单片机与DSP中的一种便携式磁记忆检测仪的设计和实现
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2020-10-23
10:24:02
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单片机与单片机与DSP中的一种便携式磁记忆检测仪的设计和实现中的一种便携式磁记忆检测仪的设计和实现
工程中常采用无损检测（Nondestructive Testing简写为NDT）的方法检测设备与构件的缺陷，传统的NDT方法
有超声、涡流、磁粉、着色等。但这些方法只能检测已经发展成形的缺陷，对于因应力集中而引发的疲劳断裂
的早期诊断问题则无能为力。另一方面，传统的NDT方法具有设备体积大、劳动强度大、操作复杂、对人员素
质要求高等缺点，且每一种方法都有各自的局限性。为了及时准确的对早期损伤特别是尚未成形的隐性不连续
性变化进行评价，就必须开发出新的无损检测方法。 1997年在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议
上，俄罗斯科学家提出被誉为21世纪的NDT新技术--金属磁记忆（MMM）技术[3]
工程中常采用无损检测（Nondestructive Testing简写为NDT）的方法检测设备与构件的缺陷，传统的NDT方法有超声、
涡流、磁粉、着色等。但这些方法只能检测已经发展成形的缺陷，对于因应力集中而引发的疲劳断裂的早期诊断问题则无能为
力。另一方面，传统的NDT方法具有设备体积大、劳动强度大、操作复杂、对人员素质要求高等缺点，且每一种方法都有各
自的局限性。为了及时准确的对早期损伤特别是尚未成形的隐性不连续性变化进行评价，就必须开发出新的无损检测方法。
1997年在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议上，俄罗斯科学家提出被誉为21世纪的NDT新技术--金属磁记忆
（MMM）技术[3].MMM检测技术可以准确探测出被测对象上以应力集中区为特征的危险部件和部位，是迄今为止对金属部件
进行早期诊断唯一行之有效的NDT方法。与现有的漏磁检测方法相比，磁记忆方法利用构件或设备在地磁场中的自磁化现象
而不需要专门的磁化设备，不须对被检工件的表面进行清理或其他预处理，提离效应的影响很小，设备轻便、操作快速便捷、
灵敏度高，重复性与可靠性好， 可快速确定应力集中区域，适用于大面积的普查。本文采用PIC单片机，设计了高性价比的便
携式磁记忆检测仪，具有低成本、低功耗和快速检测等特点，可以满足各种场合，特别是难以到达部位的应力集中区检测。
PIC单片机（Peripheral Interface Controller）是一种用来开发的去控制外围设备的集成电路（IC）。一种具有分散作用
（多任务）功能的CPU.与人类相比，大脑就是CPU,PIC 共享的部分相当于人的神经系统。PIC单片机有计算功能和记忆内存
像CPU并由软件控制允行。然而，处理能力-存储器容量却很有限，这取决于PIC的类型。但是它们的最高操作频率大约都在
20MHz左右，存储器容量用做写程序的大约1K-4K字节。时钟频率与扫描程序的时间和执行程序指令的时间有关系。但不能仅
以时钟频率来判断程序处理能力，它还随处理装置的体系结构改变（1*）。如果是同样的体系结构，时钟频率较高的处理能力
会较强。
磁记忆检测 磁记忆检测
铁磁性工件在受到应力作用时，在应力集中处会有漏磁场的切向分量出现最大值、同时法向分量改变符号且过零值点的现
象。金属磁记忆无损检测技术正是根据这一现象探测出受力金属部件上应力集中部位。为从理论上解释这一现象，本论文所做
的主要工作和结论概括如下： 1.总结与磁记忆检测技术相关的铁磁学、金属力学和电磁学的基本理论。磁记忆无损检测技术
是专门针对受力铁磁性材料实施早期诊断的新型无损检测技术，其检测的范畴还是属于电磁方法检测，因此有关铁磁学的基本
理论、金属的力学特性以及电磁特性等是研究磁记忆无损检测的理论基础，本论文针对有关这方面的一些基本知识作了简要的
总结。 2.地磁场中受力铁磁性材料有效场表达式的推导。本论文以材料力学实验中常用的铁磁性杆件作为研究对象，将其放
置于地磁场中，受到应力的作用。基于铁磁性的唯像理论，根据分子场理论，利用有效场的概念，得到了地磁场中受应力作用
的铁磁杆件的有效场表达式。 3.分子场参数表达式的推导。通过分析所研究试样的能量组成，写出了试样总能量表达式；根
据能量最小原理，利用应力、应变之间的关系和磁致伸缩系数、磁应变之间的关系，得到了分子场参数表达式。 4.磁记忆检
测机理的理论解释。根据所得到的地磁场中受力铁磁性材料有效场表达式，通过分析讨论，解释了受拉力作用的正磁致伸缩铁
磁材料和受压力作用的负磁致伸缩材料在应力集中处漏磁场切向分量出现最大值、同时法向分量为零值的现象。 5.仿真计
算。为直观地显示上面的分析结果，利用Matlab计算机语言编写程序进行了仿真计算，作出了分布曲线图。
磁记忆检测仪的硬件设计 磁记忆检测仪的硬件设计
便携式磁记忆检测仪主要由传感器、单片机、运算放大器、LCD显示器和相应软件组成(见图1)。
便携式磁记忆检测仪以单片机PIC16LF873A为核心，用HMC1052两轴磁阻传感器检测法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，
经过信号放大后，送单片机PIC16LF873A的A/D转换通道，获得的数据经计算得到Hp(y)值，送LCD显示。为检测方便，设置
了两个检测通道，作为应力集中线Hp(y)符号比较的依据。置位/复位电路对磁阻传感器施加置位/复位电流，避免地球磁场对测
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