專利名稱：三維金屬磁記憶檢測儀器的制作方法
技術領域：
本實用新型專利公開了一種三維金屬磁記憶檢測儀器，屬于工業測量儀器技術領域。
背景技術：
無損檢測技術的發展，為工業中機械設備的檢修和潛在故障的發現帶來了極大的方便。金屬磁記憶檢測技術作為無損檢測技術中新興的技術近年也不斷發展。技術的進步催生了相應的設備，而相應檢測設備的發展是金屬磁記憶檢測理論能否得到實際應用的關鍵。檢測設備的核心是磁敏傳感器的研制。很多敏感器件如霍爾磁敏元件、鐵磁線圈和磁敏電阻等，從原理和技術指標衡量，都可以應用于磁記憶傳感器的研制。進行針對弱磁測量的傳感器研制，是磁記憶檢測技術研究的一個重要方面。繼俄羅斯動力診斷公司推出第一臺磁記憶檢測傳感器后，國內已經相繼推出了基于霍爾元件的磁記憶傳感器和基于磁敏電阻的磁記憶傳感器。目前這類設備主要依靠國外進口，價格昂貴，功能也相對簡單，不夠完善。未來發展主要朝著小型化，便攜，操作和處理數據，傳輸數據的簡單方向發展。如圖中一維磁記憶檢測傳感器部分體積較大，對相對小的細節就不容易探測和采集數據，進行三維磁記憶檢測設備的研發，具有重要應用價值。
發明內容本實用新型專利的目的在于實現金屬磁記憶信號的三維檢測，解決目前對金屬磁記憶檢測僅停留在一維信號的檢測，二維信號測量儀器亦較少的問題。為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。三維金屬磁記憶檢測儀器，硬件功能模塊包括:鋰電池供電模塊1、電壓轉換模塊
2、傳感器置位/復位供電模塊3、傳感器置位/復位控制模塊4、信號調理模塊5、多路選擇模塊6、AD轉換模塊7、單片機模塊8、主程序模塊、溫度采集模塊9、LCD顯示模塊10、磁場獲取及轉換模塊11 ;具體連接為:鋰電池供電模塊I通過電壓轉換模塊2輸入端,將14V電壓轉換5V后電壓轉換模塊2的輸出端為單片機8供電，將輸出電壓5V通過傳感器置位/復位供電模塊3將電壓轉化為20V，為傳感器置位/復位控制模塊4供電，其輸出端與單片機模塊8相連，結合單片機模塊8控制，產生電流脈沖實現傳感器的置位/復位功能，然后磁場獲取及轉換模塊11測得的磁場信號，經過信號調理模塊5處理，利用一個外部電阻設置增益，實現信號的放大調理，再經過多路選擇模塊6選擇，將所測x、y、z三路信號分別送至AD轉換模塊7，輸出時鐘端SCK，數據端SD0，使能端CNV分別與單片機模塊8相連，讀取AD轉換模塊7轉換后的數據，并利用溫度采集模塊9采集溫度數據，經過單片機模塊8處理之后，在LCD顯示模塊10上顯示出來，以實現三維磁場實時檢測與顯示；[0009]所述鋰電池供電模塊1，采用4片鋰電池和鋰電池保護芯片設計，其供電電壓14.4-16.8V,電池的容量為 7000mAH ；所述電壓轉換模塊2，將鋰電池是系統的電源供應14.4-16.8V之間的電壓，轉換為5V供電,選用的LM2576穩壓器第I管腳為輸入端，第2管腳為輸出端； 所述傳感器置位/復位供電模塊3，將電壓轉換模塊2的輸出電壓5V通過此模塊轉化為20V的電壓,輸出至傳感器置位/復位控制模塊4,選用的max662a芯片第5管腳為輸入端,第6管腳為輸出端；所述傳感器置位/復位控制模塊4，用于和單片機模塊8配合，控制磁場獲取及轉換模塊11的置位和復位；，置位輸出端SET與單片機模塊8AT89S52芯片P2.7 口連，復位輸出端RESET與單片機模塊8AT89S52芯片P2.6 口連，電流輸入端與磁場獲取及轉換模塊11HMC1043傳感器第5管腳SR+端連；所述信號調理模塊5，所測金屬表面的磁場信號為靜態量，用調理電路進行差分放大，便于AD轉換模塊7進行模數轉換，采用高精度儀表放大器AD620，X軸信號輸入input+端與磁場獲取及轉換模塊11HMC1043傳感器第3管腳0UT+X連，輸入input-與磁場獲取及轉換模塊11HMC1043傳感器第15管腳OUT-X連，放大后信號輸出端output與多路選擇模塊6⑶4502芯片中iuput-Ι端連；Y軸信號輸入端分別與磁場獲取及轉換模塊11HMC1043傳感器第6管腳0UT+Y，第I管腳OUT-Y連，輸出端與多路選擇模塊6CD4502中input-2端連；Z軸信號輸入端與磁場獲取及轉換模塊11HMC1043傳感器第11管腳0UT+Z，第10管腳OUT-Z端連，輸出端與多路選擇模塊6CD4502中input-3端連；所述多路選擇模塊6，用于選擇傳感器和AD轉換模塊7之間的通道，為實現3路通道的選擇性導通，通道轉換共用一個AD轉換模塊7，以實現對三維磁場信號的轉換和讀取，輸出端與AD轉換模塊7AD7694第2管腳input+連；所述AD轉換模塊7，用于將調理之后的電壓值轉換為數字，選用Analog公司的16位數模轉換器AD7694，輸出時鐘端SCK，數據端SD0，使能端CNV分別與單片機模塊8AT89S52 芯片 P2.0, P2.1，P2.2 口連；所述單片機模塊8，采用AT89S52，與傳感器置位/復位控制模塊4，多路選擇模塊6，AD轉換模塊7，溫度采集模塊9，IXD顯示模塊10連；所述磁場獲取及轉換模塊11，包含了 AD數據轉換、單片機對置位/復位邏輯的控制、單片機對通道的選擇控制，實現磁場值的獲取及轉換；所述溫度采集模塊9，提供了一個溫度采集函數接口，獲取數據并且將溫度采集函數轉換為ASCLL碼供IXD顯示模塊10顯示，選用溫度傳感器輸出端DS18B20芯片第2管腳DQ與單片機模塊8AT89S52芯片P2.5 口連；所述IXD顯示模塊10，顯示溫度和三維磁場的值，選用ZX12864R液晶顯示模塊輸出端與單片機模塊8AT89S52芯片Pl 口連。以上檢測系統的軟件部分，均采用C51實現模塊化編程。所述的三維金屬磁記憶檢測儀器的檢測方法，其包括以下步驟:I)利用磁場獲取及轉換模塊11三維磁場傳感器芯片HMC1043，測得相應的磁場信號;2)將磁場信號通過信號調理模塊5芯片AD620并進行差分放大；[0024]3)將三個通道的數據通過多路選擇模塊6差分多通道數字控制模擬開關芯片⑶4052實現3路通道的選擇性導通；4)將處理后的信號送到AD轉換模塊7芯片AD7694將模擬信號轉換為數字信號；5)為提高磁場檢測精度，同時利用溫度采集模塊9溫度傳感器芯片DS18B20實現溫度采樣；6)將數字信號及溫度信息送至單片機模塊8芯片AT89S52，實現系統的處理，協調；7)把單片機綜合處理后的信息，即三維磁場強度及溫度信息顯示于IXD顯示模塊10LCD芯片ZX12864R液晶顯示屏；與現有技術相比，本實用新型專利有益效果如下:1、設計中所用HMC1043磁場傳感器體積小，靈敏度高，適合在工業現場作檢測儀器探頭，且實現三維磁場的測量，對比現有技術更具意義。2、由于傳感器分辨率對溫度較敏感，需要對環境溫度進行測量，用于數據處理過程中的溫度補償計算，以此提高磁場檢測精度。
圖1檢測儀整體電路圖圖2電壓轉換電路原理圖圖3置位/復位供電原理圖圖4置位/復位電路原理圖圖5信號調理電路原理圖圖6多路選擇電路連接圖圖7AD轉換電路連接圖圖8單片機硬件原理圖圖9溫度采集原理圖圖10LCD顯示原理圖圖11磁場獲取函數流程圖圖12磁場轉換函數流程圖圖13溫度獲取函數流程圖圖14檢測儀整體硬件架構框圖圖中:1、鋰電池供電模塊，2電壓轉換模塊；3傳感器置位/復位供電模塊；4傳感器置位/復位控制模塊；5信號調理模塊；6多路選擇模塊；7AD轉換模塊；8單片機模塊；9溫度采集模塊；10IXD顯示模塊；11磁場獲取及轉換模塊；12基準電壓源模塊。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型專利做進一步說明:如圖1檢測儀整體電路圖所示，首先，將鋰電池供電模塊I提供14V電壓，經過電壓轉換模塊2，將電壓轉換5V后由輸出端為單片機模塊8供電，通過傳感器置位/復位供電模塊3再將電壓轉化為20V，為傳感器置位/復位控制模塊4供電，然后將磁場獲取及轉換模塊11測得的原始信號，經過信號調理模塊5的放大調理，經過多路選擇模塊6的選擇，送至AD轉換模塊7放大調理，其中基準電壓源模塊12為AD轉換電路提供基準電壓，再由單片機模塊8讀取轉換后數據，并讀取溫度采集模塊9的溫度信息。綜合處理之后，在LCD顯示模塊10上顯示出來。如圖2電壓轉換電路原理圖所示，電壓轉換模塊將14.4-16.8V之間的電壓，轉換為5V供電。其中，電容Cl為濾波電容，可濾去電源輸入端供電電壓中的交流成分；電感LI起儲存能量作用，為避免發熱過大，選用小電阻電感；肖特基二極管起續流作用，并通過第4端口的反饋形成閉環控制，輸出5V穩定電壓。如圖3置位/復位供電原理圖所示，置位/復位需要短暫的電流脈沖，采用max662a芯片，實現電壓的轉換功能。圖中該電路功能是5號管腳輸入5V電壓，輸出20V，30mA的供電。如圖4置位/復位電路原理圖所示，磁場傳感器進行置位時，需要從SR+至SR-的電流；復位時，需要從SR-至SR+的反電流，其中SR表示置位/復位電阻帶。采用IRF7106實現單刀雙擲開關的功能，結合單片機通過SET及RESET端來控制開關閉合，實現置位及復位功能，另加入R12和C10，避免電路初始化時發生短路，同時保障置位復位所需電壓。如圖5信號調理電路原理圖所不,選用AD620放大器,僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為I至10，000。AD620的增益通過電阻Re進行編程，即通過引腳I和8之間存在的任何阻抗進行編程。對于G=l，Rg引腳不連接(Re=-)。對于任意增益，可用下式計算Rc:
權利要求1.三維金屬磁記憶檢測儀器，其特征在于:硬件功能模塊包括:鋰電池供電模塊(I)、電壓轉換模塊(2)、傳感器置位/復位供電模塊(3)、傳感器置位/復位控制模塊(4)、信號調理模塊(5)、多路選擇模塊(6)、AD轉換模塊(7)、單片機模塊(8)、溫度采集模塊(9)、IXD顯示模塊(10)、磁場獲取及轉換模塊(11);具體連接為: 鋰電池供電模塊(I)通過電壓轉換模塊(2)輸入端,將14V電壓轉換5V后電壓轉換模塊(2)的輸出端為單片機模塊(8)供電，將輸出電壓5V通過傳感器置位/復位供電模塊(3)將電壓轉化為20V，為傳感器 置位/復位控制模塊(4)供電，其輸出端與單片機模塊(8)相連，結合單片機模塊(8)控制，產生電流脈沖實現傳感器的置位/復位功能，然后磁場獲取及轉換模塊(11)測得的磁場信號，經過信號調理模塊(5)處理，利用一個外部電阻設置增益，實現信號的放大調理，再經過多路選擇模塊(6)選擇，將所測X、1、z三路信號分別送至AD轉換模塊(7)，輸出時鐘端SCK，數據端SDO，使能端CNV分別與單片機模塊(8)相連，讀取AD轉換模塊(7 )轉換后的數據，并利用溫度采集模塊(9 )采集溫度數據，經過單片機模塊(8)處理之后，在IXD顯示模塊(10)上顯示出來，以實現三維磁場實時檢測與顯示； 所述鋰電池供電模塊(1)，采用4片鋰電池和鋰電池保護芯片設計，其供電電壓·14.4-16.8V,電池的容量為 7000mAH ； 所述電壓轉換模塊(2)，將鋰電池是系統的電源供應14.4-16.8V之間的電壓，轉換為5V供電,選用的LM2576穩壓器第I管腳為輸入端，第2管腳為輸出端； 所述傳感器置位/復位供電模塊(3)，將電壓轉換模塊(2)的輸出電壓5V通過此模塊轉化為20V的電壓，輸出至傳感器置位/復位控制模塊(4)，選用的max662a芯片第5管腳為輸入端，第6管腳為輸出端； 所述傳感器置位/復位控制模塊(4)，用于和單片機模塊(8)配合，控制磁場獲取及轉換模塊(11)的置位和復位；置位輸出端SET與單片機模塊(8)AT89S52芯片P2.7 口相連，復位輸出端RESET與單片機模塊(8) AT89S52芯片P2.6 口相連，電流輸入端與磁場獲取及轉換模塊(11) HMC1043傳感器第5管腳SR+端相連； 所述信號調理模塊(5)，所測金屬表面的磁場信號為靜態量，用調理電路進行差分放大，便于AD轉換模塊(7)進行模數轉換，采用高精度儀表放大器AD620，X軸信號輸入input+端與磁場獲取及磁場轉換模塊(11) HMC1043傳感器第3管腳OUT+X相連，輸入input-與磁場獲取及轉換模塊(11 )HMC1043傳感器第15管腳OUT-X相連，放大后信號輸出端output與多路選擇模塊(6)⑶4502芯片中iuput-Ι端相連；Y軸信號輸入端分別與磁場獲取及轉換模塊(11 )HMC1043傳感器第6管腳0UT+Y，第I管腳OUT-Y相連，輸出端與多路選擇模塊(6)CD4502中input-2端相連；Z軸信號輸入端與磁場獲取及轉換模塊(11)HMC1043傳感器第11管腳0UT+Z，第10管腳OUT-Z端相連，輸出端與多路選擇模塊(6)⑶4502中input-3端相連； 所述多路選擇模塊(6)，用于選擇傳感器和AD轉換模塊(7)之間的通道，為實現3路通道的選擇性導通，通道轉換共用一個AD轉換模塊(7)，以實現對三維磁場信號的轉換和讀取，輸出端與AD轉換模塊(7)AD7694第2管腳input+相連； 所述AD轉換模塊(7)，用于將調理之后的電壓值轉換為數字，選用Analog公司的16位數模轉換器AD7694，輸出時鐘端SCK，數據端SD0，使能端CNV分別與單片機模塊(8)AT89S52 芯片 P2.0, P2.1，P2.2 口相連；所述單片機模塊(8)，采用AT89S52，與傳感器置位/復位控制模塊(4)，多路選擇模塊(6), AD轉換模塊(7)，溫度采集模塊(9)，IXD顯示模塊(10)相連； 所述磁場獲取及轉換模塊(I I )，包含了 AD數據轉換、單片機對置位/復位邏輯的控制、單片機對通道的選擇控制，實現磁場值的獲取及轉換； 所述溫度采集模塊(9)，提供了一個溫度采集函數接口，獲取數據并且將溫度采集函數轉換為ASCLL碼供IXD顯示模塊(10)顯示，選用溫度傳感器輸出端DS18B20芯片第2管腳DQ與單片機模塊(8) AT89S52芯片P2.5 口相連； 所述IXD顯示模塊(10)，顯示溫度和三維磁場的值，選用ZX12864R液晶顯示模塊輸出端與單片機模塊(8)A T89S52芯片Pl 口相連。
專利摘要三維金屬磁記憶檢測儀器，屬于金屬無損檢測領域。硬件功能模塊包括鋰電池供電模塊(1)、電壓轉換模塊(2)、傳感器置位/復位供電模塊(3)、傳感器置位/復位控制模塊(4)、信號調理模塊(5)、多路選擇模塊(6)、AD轉換模塊(7)、單片機模塊(8)。鋰電池供電模塊(1)通過電壓轉換模塊(2)輸入端，將14V電壓轉換5V后電壓轉換模塊(2)的輸出端為單片機模塊(8)供電，將輸出電壓5V通過傳感器置位/復位供電模塊(3)將電壓轉化為20V，為傳感器置位/復位控制模塊(4)供電，其輸出端與單片機模塊(8)相連，結合單片機模塊(8)控制，產生電流脈沖實現傳感器的置位/復位功能。本儀器功耗低，輕巧便攜，數據檢測實時、準確。
文檔編號G01N27/83GK203083969SQ20122035853
公開日2013年7月24日 申請日期2012年7月23日 優先權日2012年7月23日
發明者胥永剛, 謝志聰, 陸明, 孟志鵬, 王克 申請人:北京工業大學