真空助力泵制动主缸出油孔螺纹缺陷涡流探伤仪的设计

　　轿车真空助力泵制动主缸出油孔螺纹采用先进的挤压成形生产方式,螺纹牙型完整,强度和精度较高。但因各种原因有时会产生烂牙、缺牙和无牙等缺陷。用传统的人工目测方法检验,难免会产生漏检,造成安全隐患。为此,本文设计了一套轿车真空助力泵制动主缸出油孔螺纹完整性检测的涡流检测装置。

　　1　基本原理

　　真空助力泵制动主缸螺纹缺陷涡流检测系统的组成框图如图1所示。涡流检测系统由信号激励源、探头、信号检测电路、信号调理电路、延时电路、峰值采样电路、鉴相电路及显示电路等组成。激励信号源产生的正弦波信号激励探头,在工件中产生涡流。该系统采用对管、棒等探测灵敏度较高的点式探头[1]。

　　信号检测电路检测探头线圈的输出信号;信号调理电路将检测信号滤波并放大到适当的幅值,延时电路在检测信号正向过零1/4周期后输出采样触发脉冲,使采样保持器捕捉到信号峰值。鉴相电路测量缺陷信号的相位,测得的缺陷信号幅值和相位差送单片机判别并送显示,完成螺纹缺陷的判定和检测。

　　2　硬件系统设计

　　(1)激励信号源

　　激励信号源由晶振及其外围电路、稳幅、分频、滤波和放大电路组成。为了获得稳定精确的检测结果,首先需要精密的激励信号源。晶振作振荡器用时可以产生非常稳定的振荡,和外围电路一起能够产生频率稳定的激励方波,再经过分频、稳幅电路的处理,能够保证激励方波的幅值稳定,然后经过滤波和恒流处理,得到频率和幅值都很稳定的正弦波激励信号。对于本研究中的真空助力泵制动主缸,其螺纹牙的深度为1.5mm。

　　根据公式(1)可以计算出所需激励信号的频率。

　　δ= 1/πfuσ(1)

　　式中　δ—探测深度,m;

　　u—磁导率,H/m;

　　f—激励源信号频率,Hz;

　　σ—电导率,s/m。

　　真空助力泵制动主缸为铝质材料,磁导率可以近似看作1H/m,电导率为1s/m。一般δ为待检测深度的1.2倍,因此可以计算出信号激励源频率为100kHz。

　　(2)传感器检测电路

　　为了发现检测线圈中的感应电动势的变化,本文利用电桥平衡电路[2]提取检测线圈中的缺陷信号。电桥平衡电路如图2所示。

　　其中L1为传感器内检测线圈,L2为外部平衡线圈,R1、R2为外接电阻,则有:

　　设电桥初始状态下是平衡的,即L1R2=L2R1,而且电桥中的电流采用恒流驱动,当检测线圈L1检测工件时,线圈L2的电感保持不变,设线圈电感变化ΔL,则有: