专利名称：一种交流磁粉探伤磁化电流的峰值控制方法及其控制电路的制作方法
一种交流磁粉探伤磁化电流的峰值控制方法及其控制电路技术领域
本发明属于磁粉探伤技术领域，特别是涉及一种磁粉探伤交流磁化电流的峰值 控制方法及其控制电路。
背景技术：
磁粉探伤作为我军航空装备修理的重要检测手段，对提高航空装备的修理质 量，保障飞行安全起着至关重要的作用，它利用降压装置将工频交流电转换成低压、大 电流的交流输出，电流流过工件，产生磁场，实现对工件的周向磁化，也可以通过线圈 实现对工件的纵向磁化，用来检查铁磁性材料表面与近表面的缺陷，对于钢铁材料，在 进行磁粉探伤时起作用的是磁化电流的峰值，而不是有效值或平均值。交流磁化降压装 置是交流磁粉探伤机的核心部分，为了控制降压装置的交流电断电相位，常采用断电相 位控制器使剩磁值能保持稳定，但需注意的是，此时可控硅控制式降压装置输出的磁化 电流将不是完整、规则的正弦波，也就是说，通过被检测零件的磁化电流的峰值与有效 值电流不再是《磁粉检验HB/Z 72-98》要求的万倍关系，经可控硅调节后的磁化电流 是断续的交流电流，经理论和现场实验测算，上述倍数关系在λ/ 到4之间随可控硅的控 制角、电流回路的功率因数而变化，而目前应用的交流磁粉探伤机的断相控制器无法做 到磁化电流峰值的定值控制，只能做到输出电流的有效值或平均值无反馈或简单反馈的 粗略控制，在磁化工艺规范上要得到所需的磁场强度，还是错误地将磁化电流的峰值与 有效值按固定倍的关系来估算磁化电流峰值的大小，这就造成了实际产生的磁场强度 与理论值不相等，相差太大；另外由于在断相控制器上磁化电流峰值不能定值控制，负 载阻抗、网压变化等均会影响到磁化电流，这些都大大不利于磁粉检验质量。发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种交流磁化电流峰值控制方法及其控制电 路，可用于降压装置的断电相位控制器。
本发明所述的一种磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法，其特征为控制电路 通电后，通过电路测量出可控硅导通角Θ，利用已知的可控硅控制角α和测量的可控硅 导通角θ计算求得功率因数角Φ ；在通电的每个周波中，控制电路实时高速采样电流传 感器发回的电流瞬时值i，并进行A/D转换与保存，当一个周波结束，则将储存的瞬时值 i进行比较得到此周波的实际磁化电流峰值；根据求得的功率因数角Φ和已知可控硅控 制角α，当前周波的实际磁化电流峰值，设置的所要求的磁化电流峰值4个已知条件， 计算得到下一周波的可控硅控制角α ，使后一周波实际磁化电流峰值与设置的磁化电流 峰值相等，磁化电流每周波调整一次，直到通电结束。
本发明还涉及一种执行磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法的控制电路，所 述控制电路包括可控硅调压装置主电路、电网同步电路、主控电路和实际磁化电流反馈与同步处理电路，所述主控电路的一个端口和电网同步电路的输出端口相连接，一个端 口和可控硅调压装置主电路相连，另两个端口分别和实际磁化电流反馈与同步处理电路 相连。
与现有技术相比，本发明达到了如下技术效果。
1.磁粉探伤机采用上述控制方法及其控制电路，真正解决了磁化电流峰值的定 值控制，磁粉探伤时所需的磁场强度的大小按磁化工艺规范采用交流电流的峰值电流来 计算，调整到预定的峰值电流将会得到与理论相符的磁场强度。
2由于在断电相位控制器上磁化电流峰值实现了定值控制，使负载阻抗、网压变 化等都不会影响到磁化电流，从而大大提高了磁粉检验质量。
3.断电相位控制器采用数字控制技术，使磁化电流恒流控制精度大大提高，当 网压在340V 420V变化时，按设置的有效值或峰值电流，其相应的磁化电流变化波动 小于士2%。
4.本发明对磁化电流(峰值或有效值)的监控方式为恒流控制，所以当二次回路 阻抗的变化，如用铜棒、零件、或与两个夹头的接触电阻的变化，对磁化电流无影响。
图1是本发明的控制方法流程图2是本发明的主电路示意图3是本发明的电网同步电路示意图4是本发明的实际磁化电流反馈与同步处理电路示意图5是本发明的主控电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法为控制电路通电后，通过 电路测量出可控硅导通角θ，利用已知的可控硅控制角α和测量的可控硅导通角θ计算 求得功率因数角Φ ；在通电的每个周波中，控制电路实时高速采样电流传感器发回的电 流瞬时值i，并进行A/D转换与保存，当一个周波结束，则将储存的瞬时值i进行比较得 到此周波的实际磁化电流峰值；根据求得的功率因数角Φ和已知可控硅控制角α，当前 周波的实际磁化电流峰值，设置的所要求的磁化电流峰值4个已知条件，计算得到下一 周波的可控硅控制角α ，使后一周波实际磁化电流峰值与设置的磁化电流峰值相等，磁 化电流每周波调整一次，直到通电结束。
图1是本发明的控制方法流程图，该控制方法的具体步骤如下。
断相控制器通电开始工作
第一步判断脚踏开关四压下否，如压下，光电隔离器18导电，并输出一低电 平到单片机19的管脚19上，表示开始启动，对零件进行磁化操作。
第二步电网同步电路将与电网同步的方波信号输入到主控电路中的高速单片 机19上，这个信号的下降沿会触发intl中断，程序则根据电网同步信号的每周波下降沿 是否到达来控制工作时序流程，若达到则以此作为当前周波的时间零点来开始工作，若没有到达，则继续等待下降沿到达。
第三步单片机19按设定的可控硅控制角α，发出低电平信号到单片机23 上，引发单片机23的into中断，单片机23发出脉冲信号，经主控电路中的高速光电隔离 器对、25及触发脉冲变压器沈、27处理后，输出到可控硅调压装置主电路中的单相可控 硅组件2上，触发可控硅组件2导通，磁化电流流过待检工件；
第四步磁化电流反馈与同步处理电路检测是否有电流同步信号，若检测到， 则开始运行，否则继续检测等待电流同步信号；
第五步磁化电流反馈与同步处理电路开始运行，将电流检测信号和电流同步 方波信号输入到主控电路中的用于恒流控制的高速单片机19上，输入的电流同步方波信 号引发单片机19的低电平intO中断，在此中断过程中，启动高速单片机19中的timerO测 量出可控硅的导通角θ，同时单片机19对输入的电流检测信号进行A/D转换和保存，并 将保存的磁化电流瞬时值进行最大值比较得出当前周波的实际磁化电流峰值，然后通过 测得的导通角θ和设定的控制角α运算得出当前的功率因数角Φ ；
第六步单片机19利用已知控制角α、功率因数角Φ、当前周波的实际磁化 电流峰值和设置的所要求磁化电流峰值四个已知条件计算得到下一周波的可控硅控制角 α 1 ；
第七步判断当前周波的通电时间是否达到，若没有达到，则继续运行工作时 序流程，若已达到，则结束当前周波的磁化电流峰值控制过程。
上述控制方法通过在断电相位控制器中设置控制电路予以实现，所述控制电路 包括可控硅调压装置主电路、电网同步电路、主控电路和实际磁化电流反馈与同步处理 电路。所述主控电路的功能为专用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅组件 的驱动；所述可控硅调压装置主电路的功能为利用调整可控硅控制角的大小来调节流过 工件的低压、大电流，以产生磁场，使工件磁化，主控电路发出的脉冲信号输出通过端 口 28输出到可控硅调压装置主电路中的可控硅组件2上，使可控硅组件2导通；所述电 网同步电路的功能为产生完全与工频信号同步的方波计数脉冲，同步信号出现时刻为网 压零点，每半周出现一次，主要用于磁化电流通电时间计量的最小基准时间单位和作为 延时触发角α的参考点，电网同步电路的输出端口 8与主控电路的端口 20连接，将与电 网同步的方波信号输出到主控电路的端口 20;所述实际磁化电流反馈与同步处理电路的 功能为滤除由电流传感器检测出的实际磁化电流信号中的高频杂波干扰，把电流信号处 理成一路适合于单片机A/D转换的模拟量，另一路输出与磁化电流同步的方波TTL电平 信号，用于实际通电时间的测量，实际磁化电流反馈与同步处理电路的端口 12、16与主 控电路的端口 21、22相连，将电流检测信号和电流同步信号输入到主控电路。
图2是本发明的主电路示意图，单相交流380V如电网的A、B相线通过交流主 电源接口1为磁粉探伤机的降压装置提供电源，一对正反并联的单相可控硅组件2串联在 降压变压器的初级等效回路3中，通过对可控硅组件2的调相控制来平滑地调整降压变压 器的输出电压，也就调整了输出的磁化电流的大小。
图3是本发明的电网同步电路示意图，电网的交流信号通过端口 4接入，信号 先进入由运算放大器5构成的低通滤波器中，滤除掉电网中的高频干扰信号，以保证控 制器的正常工作，输出的信号再进入电压比较器6中，将交流信号的正弦波变成与电网6同步的方波信号，这个信号通过与门电路7缓冲后通过输出端口 8输出到主控电路的端口 20。
图4是本发明的实际磁化电流反馈/同步处理电路示意图，电流传感器9将实际 测得的磁化电流瞬时值转换成电流跟踪信号后通过端口 10输入由运算放大器11构成的低 通滤波器中，滤除掉检测回路中的高频干扰信号，滤波后的检测电流信号分两路，一路 通过二极管滤除掉电流信号的负半波后通过端口 12输出到主控电路21端口中进行A/D 转换，另一路通过运算放大器13将电流信号放大，输出到电压比较器14中，将不规则的 电流信号变成数字电路能识别的方波信号，与门电路15用于与后续电路的缓冲，输出端 口 16将与实际磁化电流同步的方波信号输出到主控电路的端口 22中。
图5是本发明的主控电路示意图，主控电路的控制核心为单片机，该电路中包 括两个单片机，专用于恒流峰值控制的高速单片机19和控制I/O接口的单片机23，脚踏 开关四通过端口 17并经光电隔离器18接入到主控电路中，电网同步方波信号由端口 20 输入到单片机19的管脚40上，这个信号的下降沿会触发intl中断，程序根据中断信号 来控制工作时序流程；磁化电流的模拟量信号由端口 21接入到单片机19的管脚39上进 行A/D转换，本控制器为10位A/D转换，另一路电流的方波同步信号通过端口 22接入 到单片机19的管脚38上，同步信号的下降沿将印发单片机19的into中断，引导程序检 测磁化电流值和精确测量可控硅的导通角；由单片机23发出可控硅的两路7khz、总脉宽 为2ms的高频触发脉冲串，触发信号源与脉冲变压器驱动电路之间用HP高速光电隔离器 24, 25光电隔离，以保证不失真传递触发信号，隔离后的脉冲串信号由可控硅触发脉冲 变压器26、27输出，最终的脉冲信号通过端口观接到主电路中的可控硅组件2上，以驱 动可控硅组件2的导通。
权利要求
1.一种磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法，其特征为控制电路通电后，通过电 路测量出可控硅导通角θ，利用已知的可控硅控制角α和测量的可控硅导通角θ计算求 得功率因数角Φ ；在通电的每个周波中，控制电路实时高速采样电流传感器发回的电流 瞬时值i，并进行A/D转换与保存，当一个周波结束，则将储存的瞬时值i进行比较得到 此周波的实际磁化电流峰值；根据求得的功率因数角Φ和已知可控硅控制角α，当前周 波的实际磁化电流峰值，设置的所要求的磁化电流峰值4个已知条件，计算得到下一周 波的可控硅控制角α ，使后一周波实际磁化电流峰值与设置的磁化电流峰值相等，磁化 电流每周波调整一次，直到通电结束。
2.如权利要求1所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制电路，其特征在于所述 控制电路包括可控硅调压装置主电路、电网同步电路、主控电路和实际磁化电流反馈与 同步处理电路，所述主控电路的一个端口和电网同步电路的输出端口相连接，一个端口 和可控硅调压装置主电路相连，另两个端口分别和实际磁化电流反馈与同步处理电路相 连。
3.如权利要求2所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制电路，其特征在于所述 电网同步电路的功能为产生完全与工频信号同步的方波计数脉冲，电网的交流信号通过 端口(4)接入，信号先进入由运算放大器(5)构成的低通滤波器中，滤除掉电网中的高频 干扰信号，以保证控制器的正常工作，输出的信号再进入电压比较器(6)中，将交流信 号的正弦波变成与电网同步的方波信号，这个信号通过与门电路(7)缓冲后通过输出端 口(8)输出到主控电路的端口(20)。
4.如权利要求2所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制电路，其特征在于所述 实际磁化电流反馈与同步处理电路的功能为滤除由电流传感器检测出的实际磁化电流信 号中的高频杂波干扰，把电流信号处理成一路适合于单片机A/D转换的模拟量，另一路 输出与磁化电流同步的方波TTL电平信号，用于实际通电时间的测量，电流传感器(9) 将实际测得的磁化电流瞬时值转换成电流跟踪信号后通过端口(10)输入由运算放大器 (11)构成的低通滤波器中，滤除掉检测回路中的高频干扰信号，滤波后的检测电流信号 分两路，一路通过二极管滤除掉电流信号的负半波后通过端口(12)输出到主控电路(21) 端口中进行A/D转换，另一路通过运算放大器(13)将电流信号放大输出到电压比较器 (14)中，将不规则的电流信号变成数字电路能识别的方波信号。
5.如权利要求2所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制电路，其特征在于所述 主控电路的功能为专用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅组件的驱动，该 电路中包括专用于恒流峰值控制的高速单片机(19)和控制I/O接口的单片机(23)，脚踏 开关(29)通过端口(17)并经光电隔离器(18)接入到主控电路中，电网同步方波信号由 端口 1(21)输入到单片机(19)的管脚(40)上，这个信号的下降沿会触发intl中断，程 序根据中断信号来控制工作时序流程；磁化电流的模拟量信号由端口(21)接入到单片机 (19)的管脚(39)上进行A/D转换，另一路电流的方波同步信号通过端口(22)接入到单 片机(19)的管脚(38)上，同步信号的下降沿将印发单片机(19)的into中断，引导程序 检测磁化电流值和精确测量可控硅的导通角；由单片机(23)发出可控硅的高频触发脉冲 串，触发信号源与脉冲变压器驱动电路之间用电隔离器(24)、(25)光电隔离，隔离后的 脉冲串信号由可控硅触发脉冲变压器(26)、(27)输出，最终的脉冲信号通过端口(28)接到主电路中的可控硅组件(2)上，以驱动可控硅组件(2)的导通t
全文摘要
本发明涉及一种磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法及其控制电路，可用于降压装置的断电相位控制器，本发明所述的磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法为控制电路通电后，通过电路测量并进行A/D转换与保存，计算得到下一周波的可控硅控制角α1，使后一周波实际磁化电流峰值与设置的磁化电流峰值相等，磁化电流每周波调整一次，直到通电结束；另外本发明还涉及一种执行磁粉探伤交流磁化电流的峰值控制方法的控制电路。磁粉探伤机采用上述控制方法及其控制电路，真正解决了磁化电流峰值的定值控制，大大提高了磁粉检验质量。
文档编号G01N27/84GK102023183SQ20091010278
公开日2011年4月20日 申请日期2009年9月15日 优先权日2009年9月15日
发明者梅文军 申请人:贵州红湖机械厂