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单片机在应力磁测装置中的应用

时间:03-05 15:39 阅读:720次

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简介：介绍一种以单片机和电磁涡流传感器为基础而构成的一种应力磁测装置。该装置具有硬件简单，体积小，重量轻、操纵方便，在工程领域具有一定的实用价值。

目前，在国民经济很多领域中，各类钢结构材料的应用十分广泛，如钢板压力容器、金属框架及网架建筑物等。在这些钢材结构的构件应用中，有时需要了解结构内部的应力状态及分布情况，或者需要了解现场构件的残余应力的大小。目前，对于铁磁性材料应力的测定方法有很多种，磁测方法是一种较为简便而正确度较高的一种方法。它的丈量基理是当铁磁性材料所受的应力发生变化时，铁磁性材料内部的磁畴结构及导磁率也要发生变化。这种方法还有一个明显的优点是它的无损性丈量，这在工程实际应用中具有很高的实用价值。

1 丈量系统的组成

1.1 系统框图

丈量系统的框图如图1所示，其各部分说明如下：为了能够丈量铁磁材料构件的应力沿层深的分布状况，电涡流传感器的激励信号由80～1000 Hz（视被测材料而定）连续可调的正弦波振荡器输出，再经过功率放大电路后同时往激励基准探头和检测探头，作为检测探头的电涡流传感器的感应输出经过信号采集和处理电路后送进A/D转换电路，把模拟量转变成数字量，然后送进单片机系统进行数据处理，处理结果可通过LED显示器显示。

1.2 系统各部分电路组成

(1) 激励信号产生电路

由于所用的交流激励信号Ub频率为80～1000Hz，频率值较低，故可以选用RC振荡电路。该振荡电路是由一只双运放LM747和外围反馈网络构成的一个频率可调的单T选频网络正弦波振荡器，另外，为了进步输出功率，在正弦波振荡器之后再接有一级功率放大电路。由于信号采集电路所需要的不是相对于公共地的输进激励电压，而是悬浮式的输进，因而功率放大电路采用BTL功放电路，该功率放大电路为单端输进，双端输出。具体电路图略。

(2)信号提取与处理电路

信号提取与处理电路如图2和图3所示。信号提取电路主要有涡流传感器、整流桥和采样电阻三部分。传感器采用阻流圈式传感器，一共有2只。在丈量时1只作为基准探头，另1只作为测摸索头。在丈量前，首先在无应力构件上进行校准，即将两个传感器都放在与被测构件的材料相同性质的无应力构件上，调节WB使桥路平衡，这时AB两真个电压为零。当把测摸索头移至被测构件时，由于被测构件受到应力作用，被测构件内部的磁特性发生变化，使得测摸索头的涡流阻抗发生变化，因而桥路失衡，桥路不平衡电流流过100 Ω采样电阻并产生压降，这就是要提取的信号。由于桥路输出的是浮地信号，因而会含有较大的共模干扰电压。这将给有用信号的提取带来较大的困难，因此在信号提取电路之后加一级信号处理电路。信号处理电路由一级高共模输进差动放大电路和一级两阶有源低通滤波器组成。对于高共模输进差动放大电路，要求其共模输进电压在±20 V范围内，共模抑制比为85 dB以上，这样就可以有效地抑制共摸干扰信号。然而，为了进步共模抑制比，选配电阻既麻烦又困难。为此，在高共摸输进差放后再接一级二阶电源低通滤波器。可使输出信号中的干扰小于1 mV，从而大大进步了丈量精度。

(3)A／D转换和数据处理

这一部分主要包括二大部分：电平转移与A／D变换、数据处理和键盘显示。

① 电平转移及A/D变换由于滤波器输出的是大的动态范围和双极性的电压信号，而采用的A／D转换器的芯片是ADC0809，它在+5 V的单电源下工作，其模拟输进电压范围是0～5 V。为了进步丈量精度，同时又要满足ADC0809对模拟输进的要求，为此我们对滤波器输出的电压作如下的处理：电平变换和并行多级放大。图4是该部分的原理图。当滤波器输出为零时，调整节Wl～W3。使输进到0809的IN0，IN1，IN2上的电压为+2.5 V。这样，当Us有正负输出时，A1，A2，A3的输出就会在+2.5V的电平上下变动，其范围是0～5V，满足了A／D转换芯片的要求。