基于PIC單片機(jī)的便攜式磁記憶檢測(cè)儀設(shè)計(jì)

　　金屬構(gòu)件和零部件發(fā)生損壞的主要原因，是各種微觀和宏觀機(jī)械應(yīng)力集中導(dǎo)致疲勞失效，其基本特征表現(xiàn)為材料在低于靜強(qiáng)度極限的交變應(yīng)力持續(xù)作用下，生成多種類型的微觀內(nèi)部缺陷，并逐漸演化為宏觀裂紋，裂紋擴(kuò)展最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。因此，進(jìn)行疲勞分析，有效評(píng)價(jià)應(yīng)力變形狀況，測(cè)定未來(lái)裂縫發(fā)展的位置、大小和方向，成為評(píng)價(jià)金屬零部件與構(gòu)件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性的一個(gè)重要依據(jù)。為了及時(shí)準(zhǔn)確的找出最大機(jī)械應(yīng)力變形區(qū)域，20世紀(jì)90年代后期，以杜波夫?yàn)榇淼亩砹_斯學(xué)者率先提出一種嶄新的診斷技術(shù)—金屬磁

　　便攜式磁記憶檢測(cè)儀以單片機(jī)PIC16LF873A為核心，用HMC1052兩軸磁阻傳感器檢測(cè)法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，經(jīng)過(guò)信號(hào)放大后，送單片機(jī)PIC16LF873A的A/D轉(zhuǎn)換通道，獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得到Hp(y)值，送LCD顯示。為檢測(cè)方便，設(shè)置了兩個(gè)檢測(cè)通道，作為應(yīng)力集中線Hp(y)符號(hào)比較的依據(jù)。

　　圖2中Q1、C2、C3、R11、R12構(gòu)成簡(jiǎn)單的置位電路，可以為HMC1052提供大電流脈沖。用單片機(jī)完成電路的控制。當(dāng)SET/RESET輸出低電平時(shí)，Q1截止，C2充電到VCC，C3放電到0V。當(dāng)SET/RESET輸出由低到的高電平時(shí)，R12和C3使Q1導(dǎo)通，由C2、Q1和HMC1052的S/R+(6引腳)S/R-(8引腳)間電阻構(gòu)成回路，形成大約0.5A的置位脈沖，脈沖寬度約2μs。SET/RESET輸出由高到低的時(shí)候，由R11限流形成復(fù)位脈沖。為節(jié)省電池能量，置位/復(fù)位電路每十分鐘工作一次。電路以一種倒轉(zhuǎn)的方式改變傳感器輸出極性，即驅(qū)動(dòng)置位脈沖讀數(shù)一次，在驅(qū)動(dòng)復(fù)位脈沖讀數(shù)一次，兩次讀數(shù)相減可以消除因溫度漂移和電路參數(shù)等共模信號(hào)造成的影響，從而得出一個(gè)與絕對(duì)磁場(chǎng)成正比例的輸出。

　　Q2和R13是

　　磁記憶檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)

　　軟件是便攜式磁記憶檢測(cè)儀另一個(gè)核心部分，主要完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤處理和校驗(yàn)等功能。

　　主程序：完成系統(tǒng)的初始化工作，進(jìn)行各傳感器的置位和復(fù)位，然后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。

　　通道按鍵中斷服務(wù)子程序：向檢測(cè)數(shù)據(jù)通道供電，采集Y數(shù)據(jù)和X數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，法向分量Hp與X、Y數(shù)據(jù)的關(guān)系是：Hp=√X2+Y2。Hy的符號(hào)與測(cè)量基準(zhǔn)方向Y的符號(hào)相同。對(duì)PIC16LF873A單片機(jī)，10位A/D轉(zhuǎn)換器0Gs對(duì)應(yīng)1.5V電壓和數(shù)字量為512，+5Gs對(duì)應(yīng)

　　3V電壓和數(shù)字量為1023，-5Gs對(duì)應(yīng)0V電壓和數(shù)字量為0。每個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)電壓2.9mV和9.765mGs。Hy值的符號(hào)與Y分量符號(hào)相同。數(shù)字量≥512的數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下運(yùn)算：實(shí)際數(shù)據(jù)=(Y數(shù)據(jù)-512)0.009765Gs-修正值。數(shù)字量≤512的數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下運(yùn)算：實(shí)際數(shù)據(jù)=-(511-Y數(shù)據(jù))0.009765Gs-修正值。LCD顯示器可以顯示8位數(shù)字，最高顯示位為Hp符號(hào)，有效數(shù)字是7位。可以連續(xù)測(cè)量，直到再一次按鍵，返回主程序。

　　校驗(yàn)按鍵中斷服務(wù)子程序：將傳感器置于磁屏蔽中，各通道測(cè)量出0Gs值，將測(cè)量結(jié)果作為修正值存入EEPROM中。

　　實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析

　　實(shí)驗(yàn)方式：便攜式磁記憶檢測(cè)儀與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀同時(shí)對(duì)工件相同點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)，便攜式磁記憶檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果如表1。

　　應(yīng)力集中線的位置與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀檢測(cè)的結(jié)果相同。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，便攜式磁記憶檢測(cè)儀可以實(shí)時(shí)顯示被測(cè)工件的磁場(chǎng)Hp值的大小和符號(hào)，雙通道配合使用，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的連接線為應(yīng)力集中線。

　　結(jié)語(yǔ)

　　基于PIC16LF873A單片機(jī)的便攜式磁記憶檢測(cè)儀，具有成本低、功耗低、精度高、體積小和使用方便等特點(diǎn)，對(duì)操作人員無(wú)專業(yè)計(jì)數(shù)要求。特別適用于在工件結(jié)構(gòu)復(fù)雜窄小的環(huán)境使用。便攜式磁記憶檢測(cè)儀是一款性能價(jià)格比很高的磁記憶檢測(cè)儀器，在石油、化工、冶金、機(jī)械、鐵路、建筑、橋梁和航空等部門的無(wú)損檢測(cè)中具有十分廣闊的前景。