專利名稱：一種交流磁粉探傷磁化電流的峰值控制方法及其控制電路的制作方法
一種交流磁粉探傷磁化電流的峰值控制方法及其控制電路技術領域
本發明屬于磁粉探傷技術領域，特別是涉及一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值 控制方法及其控制電路。
背景技術：
磁粉探傷作為我軍航空裝備修理的重要檢測手段，對提高航空裝備的修理質 量，保障飛行安全起著至關重要的作用，它利用降壓裝置將工頻交流電轉換成低壓、大 電流的交流輸出，電流流過工件，產生磁場，實現對工件的周向磁化，也可以通過線圈 實現對工件的縱向磁化，用來檢查鐵磁性材料表面與近表面的缺陷，對于鋼鐵材料，在 進行磁粉探傷時起作用的是磁化電流的峰值，而不是有效值或平均值。交流磁化降壓裝 置是交流磁粉探傷機的核心部分，為了控制降壓裝置的交流電斷電相位，常采用斷電相 位控制器使剩磁值能保持穩定，但需注意的是，此時可控硅控制式降壓裝置輸出的磁化 電流將不是完整、規則的正弦波，也就是說，通過被檢測零件的磁化電流的峰值與有效 值電流不再是《磁粉檢驗HB/Z 72-98》要求的萬倍關系，經可控硅調節后的磁化電流 是斷續的交流電流，經理論和現場實驗測算，上述倍數關系在λ/ 到4之間隨可控硅的控 制角、電流回路的功率因數而變化，而目前應用的交流磁粉探傷機的斷相控制器無法做 到磁化電流峰值的定值控制，只能做到輸出電流的有效值或平均值無反饋或簡單反饋的 粗略控制，在磁化工藝規范上要得到所需的磁場強度，還是錯誤地將磁化電流的峰值與 有效值按固定倍的關系來估算磁化電流峰值的大小，這就造成了實際產生的磁場強度 與理論值不相等，相差太大；另外由于在斷相控制器上磁化電流峰值不能定值控制，負 載阻抗、網壓變化等均會影響到磁化電流，這些都大大不利于磁粉檢驗質量。發明內容
為解決上述問題，本發明提供了一種交流磁化電流峰值控制方法及其控制電 路，可用于降壓裝置的斷電相位控制器。
本發明所述的一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法，其特征為控制電路 通電后，通過電路測量出可控硅導通角Θ，利用已知的可控硅控制角α和測量的可控硅 導通角θ計算求得功率因數角Φ ；在通電的每個周波中，控制電路實時高速采樣電流傳 感器發回的電流瞬時值i，并進行A/D轉換與保存，當一個周波結束，則將儲存的瞬時值 i進行比較得到此周波的實際磁化電流峰值；根據求得的功率因數角Φ和已知可控硅控 制角α，當前周波的實際磁化電流峰值，設置的所要求的磁化電流峰值4個已知條件， 計算得到下一周波的可控硅控制角α ，使后一周波實際磁化電流峰值與設置的磁化電流 峰值相等，磁化電流每周波調整一次，直到通電結束。
本發明還涉及一種執行磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法的控制電路，所 述控制電路包括可控硅調壓裝置主電路、電網同步電路、主控電路和實際磁化電流反饋與同步處理電路，所述主控電路的一個端口和電網同步電路的輸出端口相連接，一個端 口和可控硅調壓裝置主電路相連，另兩個端口分別和實際磁化電流反饋與同步處理電路 相連。
與現有技術相比，本發明達到了如下技術效果。
1.磁粉探傷機采用上述控制方法及其控制電路，真正解決了磁化電流峰值的定 值控制，磁粉探傷時所需的磁場強度的大小按磁化工藝規范采用交流電流的峰值電流來 計算，調整到預定的峰值電流將會得到與理論相符的磁場強度。
2由于在斷電相位控制器上磁化電流峰值實現了定值控制，使負載阻抗、網壓變 化等都不會影響到磁化電流，從而大大提高了磁粉檢驗質量。
3.斷電相位控制器采用數字控制技術，使磁化電流恒流控制精度大大提高，當 網壓在340V 420V變化時，按設置的有效值或峰值電流，其相應的磁化電流變化波動 小于士2%。
4.本發明對磁化電流(峰值或有效值)的監控方式為恒流控制，所以當二次回路 阻抗的變化，如用銅棒、零件、或與兩個夾頭的接觸電阻的變化，對磁化電流無影響。
圖1是本發明的控制方法流程圖2是本發明的主電路示意圖3是本發明的電網同步電路示意圖4是本發明的實際磁化電流反饋與同步處理電路示意圖5是本發明的主控電路示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
本發明所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法為控制電路通電后，通過 電路測量出可控硅導通角θ，利用已知的可控硅控制角α和測量的可控硅導通角θ計算 求得功率因數角Φ ；在通電的每個周波中，控制電路實時高速采樣電流傳感器發回的電 流瞬時值i，并進行A/D轉換與保存，當一個周波結束，則將儲存的瞬時值i進行比較得 到此周波的實際磁化電流峰值；根據求得的功率因數角Φ和已知可控硅控制角α，當前 周波的實際磁化電流峰值，設置的所要求的磁化電流峰值4個已知條件，計算得到下一 周波的可控硅控制角α ，使后一周波實際磁化電流峰值與設置的磁化電流峰值相等，磁 化電流每周波調整一次，直到通電結束。
圖1是本發明的控制方法流程圖，該控制方法的具體步驟如下。
斷相控制器通電開始工作
第一步判斷腳踏開關四壓下否，如壓下，光電隔離器18導電，并輸出一低電 平到單片機19的管腳19上，表示開始啟動，對零件進行磁化操作。
第二步電網同步電路將與電網同步的方波信號輸入到主控電路中的高速單片 機19上，這個信號的下降沿會觸發intl中斷，程序則根據電網同步信號的每周波下降沿 是否到達來控制工作時序流程，若達到則以此作為當前周波的時間零點來開始工作，若沒有到達，則繼續等待下降沿到達。
第三步單片機19按設定的可控硅控制角α，發出低電平信號到單片機23 上，引發單片機23的into中斷，單片機23發出脈沖信號，經主控電路中的高速光電隔離 器對、25及觸發脈沖變壓器沈、27處理后，輸出到可控硅調壓裝置主電路中的單相可控 硅組件2上，觸發可控硅組件2導通，磁化電流流過待檢工件；
第四步磁化電流反饋與同步處理電路檢測是否有電流同步信號，若檢測到， 則開始運行，否則繼續檢測等待電流同步信號；
第五步磁化電流反饋與同步處理電路開始運行，將電流檢測信號和電流同步 方波信號輸入到主控電路中的用于恒流控制的高速單片機19上，輸入的電流同步方波信 號引發單片機19的低電平intO中斷，在此中斷過程中，啟動高速單片機19中的timerO測 量出可控硅的導通角θ，同時單片機19對輸入的電流檢測信號進行A/D轉換和保存，并 將保存的磁化電流瞬時值進行最大值比較得出當前周波的實際磁化電流峰值，然后通過 測得的導通角θ和設定的控制角α運算得出當前的功率因數角Φ ；
第六步單片機19利用已知控制角α、功率因數角Φ、當前周波的實際磁化 電流峰值和設置的所要求磁化電流峰值四個已知條件計算得到下一周波的可控硅控制角 α 1 ；
第七步判斷當前周波的通電時間是否達到，若沒有達到，則繼續運行工作時 序流程，若已達到，則結束當前周波的磁化電流峰值控制過程。
上述控制方法通過在斷電相位控制器中設置控制電路予以實現，所述控制電路 包括可控硅調壓裝置主電路、電網同步電路、主控電路和實際磁化電流反饋與同步處理 電路。所述主控電路的功能為專用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅組件 的驅動；所述可控硅調壓裝置主電路的功能為利用調整可控硅控制角的大小來調節流過 工件的低壓、大電流，以產生磁場，使工件磁化，主控電路發出的脈沖信號輸出通過端 口 28輸出到可控硅調壓裝置主電路中的可控硅組件2上，使可控硅組件2導通；所述電 網同步電路的功能為產生完全與工頻信號同步的方波計數脈沖，同步信號出現時刻為網 壓零點，每半周出現一次，主要用于磁化電流通電時間計量的最小基準時間單位和作為 延時觸發角α的參考點，電網同步電路的輸出端口 8與主控電路的端口 20連接，將與電 網同步的方波信號輸出到主控電路的端口 20;所述實際磁化電流反饋與同步處理電路的 功能為濾除由電流傳感器檢測出的實際磁化電流信號中的高頻雜波干擾，把電流信號處 理成一路適合于單片機A/D轉換的模擬量，另一路輸出與磁化電流同步的方波TTL電平 信號，用于實際通電時間的測量，實際磁化電流反饋與同步處理電路的端口 12、16與主 控電路的端口 21、22相連，將電流檢測信號和電流同步信號輸入到主控電路。
圖2是本發明的主電路示意圖，單相交流380V如電網的A、B相線通過交流主 電源接口1為磁粉探傷機的降壓裝置提供電源，一對正反并聯的單相可控硅組件2串聯在 降壓變壓器的初級等效回路3中，通過對可控硅組件2的調相控制來平滑地調整降壓變壓 器的輸出電壓，也就調整了輸出的磁化電流的大小。
圖3是本發明的電網同步電路示意圖，電網的交流信號通過端口 4接入，信號 先進入由運算放大器5構成的低通濾波器中，濾除掉電網中的高頻干擾信號，以保證控 制器的正常工作，輸出的信號再進入電壓比較器6中，將交流信號的正弦波變成與電網6同步的方波信號，這個信號通過與門電路7緩沖后通過輸出端口 8輸出到主控電路的端口 20。
圖4是本發明的實際磁化電流反饋/同步處理電路示意圖，電流傳感器9將實際 測得的磁化電流瞬時值轉換成電流跟蹤信號后通過端口 10輸入由運算放大器11構成的低 通濾波器中，濾除掉檢測回路中的高頻干擾信號，濾波后的檢測電流信號分兩路，一路 通過二極管濾除掉電流信號的負半波后通過端口 12輸出到主控電路21端口中進行A/D 轉換，另一路通過運算放大器13將電流信號放大，輸出到電壓比較器14中，將不規則的 電流信號變成數字電路能識別的方波信號，與門電路15用于與后續電路的緩沖，輸出端 口 16將與實際磁化電流同步的方波信號輸出到主控電路的端口 22中。
圖5是本發明的主控電路示意圖，主控電路的控制核心為單片機，該電路中包 括兩個單片機，專用于恒流峰值控制的高速單片機19和控制I/O接口的單片機23，腳踏 開關四通過端口 17并經光電隔離器18接入到主控電路中，電網同步方波信號由端口 20 輸入到單片機19的管腳40上，這個信號的下降沿會觸發intl中斷，程序根據中斷信號 來控制工作時序流程；磁化電流的模擬量信號由端口 21接入到單片機19的管腳39上進 行A/D轉換，本控制器為10位A/D轉換，另一路電流的方波同步信號通過端口 22接入 到單片機19的管腳38上，同步信號的下降沿將印發單片機19的into中斷，引導程序檢 測磁化電流值和精確測量可控硅的導通角；由單片機23發出可控硅的兩路7khz、總脈寬 為2ms的高頻觸發脈沖串，觸發信號源與脈沖變壓器驅動電路之間用HP高速光電隔離器 24, 25光電隔離，以保證不失真傳遞觸發信號，隔離后的脈沖串信號由可控硅觸發脈沖 變壓器26、27輸出，最終的脈沖信號通過端口觀接到主電路中的可控硅組件2上，以驅 動可控硅組件2的導通。
權利要求
1.一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法，其特征為控制電路通電后，通過電 路測量出可控硅導通角θ，利用已知的可控硅控制角α和測量的可控硅導通角θ計算求 得功率因數角Φ ；在通電的每個周波中，控制電路實時高速采樣電流傳感器發回的電流 瞬時值i，并進行A/D轉換與保存，當一個周波結束，則將儲存的瞬時值i進行比較得到 此周波的實際磁化電流峰值；根據求得的功率因數角Φ和已知可控硅控制角α，當前周 波的實際磁化電流峰值，設置的所要求的磁化電流峰值4個已知條件，計算得到下一周 波的可控硅控制角α ，使后一周波實際磁化電流峰值與設置的磁化電流峰值相等，磁化 電流每周波調整一次，直到通電結束。
2.如權利要求1所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 控制電路包括可控硅調壓裝置主電路、電網同步電路、主控電路和實際磁化電流反饋與 同步處理電路，所述主控電路的一個端口和電網同步電路的輸出端口相連接，一個端口 和可控硅調壓裝置主電路相連，另兩個端口分別和實際磁化電流反饋與同步處理電路相 連。
3.如權利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 電網同步電路的功能為產生完全與工頻信號同步的方波計數脈沖，電網的交流信號通過 端口(4)接入，信號先進入由運算放大器(5)構成的低通濾波器中，濾除掉電網中的高頻 干擾信號，以保證控制器的正常工作，輸出的信號再進入電壓比較器(6)中，將交流信 號的正弦波變成與電網同步的方波信號，這個信號通過與門電路(7)緩沖后通過輸出端 口(8)輸出到主控電路的端口(20)。
4.如權利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 實際磁化電流反饋與同步處理電路的功能為濾除由電流傳感器檢測出的實際磁化電流信 號中的高頻雜波干擾，把電流信號處理成一路適合于單片機A/D轉換的模擬量，另一路 輸出與磁化電流同步的方波TTL電平信號，用于實際通電時間的測量，電流傳感器(9) 將實際測得的磁化電流瞬時值轉換成電流跟蹤信號后通過端口(10)輸入由運算放大器 (11)構成的低通濾波器中，濾除掉檢測回路中的高頻干擾信號，濾波后的檢測電流信號 分兩路，一路通過二極管濾除掉電流信號的負半波后通過端口(12)輸出到主控電路(21) 端口中進行A/D轉換，另一路通過運算放大器(13)將電流信號放大輸出到電壓比較器 (14)中，將不規則的電流信號變成數字電路能識別的方波信號。
5.如權利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 主控電路的功能為專用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅組件的驅動，該 電路中包括專用于恒流峰值控制的高速單片機(19)和控制I/O接口的單片機(23)，腳踏 開關(29)通過端口(17)并經光電隔離器(18)接入到主控電路中，電網同步方波信號由 端口 1(21)輸入到單片機(19)的管腳(40)上，這個信號的下降沿會觸發intl中斷，程 序根據中斷信號來控制工作時序流程；磁化電流的模擬量信號由端口(21)接入到單片機 (19)的管腳(39)上進行A/D轉換，另一路電流的方波同步信號通過端口(22)接入到單 片機(19)的管腳(38)上，同步信號的下降沿將印發單片機(19)的into中斷，引導程序 檢測磁化電流值和精確測量可控硅的導通角；由單片機(23)發出可控硅的高頻觸發脈沖 串，觸發信號源與脈沖變壓器驅動電路之間用電隔離器(24)、(25)光電隔離，隔離后的 脈沖串信號由可控硅觸發脈沖變壓器(26)、(27)輸出，最終的脈沖信號通過端口(28)接到主電路中的可控硅組件(2)上，以驅動可控硅組件(2)的導通t
全文摘要
本發明涉及一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法及其控制電路，可用于降壓裝置的斷電相位控制器，本發明所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法為控制電路通電后，通過電路測量并進行A/D轉換與保存，計算得到下一周波的可控硅控制角α1，使后一周波實際磁化電流峰值與設置的磁化電流峰值相等，磁化電流每周波調整一次，直到通電結束；另外本發明還涉及一種執行磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法的控制電路。磁粉探傷機采用上述控制方法及其控制電路，真正解決了磁化電流峰值的定值控制，大大提高了磁粉檢驗質量。
文檔編號G01N27/84GK102023183SQ20091010278
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月15日 優先權日2009年9月15日
發明者梅文軍 申請人:貴州紅湖機械廠