7]将恒流源3与待测样件两端连接，根据待测构件8的材料特性和传感器的检测范围选择大小合适的激励电流，随后将待测构件8固定安装在样件台102上。
[0058]步骤3:确定扫描区域；
[0059]a、确定扫描零点；
[0060]根据待测构件8的尺寸大小，通过控制三维机械运动滑台101单步运动来定位检测传感器的初始测量位置，即磁场扫描零点；三维机械运动滑台101单步运动过程中需要设置合适的运行速度和加速度，保证其运动的稳定性。
[0061]b、确定扫描终点；
[0062]根据待测构件8的尺寸大小和设定的扫描点的间距，确定检测传感器的探头运动过程中所要完成的扫描点个数，进而确定检测传感器的终止测量位置，即磁场扫描终点。
[0063]步骤4:调节探测传感器与待测构件8间的垂直距离，根据待测构件8的材料属性和所通电流大小，结合其表面磁场强度的大小，从而不仅使得传感器检测端能够充分采集到待测构件上表面的磁场信息，参考端还能尽量不受待测构件表面磁场的影响。
[0064]步骤5:开始扫描式检测；
[0065]在上位机6中设定步骤3中确定的相关设置参数(包括根据待测构件尺寸大小来设定三维机械运动滑台X、Y、Z三个方向上的运动速度、扫描间距和扫描点个数)，设定完成后由上位机6发送至下位机4，控制下位机4启动扫描式检测，三维机械运动滑台101将带着检测传感器按照设定的运动参数检测扫描区域内各扫描点的磁场信息。
[0066]步骤6:记录并保存数据。
[0067]下位机4将检测传感器的点阵式扫描位置信息传递到上位机6，同时将与位置信息相对应的磁场信息传递给上位机6。上位机6接到相对应的位置信息和磁场信息后完成数据的记录并对数据进行保存。
[0068]步骤7:数据处理并绘制磁场云图；
[0069]当扫描区域磁场检测完毕后，上位机6对保存的位置信息和磁场信息进行数据处理，并进行云图绘制，从而直观的展示出待测构件8表面磁场的分布云图。
[0070]如图4所示，为本发明平面磁场扫描成像系统待测构件8的结构示意图。检测对象为一块矩形导体块，在该待测构件8的两个长边分别人为切出两个缺口，以此来模拟待测构件8非正常化的结构特征。将此待测构件8两端接上恒流源3，然后通过本发明的检测系统对其上表面区域的磁测分布情况进行点阵式扫描检测，进而得出实际的磁测分布情况。
[0071]如图5所示，为利用本发明检测系统对图4所示的待测构件8上表面区域进行磁测分布的点阵式扫描检测。将检测到的磁测数据进行一定的数据处理和分析后，进而得出的待测构件8表面磁测分布云图。通过云图可以直观的看出待测构件8的结构情况:其中缺陷区域的磁测分布于正常导体的磁测分布明显不同，通过这种云图效果展示可以最直接、直观的得出待测构件8的结构情况。
【主权项】
1.一种基于霍尔传感器的平面磁场扫描成像系统，其特征在于:包括三维机械平台、传感器模块、恒流源、下位机、电机驱动板、上位机与电源模块； 所述三维机械平台包括三维机械运动滑台、样件台和光学平台；三维机械运动滑台与样件台均安装在光学平台上；传感器模块包括两个霍尔传感器与和差分放大器；两个霍尔传感器分别作为参考传感器与检测传感器安装传感器支架上下位置，且通过传感器安装架安装在三维机械运动滑块，由三维机械运动滑台中X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机控制实现空间X、Y、Z三轴位置调节；上述参考传感器仅用于检测环境背景磁场噪声，而检测传感器则直接在待测构件的表面进行磁场检测，检测被测通电构件表面的实际磁场大小和环境背景磁场噪声；差分放大器用来将检测传感器检测到的待测构件表面实际磁场和环境背景磁场噪声的耦合信号与参考传感器检测到的环境背景磁场噪声信号进行差分放大；恒流源与待测构件相连，用于为待测构件供电； 下位机用来采集传感器模块输出的经差分放大后的磁场信号，并进行A/D转换后发送至上位机；同时，根据上位机发送的控制命令输出电机驱动板所需的脉冲信号和方向信号，通过电机驱动板将方向信号和脉冲信号转换成相应的相位控制指令，分别控制X轴步进电机、Y轴步进电机、Z轴步进电机工作；下位机通过RS232串口完成与上位机的通信，接受上位机发送的控制命令；上位机用来实现三维机械运动滑台的运动控制参数设定，同时接收下位机采集的经差分放大后的磁场信号，并对接受到的各个步进电机的运动位置信号进行保存和处理，绘制待测构件表面磁场分布的云图；所述电源模块用于为下位机、差分放大电器与电机驱动板供电。
2.如权利要求1所述一种基于霍尔传感器的平面磁场扫描成像系统，其特征在于:所述下位机为STM32控制器。
3.权利要求1所述一种基于霍尔传感器的平面磁场扫描成像系统的扫描成像方法，其特征在于:通过下述步骤完成: 步骤1:系统启动； 开启电源模块，并启动下位机与上位机； 步骤2:将恒流源与待测样件两端连接，向待测样件上施加激励电流，随后将待测构件固定安装在样件台上； 步骤3:确定扫描区域； a、确定扫描零点； 通过控制三维机械运动滑台单步运动来定位检测传感器的初始测量位置； b、确定扫描终点； 确定检测传感器的探头运动过程中所要完成的扫描点个数，进而确定检测传感器的终止测量位置； 步骤4:调节探测传感器与待测构件8间的垂直距离，根据待测构件的材料属性和所通电流大小，结合其表面磁场强度的大小，从而使得传感器检测端能够充分采集到待测构件上表面的磁场信息，参考端尽量不受待测构件表面磁场的影响； 步骤5:开始扫描式检测； 在上位机中设定待测构件尺寸大小来设定三维机械运动滑台X、Y、Z三个方向上的运动速度、扫描间距和扫描点个数，设定完成后由上位机发送至下位机后，并控制三维机械运动滑台带着检测传感器按照设定的运动参数检测扫描区域内各扫描点的磁场信息； 步骤6:记录并保存数据。 下位机将检测传感器的点阵式扫描位置信息传递到上位机，同时将与位置信息相对应的磁场信息传递给上位机；上位机接到相对应的位置信息和磁场信息后完成数据的记录并对数据进行保存； 步骤7:数据处理并绘制磁场云图； 当扫描区域磁场检测完毕后，上位机对保存的位置信息和磁场信息进行数据处理，并进行云图绘制。
【专利摘要】本发明公开一种基于霍尔传感器的平面磁场扫描成像系统，包括三维机械位移平台、基于STM32的下位机控制器、霍尔传感器、差分放大电路模块、数据采集卡、上位机控制与数据分析处理软件、恒流源；将待测构件连接恒流源放置于三维机械平台上的样件台上，启动三维机械平台和霍尔传感器模块，然后根据样件尺寸大小对位移平台的运动参数进行设定，启动位移平台后带着霍尔传感器对被测导体表面的磁场大小进行扫描式采集，通过数据采集卡将传感器采集到的磁场信息发送给上位机，通过上位机显示出待测样件表面磁场分布的扫描图像。通过本发明可以对通电材料表面的磁场分布情况进行扫描成像，从而通过磁场的分布进一步分析材料的内部结构情况，对无损地检测材料内部完整度情况有一定的实用价值。
【IPC分类】G01N27-82
【公开号】CN104730142
【申请号】CN201410669474
【发明人】王三胜, 侯化安
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2014年11月20日