专利名称：便携式应力分布检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种构件应力测量装置，尤其涉及一种利用磁检测方法对构件进行应力检测的仪器。
进行检测的应力分布检测仪。
应力集中的测试方法根据其对于被测构件是否具有破坏性，可分为有损测试法与无损测试法两大类。盲孔法是破坏性应力检测的代表性方法，其缺点是检测方法复杂，而且对被测构件具有不同程度的破坏性。无损应力测试法有x射线法，超声检测法，磁检测方法，光弹检测法等。
磁检测方法是利用铁磁材料在应力影响下的磁特性变化进行应力检测。通常采用的磁检测方法依赖外部磁场激励，也由此带来了磁化不均匀、设备笨重、能源消耗、无法探查复杂的结构、剩磁和磁污染等问题。
中国实用新型专利(ZL00242001.5)公开了一种金属磁记忆诊断仪，该专利产品是由磁感应传感器阵列、温度传感器、距离测量装置、放大滤波电路、多路开关、A/D转换模块、CPU系统、显示装置组成。其传感器阵列是由一个到几十个同型号的霍尔器件并联输入，串联输出组成。该实用新型主要用于确定铁磁部件存在缺陷或应力集中的位置。由于采用霍尔器件作为测磁传感器，决定了该仪器检测精度较低，不能发现弱磁场的微小变化，从而不能发现应力的微小变化；霍尔器件在仪器每次使用前必须调零，增加了检测过程的复杂性；霍尔器件的温度漂移特性使得在仪器的电路结构上必须增加温度补偿电路，以提高仪器的输入输出线性度。
本实用新型的技术解决方案如下本实用新型提供的便携式应力分布检测仪主要包括由两个磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直对应的磁阻器件组成的磁探头，放大电路，梳状滤波和A/D转换模块，单片机，PDA掌上电脑，磁阻器件置/复位电路，预先储存在单片机内的软件处理程序以及PDA程序；所述两磁阻器件的输出端分别经放大电路与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连，梳状滤波和A/D转换模块输出端与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与磁阻器件置/复位电路、PDA掌上电脑以及梳状滤波和A/D转换模块相连；所述的磁阻器件置/复位电路的输出端分别与两个磁阻器件的输入端相连。
本实用新型工作过程如下采用两个磁阻器件组成磁探头作为磁传感器，测量后的信号分别经过放大后，并经对50Hz工频及其各种倍频干扰具有高抑制比的梳状滤波和A/D转换模块处理后，输入给单片机，单片机通过RS232串口通讯将信号输入PDA掌上电脑，掌上电脑处理检测数据并在液晶显示器上显示数据，再通过功能按键接收外部输入操作。单片机同时控制A/D转换模块的数据转换和采集以及磁阻器件的置/复位。
本实用新型由于采用上述结构，在使用过程中不需要对温度影响进行补偿，不需要调零，使用非常简单；不需要对被检测铁磁性对象专门励磁和对被测表面做任何预处理，允许提离值达到200mm以上，检测速度快、且能够直观显示工件内部的应力分布情况，指示出应力集中的位置。
采用双磁阻器件组成垂直梯度计探头，在测量工件曲面时可有效去除地磁场的影响，进一步提高了检测结果的准确性和仪器的可靠性。
由于采用了置/复位电路，在每次测量前对磁阻器件进行置/复位，可有效提高磁阻器件的检测灵敏度和线性度；采用对50Hz工频及其各种倍频干扰具有高抑制比的梳状滤波电路，有效地降低了环境电磁干扰，使检测仪测磁灵敏度达27μGauss，可以作为微高斯计使用，是用霍尔器件作测磁传感器的特斯拉计的有利补充和提高。
本实用新型带有可充电电池，能连续提供8小时工作所需能源，带有RS232接口，和PC机可实现串口通讯，将便携式仪器中的检测数据传入PC机中进行进一步处理，并生成检测报表文件。仪器采用人机对话、菜单提示、热键帮助、多种阈值报警、危险区数据回放等功能，并可存储、分析数据，具有中、英文软件版本。
图2是本实用新型磁探头结构示意图。
图3a、3b是本实用新型实施例单片机程序流程框图。
图4是本实用新型实施例的PDA程序流程框图。
图5是本实用新型实施例的电路原理图。
两磁阻器件6的测磁信号经过放大、滤波和A/D转换模块10后，被输送如到单片机11后进行差动处理，到达PDA掌上电脑15，就得到消除地磁场影响后的被测工件表面磁场强度，该磁场强度能更准确地反映工件内部应力分布情况。
图2为垂直梯度计磁探头7的结构示意图。由两个垂直封装在距检测面14不同高度平面内的磁阻器件6组成，且两磁阻器件磁敏感方向相同。
图3是本实用新型实施例的单片机程序框图。单片机程序由主程序a和中断子程序b组成。
主程序a主程序a中设置了中断的方式，程序开始后首先初始化各控制寄存器及P1端口，延时以保证标定结束，然后开放中断，对传感器复位、延时保证A/D转换、采样结束之后，置位传感器，同时置R7寄存器值为02H，最后通过串口发送寄存器中由中断子程序读入的数据，检查R7寄存器中的数值，如果该值为0H，则重新对传感器复位，进行下一轮循环操作；否则，继续检查R7寄存器中的数值。
中断子程序b开始后，对应CS5509片转化完毕发出中断请求信号，转入中断子程。首先选通发出中断请求的CS5509的串口并将其片选信号清零，对另一片CS5509片选信号置1，然后中断子程序通过移位方式读入CS5509转化完的数据，保存在RAM中，将R7寄存器中数值减1，中断返回。
附图
4是本实用新型实施例的PDA程序框图。系统软件采用菜单操作方式，通过循环检测相应按键是否按下决定具体操作。具体步骤如下如果按下方向选择键使操作数M等于1，则从外端口读数据、在液晶屏上画数据波形并在内存中暂存数据，然后检测是否按下退出键，如果没有按下此键，则继续进行从外端口读数据等一系列操作；如果检测到按下退出键，则要求输入文件名保存文件，并继续检测按键按下情况。如果按下方向选择键使操作数M等于2，则进入数据文件复现子程序，要求输入文件名、输入需要显示第K屏、输入显示通道A/B，则显示相应的数据，接下来可以进行数据分析操作，然后检测是否按下退出键，如果没有按下此键，则等待输入操作数K；如果检测到按下退出键，则等待选择操作数M。如果按下方向选择键使操作数M等于3，则退出程序。
附图5是本实用新型实施例的电路原理图。包括磁敏元件I，信号处理电路II，控制单元III，磁阻器件置复位电路IV，电源管理单元V五个部分组成，图中用虚线框分开。其核心部件为AT89C2051单片机，其指令系统与8031兼容，内部有2K字节程序存储器，采用20DIP封装，减小了仪器的体积。各电路的组成及工作原理分别详细说明如下磁敏元件I由Honeywell公司的磁阻器件HMC1001或HMC1021一维磁敏感器件构成。
信号处理电路II由放大及低通滤波芯片AMP04、梳状滤波及A/D转换芯片CS5509组成。R1和R2分别调节两个AMP04的放大倍数；Y1、C3、C4及Y2、C5、C6为CS5509提供32.768KHz频率的时钟，可实现输出速率为20字/秒的串行通讯，CS5509提供16位的A/D转换，由第15管脚串行输出。图中磁敏元件I由两个磁阻器件构成双通道的磁探头，相应的信号处理电路II也是由相同的两部分构成。
控制单元III由单片机AT89C2051和MAX232E组成。AT89C2051的P1.6口线提供磁阻元件的原始置复位信号，P1.4口线和P3.4口线分别用来接收两个通道A/D转换后的信号，P3.0口线和P3.1口线用于串口通讯。
磁阻器件置复位电路IV由功率放大芯片IRF7105和电压变换芯片MAX662A组成。MAX662A及电容C15、C16将5V电源电压变为12V直流电压，以满足IRF7105的电源要求。IRF7105以及外围电路可以向磁阻元件提供4A的置复位脉冲电流。
电源管理单元V由TPS76350和电容C21、C20组成，可以将外部6V电源电压转换为系统所需的5V工作电压。
权利要求1.一种便携式应力分布检测仪，其特征在于该检测仪主要包括由两个磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直对应的磁阻器件组成的磁探头，放大电路，梳状滤波和A/D转换模块，单片机，PDA掌上电脑，磁阻器件置/复位电路，预先储存在单片机内的软件处理程序以及PDA程序；所述两磁阻器件的输出端分别经放大电路与梳状滤波和A/D转换模块的输入端相连，梳状滤波和A/D转换模块输出端与单片机的输入端连接，单片机的输出端分别与磁阻器件置/复位电路、PDA掌上电脑以及梳状滤波和A/D转换模块相连；所述的磁阻器件置/复位电路的输出端分别与两个磁阻器件的输入端相连。
2.按照权利要求1所述的便携式应力分布检测仪，其特征在于所述的磁阻器件采用HMC1001，所述的梳状陷波和A/D转换模块采用CS5509芯片，所述的单片机采用AT89C2051，所述的磁阻器件置/复位电路由IRF7105和电压变换芯片MAX662A组成。
专利摘要一种便携式应力分布检测仪，涉及一种利用磁检测方法对构件进行应力检测的装置。该检测仪主要包括由两个磁敏感方向相同、安置在不同高度且垂直对应的磁阻器件组成的磁探头，放大电路，梳状滤波和A/D转换模块，单片机，PDA掌上电脑，磁阻器件置/复位电路以及预先储存在单片机内的软件处理程序及PDA程序。该检测仪在使用过程中不需要对温度影响进行补偿，不需要调零，使用非常简单；不需要对被检测铁磁性对象专门励磁和对被测表面做任何预处理，允许提离值达到200mm以上，检测速度快、且能够直观显示工件内部的应力分布情况，指示出应力集中的位置。
文档编号G01L1/12GK2551983SQ0223802
公开日2003年5月21日 申请日期2002年6月28日 优先权日2002年6月28日
发明者李路明, 黄松岭, 胡斌, 霍雪亮, 曹益平 申请人:清华大学