基于ARM的钢材无损检测仪的研制

　　电磁无损检测具有非破坏性,简便快速以及在线检测的优点。而初始磁导率使用弱磁场,对电源的强度要求不高,因此在电磁无损检测中具有明显的优势。本仪器使用初始磁导率法,激励采用电压幅值为正负5 V的PWM信号。在裂纹检测实验中,该仪器取得了良好的检测效果。在软件系统上,本系统移植了uC/OS-II与uC/GUI,体现出良好的实时性和界面的友好性。

　　1　检测原理

　　物质的磁性是其在外磁场的作用下所表现出的宏观特性。磁场对处于磁场中的物质具有作用,使其磁化,一切能够磁化的物质称为磁介质,而磁化了的磁介质要激起附加磁场,也会对原磁场产生影响。

　　反映磁化过程的主要磁性能参数有剩磁Br、矫顽力Hc以及磁导率μ,这些磁性能参数是和铁磁性材料的成分、组织结构、裂纹缺陷等直接相关的,也就是说铁磁性物质成分、缺陷等的不同必然导致磁性能参数的不同,对于某种钢铁材料而言能否用电磁无损检测的方法检测其质量,取决于检测性能指标与磁性能参数之间是否存在单值关系,如果经实验证明磁性能参数与性能指标在某一范围内存在单值关系,则可用电磁法来检测。磁性能参数Hc、Br、μ皆为化学成分和组织结构敏感参数,因此只要知道这些磁性能参数与性能指标所具有的相关关系,就可以通过对Hc、Br、μ等磁性能参数的测量,得到所测钢铁材料的相关性能指标。本仪器就是基于对磁导率μ的测量来获得铁磁性材料的裂纹缺陷参数[1]。

　　2　仪器组成

　　硬件设计部分主要包括:微处理器及存储器电路、电源管理电路、励磁发生电路、传感器部分、信号采集与调理电路、人机接口电路。

　　微处理器电路及存储器电路:主要包括ARM微处理器、复位芯片、JTAG调试口、串口电路、Flash和SDRAM外部存储器等。

　　电源管理电路:为系统各个芯片工作提供可靠稳定的电压。主要提供直流2. 5V(处理器核心供电)3. 3V(处理器IO端口及外围芯片供电)和正负5V电压(外围芯片供电)。

　　传感器部分:设计电磁线圈传感器,利用电磁线圈的电磁感应效应将磁场信号转化为线圈上的电压信号。

　　励磁发生电路:为传感线圈提供不同频率不同强度的励磁电流。主要有处理器的PWM模块,互补输出电路及模拟开关组成。

　　信号采集与调理电路:采集微小电压信号通过整流,滤波,放大,然后经过AD采样。为保证仪器精度AD转换器分辨率大于12位。

　　人机接口电路:包括TFTLCD和2*8矩阵键盘。系统总体结构框图如1所示。

　　3　电路设计

　　3.1　频率信号发生电路

　　PWM(PulseW idthModulation)即脉冲宽度调试,简称脉宽调制,它是利用微处理器的数字输出对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术,广泛应用于测量、控制等领域。本系统的激励信号利用处理器产生的不同频率的PWM信号,经过一个具有互补输出级的电压比较电路,转换成正负5 V的方波激励信号,满足系统的需求。通过对处理器寄存器的配置即可实现不同频率的PWM信号。频率信号发生电路如图2所示。