁记忆检测系统信号采集处理和诊断的各种应用软件。该方案的优点是将软件系统与微处理器、嵌入式操作系统有机地结合起来,避免资源浪费;缺点是技术难度大,研发成本高,时间长。第2种方案是选用现成的嵌入式系统产品,开发数据采集硬件及其接口系统,开发金属磁记忆数据采集和诊断的应用软件。该方案的优点是风险小,研发成本低,周期短,可以利用现有成熟的技术;缺点是产品成本高,不够灵活。

　　第1种方案涉及到计算机、操作系统、软件开发和集成电路等相关技术,具有开发难度,且嵌入式微处理器及其开发工具和操作系统的开发环境的费用达到数万元。而第2种方案集中在解决行业应用开发技术上,具有很强的针对性和可行性。综合比较两种方案,系统选用第2种方案。

　　1.2　系统的总体结构

　　系统由掌上电脑、串行通信电缆、单片机数据采集卡、探伤车(其上装有磁敏传感器和位置编码器)等组成。如图1所示。磁敏传感器用来采集铁磁性构件的磁记忆信号,旋转编码器发出的脉冲信号作为外触发保证采样随探伤小车移动的位置而进行。A/D转换和单片机控制电路的主要作用是将传感器的模拟信号放大滤波后转换成数字信号,实现数字信号的采集。掌上电脑则是信号显示部分的核心设备。

　　1.3　系统各部分组成

　　掌上电脑采用联想的天玑5100, CPU是Intel公司的SA1110,主频为206MHz,内存为32MROM和32 MRAM,操作系统为Windows CE3.0。单片机数据采集卡采用AT89C2051、AD7705等芯片。磁敏传感器采用HONEYWELL公司的HMC1021磁阻传感器。位置传感器采用OMRON公司E6A2-CS3型旋转编码器

　　2　磁记忆信号的获取

　　磁敏传感器是磁记忆检测设备的前端关键部件。系统采用HMC1021磁阻传感器,其传感器结构为4臂惠斯通电桥,将磁场转化为差动的输出电压。可检测低至85×10^-10T的磁场。磁敏传感器长时间工作中,传感器反复被磁化产生剩磁,将对测量产生误差。传感器剩磁的消除需要专门设计电路。利用555定时器组成的多谐振荡器,产生矩形脉冲信号可消除HMC1021剩磁。其电路如图2所示。

　　HMC102传感器的输出电信号一般只有几mV到几十mV的范围,需要进行放大处理,同时为了避免工作现场的工频信号的干扰,需要进行滤波处理。系统的设计是对铁磁性工件表面的磁信号进行静态采集,采用低通滤波。放大滤波电路如图3所示,通过调节电位器R₃可以改变放大增益。