Co基非晶丝钢板裂纹检测仪的研制的制作方法

本发明涉及一种钢板裂纹检测的装置，具体涉及一种基于新材料Co基非晶丝探头来测量钢板表面裂纹漏磁场，从而实现裂纹检测的装置。

背景技术：

随着我国工业化进程不断向前发展，每年的钢板产量也日益剧增。但是，由于生产设备老化等原因，生产出的钢板表面经常存在裂纹，这对钢板的质量产生极大的负面影响。

现阶段，检测钢板表面裂纹的方法主要有超声探伤法，射线探伤法，涡流探伤法，渗透探伤法等技术。上述方法存在检测设备庞大、反应不灵敏、不能随身携带等缺点，无法满足实际生产的需求，所以亟待一种能够高精度探测钢板表面裂纹设备的出现。

近年来，漏磁探伤技术作为一种新兴的技术取得了巨大的进展。该技术的基本原理是：对被检测的磁性材料进行局部励磁，当磁性材料表面有裂纹时，会在磁性材料表面的裂纹附近形成漏磁场。漏磁信号强度随裂纹深度的不同而变化，通过检测漏磁场的强度，便可完成对磁性材料裂纹深度的检测。

Co基非晶丝是一种新型材料，具有巨磁阻抗效应(GMI)。巨磁阻抗效应是指磁性材料的交流阻抗随着外加直流磁场的变化而发生显著变化的效应。由于巨磁阻抗效应具有灵敏度高、反应快和稳定性好等特点，所以其在传感器技术和磁记录技术中具有巨大的应用潜能，特别是在研制灵敏度高、稳定性好、低功耗、微型化的磁敏传感器领域。

本发明利用Co₆₈Fe_4.5Si₁₅B_12.5非晶丝这种新型材料，采用漏磁检测技术，基于STM32微处理系统，研制了一款非晶丝钢板裂纹检测仪。该仪器具有体积小， 便于携带，反应灵敏等特点，可实现对于钢板表面裂纹的准确探测。

技术实现要素：

本发明主要提供了一种基于新材料Co基非晶丝探头来测量钢板表面裂纹漏磁场强度，实现裂纹检测的装置，且具有很高的精确度和灵敏度，克服了现有技术所存在的主要问题。

本钢板裂纹检测装置由电磁铁、基于Co基非晶丝巨磁阻抗效应的双绕组合探头、多谐振荡电路、信号放大电路、信号处理电路、触摸显示屏和电源部分组成。

电磁铁用于对被测钢板试件进行励磁。

基于Co基非晶丝巨磁阻抗效应的漏磁检测探头，采用的是双绕组合探头结构，利用非晶丝与0.035mm的漆包线缠绕而成。

多谐振荡电路可以周而复始地在线圈中产生交变电流，把双绕组合探头与多谐振荡电路相连接。当漏磁场强度变化时，由于Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，多谐振荡电路的交流阻抗对外界磁场的变化相当敏感，进而使多谐振荡电路的周期发生明显的变化。

信号放大电路运用OPA658P(简称“OPA”)高性能运放芯片，主要对多谐振荡电路输出的较小幅值的信号波形进行放大。

信号处理电路主要以STM32F103ZET6(简称“STM32”)微处理器为核心而构建。STM32首先利用定时器TIM3和TIM5的外部时钟源输入功能对输入进来的信号进行处理，计算出信号波频率数值，利用预设方程公式计算出相应的裂纹深度。

采用ATK-4.3TFTLCD电容触摸屏，实现触摸、显示功能。利用STM32上的可变静态存储控制器(FSMC)，可以直接对触摸显示屏中的NT35510驱动芯 片进行读写操作，以达到对屏幕显示、控制的效果。

电源电路主要由LM2576和AMS1117组成。电源电压为12V，由LM2576降至5V，再通过AMS1117降压并稳定在3.3V，从而为各部分提供合适的工作电压。

本钢板裂纹检测仪主要具备以下有益特点：

1.利用新型材料Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，可以探测微弱的磁场，以提高检测的精确度和灵敏度。

2.探头结构采用双绕组合探头结构。利用这种结构，可以有效的减弱周围环境以及电流热效应对探头所造成的干扰。

3.采用处理速度极快STM32微处理器，有效的避免了由于处理速度慢导致的探测数据丢失，而造成最终探测结果精度低的问题。

4.整个装置的体积较小，便于携带，使得检测人员对所生产钢板的任意地方进行检测，使检测过程更加方便灵活。

附图说明

图1是钢板裂纹检测仪的整体结构图。

图2是钢板裂纹检测仪的完整的工作流程图。

图3是双绕组合线圈的末端与多谐振荡电路相连接的示意图。

图4是信号放大电路原理图。

图5是裂纹距离和电路频率的曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施实例加以详细说明。以下实例仅用于让他人更好的认识本发明，并不用于限定本发明。

钢板裂纹检测仪的整体结构如图1所示。包括电磁铁(1)、Co基非晶丝(2)、双绕组线圈(3)、主控电路板(4)多谐振荡电路(5)、信号放大电路(6)、信号处理电路(7)、触摸显示屏接口(8)、触摸显示屏(9)、电源电路(10)、12V锂电池(11)。

该款检测仪中电磁铁(1)的组成：在铁芯上共缠有3层线圈，每层含300砸直径为0.15mm的漆包铜线，构成电磁铁。再用12V锂电池(11)为电磁铁(1)供电，该电磁铁可以长时间工作。电磁铁(1)主要用于对被检测的钢板进行励磁。

漏磁检测探头由Co基非晶丝(2)和差动结构连接的双绕组线圈(3)共同组成，将探头固定在电磁铁(1)下表面的中间位置，并将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与主控电路板(4)的信号输入端连接。主控电路板由电源电路(10)接多谐振荡电路(5)，多谐振荡电路(5)接放大电路(6)，放大电路(6)接STM32信号处理电路(7)构成。触摸显示屏(9)通过显示屏接口(8)与主控电路板(4)的显示输出端连接。最后将12V锂电池(11)与主控电路板(4)的电源输入端连接。

该款钢板裂纹检测仪的完整工作流程如图2所示，其具体工作过程如下：

将电磁铁(1)与被测钢板试件紧贴进行励磁，如果钢板表面平滑没有裂纹，则磁感线将从钢板内部通过；如果钢板存在裂纹，磁感线会绕过裂裂纹从钢板表面通过，出现漏磁现象。而产生的漏磁场强度和钢板的裂纹深度成正相关。

将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与多谐振荡电路(5)相连接，如图3的1部分。多谐振荡电路(5)，如图3的2部分，用于检测敏感元件Co基非晶丝是否处于漏磁场中。多谐振荡电路的电流周期由两部分组成，前一周期Q1导通Q2截止，所以L1中的电流增加到达到最大，L2中的电流减为零， 下一周期，Q2导通Q1截止，变化与前一周期相反，周而复始在线圈中产生交变的电流，此时当外磁场变化时，由于Co基非晶丝的GMI效应，使得多谐振荡电路的交流阻抗对外磁场强度的变化相当敏感，进而导致振荡电路(5)中的电流周期发生变化。最后把振荡电路输出信号接至放大电路进行处理。

放大电路(6)部分用于解决多谐振荡电路(5)输出波形幅值过小的问题，该放大电路(6)的具体结构如图4所示。运用OPA高性能运放芯片，将得到的微弱信号输入U1号OPA，通过R1调节OPA的参考电压从而进行放大，但经实验得出的信号并未放大到理想效果，因此通过U2号OPA进行再次放大，经过C1、C2、C3的滤波后，可以得到较为理想的方波信号。

信号处理电路(7)部分主要通过STM32微处理器的软件设计实现。STM32接收到放大电路(6)传输的信号时，首先利用定时器TIM3和TIM5的外部时钟源输入功能对输入进来的信号进行处理，计算出信号波频率数值，进一步计算出相应的裂纹深度d，并将数值发送到触摸显示屏(9)。若检测到的裂纹深度超过用户设定值，则设备报警，否则处于待机状态。触摸显示屏(9)界面下方将显示出仪器所检测到的裂纹深度，用户设定的阀值，以及产品是否合格的提示词。界面上方显示裂纹深度的相关波形，若深度越大则显示波形的峰值越高。

利用STM32上的可变静态存储控制器(FSMC)，对ATK-4.3TFTLCD电容触摸屏内的NT35510驱动芯片进行读写操作，以达到对屏幕显示进行控制的效果；再用LCD屏中的OTT2001A(简称“OTT”)芯片对LCD屏的触摸功能进行控制，OTT通过I²C的方式与STM32进行通信，实时将触摸坐标反馈给STM32，STM32根据反馈信息对输出信息进行修改。用户可通过仪器的HOME键进入数据输入界面对程序内部阀值进行设置，以适应不同的工艺要求。

非晶丝钢板裂纹检测仪的电源电路(10)主要是由芯片LM2576和AMS1117组成。锂电池电压为12V，先由LM2576降至5V，并维持电压稳定，再由AMS1117降至3.3V，从而为各部分提供合适的电压。

选用45号钢作为被测试件，在试件上做出深度大于3.4mm，宽度大于0.05mm，长度大于10mm的纹隙，励磁装置紧贴待测钢板试件，以避免励磁装置与试件之间漏磁对实验结果产生干扰。当探头从裂纹左侧向右侧、或者从右向左缓慢移动(速率约为2cm/s-7cm/s)时，得出探头距裂纹的距离与波形频率的关系，如图5所示。从该图我们可以看出，当探头到裂纹的距离越小时，多谐振荡电路的频率越小，即周期越长，且基本上不受移动方向和移动速率的影响。

综上，利用Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，可以实现微弱的漏磁场的检测。通过与多谐振荡电路，信号放大电路和信号处理电路结合，将输入信号周期带入拟合出的裂纹与周期的关系式从而得出裂纹的深度，极大地提高了测量精度。该款钢板裂纹检测仪可用于工业所生产钢板存在的细微裂纹的检测。

以上所述仅为本发明的一个较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原理和设计之内所作的任何修改、替换和改进等，均在本发明的保护范围之内。