一種基于PIC單片機的便攜式磁記憶檢測儀(06-100)

　　引言

　　金屬構(gòu)件和零部件發(fā)生損壞的主要原因，是各種微觀和宏觀機械應力集中導致疲勞失效，其基本特征表現(xiàn)為材料在低于靜強度極限的交變應力持續(xù)作用下，生成多種類型的微觀內(nèi)部缺陷，并逐漸演化為宏觀裂紋，裂紋擴展最終導致結(jié)構(gòu)破壞。因此，進行疲勞分析，有效評價應力變形狀況，測定未來裂縫發(fā)展的位置、大小和方向，成為評價金屬零部件與構(gòu)件結(jié)構(gòu)強度和可靠性的一個重要依據(jù)。為了及時準確的找出最大機械應力變形區(qū)域，20世紀90年代后期，以杜波夫為代表的俄羅斯學者率先提出一種嶄新的診斷技術(shù)—金屬磁記憶檢測。本文采用PIC單片機，設計了高性價比的便攜式磁記憶檢測儀，具有低成本、低功耗和快速檢測等特點，可以滿足各種場合，特別是難以到達部位的應力集中區(qū)檢測。
  
　　磁記憶檢測

　　鐵磁學研究表明，當彈性應力作用于鐵磁材料時，鐵磁體不但會產(chǎn)生彈性應變，還會產(chǎn)生磁致伸縮性質(zhì)的應變，改變其自發(fā)磁化的方向，這就是磁彈性效應。根據(jù)“實際存在的狀態(tài)必定是能量最小的狀態(tài)”原則，由于磁機械效應的作用引起工件內(nèi)部的磁疇重新取向排列，以增加磁彈性能的形式來抵消應力能的增加，結(jié)果在鐵磁工件內(nèi)部產(chǎn)生的磁場強度將高于地球磁場強度，在應力集中區(qū)，形成類似缺陷的漏磁場分布形式，磁場的切向分量Hp(x)為最大值，而法向分量Hp(y)在應力集中線兩側(cè)符號發(fā)生變化，應力集中線處有過零點。磁記憶檢測技術(shù)，是基于磁記憶效應原理的全新無損檢測方式。磁記憶檢測技術(shù)在地磁環(huán)境下，通過對鐵磁材料所制成的工件表面散射磁場法向分量Hp(y)的測量，確定工件應力集中區(qū)域，從而有效預測缺陷發(fā)生的區(qū)域。
  
　　磁記憶檢測儀的硬件設計

　　便攜式磁記憶檢測儀主要由傳感器、單片機、運算放大器、LCD顯示器和相應軟件組成(見圖1)。

　　便攜式磁記憶檢測儀以單片機PIC16LF873A為核心，用HMC1052兩軸磁阻傳感器檢測法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，經(jīng)過信號放大后，送單片機PIC16LF873A的A/D轉(zhuǎn)換通道，獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計算得到Hp(y)值，送LCD顯示。為檢測方便，設置了兩個檢測通道，作為應力集中線Hp(y)符號比較的依據(jù)。置位/復位電路對磁阻傳感器施加置位/復位電流，避免地球磁場對測量結(jié)果影響。

　　單片機采用PIC16LF873A，它有4KB FLASH 存儲器，192字節(jié)RAM、128字節(jié)EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器等，幾乎不需要外圍擴展電路就可以直接使用。RA口設置成A/D轉(zhuǎn)換功能，用于處理雙通道磁阻傳感器信號。RB口的中斷功能用于鍵盤處理，設有校驗、置位/復位、通道1、通道2和ON/OFF5個功能鍵。RC口中的六個引腳，用于LCD顯示器控制。采用兩個SMS0801B兩線制串行LCD顯示器，電源由單片機RC口的一個引腳供電，這樣便于對LCD顯示器控制，降低系統(tǒng)功耗。顯示器可以顯示每個通道的磁場強度(單位是Gs)、鍵盤信息、電池電壓低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。