脈沖電磁鐵磁性材料缺陷檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)_陳問(wèn)渠

1、<p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（說(shuō)明書(shū)）</p><p>　　題目：脈沖電磁鐵磁性材料缺陷檢測(cè)系統(tǒng)</p><p><b>　　設(shè)計(jì)</b></p><p>　　機(jī)械工程 學(xué) 院 機(jī)械工程及其自動(dòng)化 專(zhuān) 業(yè)</p><p>　　學(xué) 號(hào) 0401080101</p><

2、p>　　姓 名 陳問(wèn)渠 </p><p>　　指導(dǎo)老師 周德強(qiáng)講師</p><p><b>　　二〇一二年六月</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　檢測(cè)對(duì)于壓力容器生產(chǎn)及使用的重要性一直被人們所關(guān)注。而近些年，為了降低檢測(cè)工作

3、的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，檢測(cè)過(guò)程的自動(dòng)化更是成為研究的重點(diǎn)。作為一項(xiàng)新的電磁檢測(cè)技術(shù)，脈沖電磁檢測(cè)擁有較高的自動(dòng)化程度，不需要對(duì)壓力容器表面進(jìn)行打磨處理，既能發(fā)現(xiàn)表面和近表面裂紋的缺陷外，又可從外部發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)部的腐蝕坑等缺陷，使得脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)在壓力容器在線檢測(cè)上得到越來(lái)越多的關(guān)注。</p><p>　　論文首先介紹了脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)的研究背景，其次是脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對(duì)

4、檢測(cè)系統(tǒng)的整體框架、脈沖電磁檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理及其理論基礎(chǔ)進(jìn)行了說(shuō)明。然后基于脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)理論，設(shè)計(jì)了一套脈沖電磁檢測(cè)系統(tǒng)用于鐵磁性材料的壓力容器缺陷的檢測(cè)。由于金屬裂紋是最常見(jiàn)的金屬缺陷之一，因此本課題主要利用所設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)定量檢測(cè)鐵磁性試件裂紋的深度。該脈沖電磁檢測(cè)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個(gè)部分。其中硬件部分由信號(hào)發(fā)生器、功率放大電路、激勵(lì)線圈、傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)組成；軟件部分使用LABVIEW實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采

5、集、濾波，MATLAB對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)渦流峰值與金屬裂紋深度之間有關(guān)聯(lián)，據(jù)此可以對(duì)金屬裂紋深度進(jìn)行量化判斷。</p><p>　　最后，對(duì)本文所設(shè)計(jì)的工作進(jìn)行了總結(jié)、分析其不足，并對(duì)進(jìn)一步研究進(jìn)行了展望。</p><p>　　關(guān)鍵詞：脈沖電磁檢測(cè)，傳感器，信號(hào)采集與處理</p><p><b>　　ABSTRACT</b>&

6、lt;/p><p>　　The importance of detection for the production and the use of pressure vessels have been concerned in recent years. In order to reduce the labor intensity of the detection and to improve the accurac

7、y of test results, the automation of the detection is to become the focus of the study. As a new electromagnetic detection technology, pulsed electromagnetic detection has a high degree of automation, which does not need

8、 polish the surface of pressure vessels and is able to find the defects of the sur</p><p>　　Firstly, the paper introduces the background of pulsed electromagnetic detection technology, the characteristics an

9、d research status, and describes the overall framework and the working principle as well as theoretical based on the detection system. And then based on the technical theory of pulsed electromagnetic detection, a pulsed

10、electromagnetic detection system for the detection of the pressure vessel defects is designed. As the metal crack is one of the most common metal defects, the main s</p><p>　　Finally, in conclusion, the thes

11、is analyzes the shortage, and gives prospect for future research on this basis.</p><p>　　Key words: pulsed electromagnetic detection, sensors, signal acquisition and processing目 錄</p><p>　　第一章 緒

12、論。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p><p>　　1.1 研究的背景與意義。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p>

13、<p>　　1.2 脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。1</p><p>　　1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

14、。2</p><p>　　1.4 課題主要研究?jī)?nèi)容。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。3</p><p>　　1.4.1 傳感器的設(shè)計(jì)與調(diào)試。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

15、。。。。。。。。。。。。。。。。。3</p><p>　　1.4.2 信號(hào)的采集。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4</p><p>　　1.4.3 信號(hào)的分析及處理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

16、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4</p><p>　　1.5 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

17、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.1 渦流效應(yīng)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

18、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.2 霍爾效應(yīng)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)

19、工作原理。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6</p><p>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

20、。6</p><p>　　2.2.1 探頭的設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。7</p><p>　　2.2.2 信號(hào)發(fā)生器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

21、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8</p><p>　　2.2.3 功率放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。8</p><p>　　2.2.4 信號(hào)放大器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

22、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10</p><p>　　2.2.5 傳感器整體設(shè)計(jì)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。11</p><p>　　2.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。。。

23、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。12</p><p>　　2.3 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。14</p&

24、gt;<p>　　第三章 數(shù)據(jù)采集.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15</p><p>　　3.1 試塊介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

25、。。。。。。。。。。。。15</p><p>　　3.2 軟件介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15 3.3 實(shí)驗(yàn)步驟。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

26、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17</p><p>　　3.4 采集程序。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19</p><p>　　3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

27、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22</p><p>　　3.6 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。22</p><p>

28、;　　第四章 數(shù)據(jù)處理及分析.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24</p><p>　　4.1 軟件介紹。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。23</p&g

29、t;<p>　　4.2 程序編寫(xiě)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。24</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)處理及分析。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

30、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。25</p><p>　　4.4 本章小結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。31</p><p>　　第五章 總結(jié)及展望.。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

31、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1 總結(jié)。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1.1 全文主要研究?jī)?nèi)容。。。。。。。。。。

32、。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5.1.2 存在的不足。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　5

33、.2 展望。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。32</p><p>　　參考文獻(xiàn).。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

34、。。。。。。。。。33</p><p>　　致謝。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。34</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1.1 研究的背景與意義

35、</p><p>　　壓力容器是用來(lái)裝載壓力介質(zhì)，也即流體介質(zhì)壓力的密閉容器。一旦發(fā)生爆炸或泄漏，極有可能引發(fā)火災(zāi)、爆炸、中毒等污染環(huán)境危害安全的災(zāi)難性事故。所以確保壓力容器的安全性能相對(duì)于其他工業(yè)設(shè)備尤為嚴(yán)格[5]。</p><p>　　為了預(yù)測(cè)預(yù)防上述災(zāi)難的發(fā)生，檢驗(yàn)成為保障壓力容器安全的必要環(huán)節(jié)。壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則第四條規(guī)定：壓力容器定期檢驗(yàn)工作包括全面檢驗(yàn)和耐壓試驗(yàn)[17]。其中

36、全面檢驗(yàn)是指壓力容器停機(jī)時(shí)的檢驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)由國(guó)家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行[9]。其檢驗(yàn)周期為：</p><p>　　1.安全狀況等級(jí)為1、2級(jí)的，一般每6年一次；</p><p>　　2.安全狀況等級(jí)為3級(jí)的，一般3～6年一次；</p><p>　　3.安全狀況等級(jí)為4級(jí)的，其檢驗(yàn)周期由檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)確定[11]。</p><p>　　長(zhǎng)期在疲勞載荷

37、、內(nèi)外部工作介質(zhì)的作用下，金屬壓力容器容易在熱影響區(qū)和焊縫等部位產(chǎn)生表面裂紋。目前應(yīng)用于定期檢測(cè)表面裂紋的方法較多為磁粉檢測(cè)（鐵磁性材料）和滲透檢測(cè)（非鐵磁性材料）。這兩種方法在檢測(cè)過(guò)程中都必須對(duì)被檢表面進(jìn)行打磨處理，以除去表面的油漆、噴涂等防腐層和氧化物介質(zhì)。而往往在定期檢測(cè)后，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)有95%以上的金屬壓力容器并未存在任何缺陷損傷，即使存在也只是幾處，占焊縫總長(zhǎng)的1 %以下。如此一來(lái)，用這些檢測(cè)方法耗時(shí)勞力，并且削薄了壓力容器的

38、厚度。更值得一提的是，由于絕大部分在用壓力容器不能進(jìn)行打磨，因此這兩種方法均不能用于壓力容器的在線檢測(cè)[7]。</p><p>　　現(xiàn)代檢測(cè)手段傾向于無(wú)損檢測(cè)，即在對(duì)容器無(wú)損壞的情況下，以物理或化學(xué)的方法，利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備儀器，對(duì)容器內(nèi)部和表面的缺陷進(jìn)行檢測(cè)[6]。本課題所研究的脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)是一種新型的電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其有效的集成了漏磁檢測(cè)和脈沖渦流檢測(cè)各自的優(yōu)點(diǎn)，不需要對(duì)壓力容器表面進(jìn)行打磨處理，可以

39、減少不必要的停車(chē)，降低檢驗(yàn)成本，還能對(duì)缺陷深度等進(jìn)行定量，在壓力容器缺陷檢測(cè)中具有明顯的優(yōu)越性[16]。</p><p>　　1.2 脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)</p><p>　　將一個(gè)周期的寬帶脈沖（一般為一定占空比的方波）作為激勵(lì)電流施加給激勵(lì)線圈，繼而感應(yīng)生成一個(gè)快速衰減的脈沖磁場(chǎng)，金屬試件內(nèi)部因此感生出瞬時(shí)渦流，此瞬時(shí)脈沖渦流又感應(yīng)出一個(gè)快速衰減的渦流磁場(chǎng)，線圈的脈沖磁場(chǎng)與試件的渦流

40、磁場(chǎng)相互作用，導(dǎo)致磁傳感器檢測(cè)到的電壓輸出會(huì)隨著時(shí)間不斷變化?？梢缘弥?，試件的缺陷部位感生出的渦流磁場(chǎng)與完好部位感生出的渦流磁場(chǎng)強(qiáng)度必然不一致，從而可以從輸出電壓的變化大小檢測(cè)出缺陷的位置及深度等參數(shù)。</p><p>　　漏磁檢測(cè)技術(shù)即是將鐵磁性試件局部磁化，試件表面及近表面的缺陷會(huì)使材</p><p>　　料內(nèi)部產(chǎn)生的磁力線發(fā)生畸變，逸出表面形成漏磁場(chǎng)。通過(guò)檢測(cè)此漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度大小就可以

41、判斷缺陷的位置、尺寸等相關(guān)參數(shù)。漏磁檢測(cè)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、可靠性高、無(wú)污染、對(duì)試件表面清潔度要求不高，被廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、石化等領(lǐng)域[2]。</p><p>　　本課題所研究的鐵磁性材料缺陷檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用的檢測(cè)方法即是綜合脈沖渦流檢測(cè)和漏磁檢測(cè)的脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）脈沖電磁檢測(cè)是通過(guò)對(duì)輸出電壓的特征值的提取來(lái)分析缺陷的位置、尺寸，繼而

42、定量判斷缺陷相關(guān)參數(shù)。</p><p>　　（2）脈沖電磁檢測(cè)的激勵(lì)信號(hào)為一定占空比的方波，傳統(tǒng)渦流檢測(cè)采用的是頻率單一的正弦電流。相比較而言，由于方波的占空比較低，如此一來(lái)線圈也不會(huì)因?yàn)楦唠娏鞯拇嬖趯?dǎo)致能量持續(xù)耗散以致耗損，于是便可使用更大的瞬時(shí)功率產(chǎn)生出更大范圍變化的感應(yīng)磁場(chǎng)，輸出電壓變化也更易檢測(cè)。</p><p>　?。?）較于超聲檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉探傷、滲透探傷等而言，脈沖電磁

43、檢測(cè)成本較低、對(duì)人體及環(huán)境無(wú)惡性影響，且不需要耦合介質(zhì)、對(duì)被檢試件無(wú)損傷。</p><p>　?。?）由于檢測(cè)信號(hào)是電信號(hào)，所以可對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行數(shù)字化處理，然后存儲(chǔ)、再現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理和比較[4]。</p><p>　　與此同時(shí)，脈沖電磁檢測(cè)方法也有著一定的缺憾，如檢測(cè)深度受限等。目前脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)尚處于研究發(fā)展?fàn)顟B(tài)，未來(lái)還需更多努力。</p><p>　　1.3 國(guó)

44、內(nèi)外研究現(xiàn)狀</p><p>　　隨著當(dāng)今科技的飛躍進(jìn)展，電磁檢測(cè)技術(shù)得到越來(lái)越多的應(yīng)用。</p><p>　　當(dāng)前具代表性的PECT（脈沖渦流檢測(cè)）儀器為GE 檢測(cè)生產(chǎn)的PULSEC便攜式脈沖渦流探傷儀。該儀器將陣列渦流與脈沖渦流技術(shù)相結(jié)合，大大提高了靈敏度、分辨率以及檢測(cè)效率，非常適合航空工業(yè)中的各項(xiàng)在役檢測(cè)工作。儀器使用了基于巨磁電阻效應(yīng)的脈沖渦流陣列技術(shù)，基于這種技術(shù)的探頭即使在低

45、頻狀態(tài)下也具有很高的靈敏度和深度分辨率，故儀器可檢測(cè)4層鋁板( 如飛機(jī)機(jī)身多層鋁合金板) 中的每一層的腐蝕缺陷。儀器還采用了獨(dú)特的手持式X 編碼陣列探頭，可對(duì)大表面工件進(jìn)行快速檢測(cè)。</p><p>　　近年，國(guó)內(nèi)對(duì)脈沖渦流檢測(cè)技術(shù)的研究也逐步走向成熟。例如，愛(ài)德森( 廈門(mén)) 電子有限公司生產(chǎn)的EEC-83智能帶保溫層管壁腐蝕檢測(cè)儀就是利用任意波形發(fā)生器產(chǎn)生脈沖渦流和多頻渦流，突破了傳統(tǒng)檢測(cè)方式的局限，能夠有效地

46、檢測(cè)隔熱層下的鋼管壁厚腐蝕程度。</p><p>　　目前，國(guó)外具有代表性的漏磁檢測(cè)裝置主要生產(chǎn)廠家有德國(guó)FOERSTER 研究所、日本的島津制作所及美國(guó)的AMFTU BOSCOPE 公司等。</p><p>　　德國(guó)FOERSTER的主要漏磁檢測(cè)裝置有ROTOMAT 、TRANSOMAT。ROTOMAT采用直流磁化，傳感器裝置高速旋轉(zhuǎn)采集信號(hào)。可用于檢測(cè)外徑為20mm-520mm 鋼管(

47、石油鋼管和鍋爐管) 的深度不小于5%壁厚內(nèi)外壁縱向缺陷。TRANSOMAT 采用直流磁化，用于檢測(cè)外徑為26mm-440mm的鋼管(石油鋼管和鍋爐管)的深度不小于5%壁厚內(nèi)外壁橫向缺陷。</p><p>　　通常用于縱向缺陷檢測(cè)的ROTOMAT探傷機(jī)與橫向缺陷檢測(cè)的TRANSOMAT 探傷機(jī)同時(shí)裝備在一條生產(chǎn)線上,可對(duì)鋼管進(jìn)行全面快速探傷。</p><p>　　日本的SAM系統(tǒng)采用磁敏二極

48、管作為檢測(cè)元件,自動(dòng)化程度很高,可用于熱軋鋼棒和鋼管的檢測(cè)。SAM 系統(tǒng)能可靠地檢出深度為0.3mm以上的自然缺陷,信噪比高達(dá)10。SAM系統(tǒng)有許多不同的型號(hào),磁化電流為直流或交流。對(duì)于直徑為50mm-100mm 的鋼棒,檢查速度高達(dá)30t/h-70t/h。</p><p>　　美國(guó)的漏磁探傷裝置主要用于石油工業(yè)無(wú)縫鋼管的無(wú)損探傷,其中SON OSCOPE 能檢出深度為壁厚5%的外壁缺陷和深度為壁厚12.5%的內(nèi)

49、壁缺陷,采用檢測(cè)線圈能分辨出內(nèi)外壁缺陷。隨著油氣管道質(zhì)量問(wèn)題的出現(xiàn)和如何確保重要管道(如海底管道)運(yùn)行質(zhì)量問(wèn)題的提出,漏磁檢測(cè)技術(shù)被大量地用于管道檢測(cè),成為管道檢測(cè)的核心技術(shù)。采用漏磁技術(shù)的“管道豬”可在地下管道中爬行300km, 能可靠地檢測(cè)出深度為壁厚10%的缺陷。在這一方面,加拿大、英國(guó)、美國(guó)等都進(jìn)行了大量研究。</p><p>　　國(guó)內(nèi)在開(kāi)發(fā)研制漏磁檢測(cè)設(shè)備方面也做了不少工作,例如：</p>

50、<p>　　愛(ài)德森( 廈門(mén)) 電子有限公司研制的便攜式管道腐蝕漏磁檢測(cè)系統(tǒng)、儲(chǔ)罐底板漏磁檢測(cè)儀以及管道集成漏磁檢測(cè)智能系統(tǒng)。</p><p>　　華中科技大學(xué)康宜華教授研發(fā)的漏磁檢測(cè)設(shè)備已廣泛應(yīng)用在油田的油管、抽油桿等部件的檢測(cè)中。</p><p>　　彭有根研制了鋼筋缺陷檢測(cè)裝置,采用直流線圈磁化螺紋鋼筋,其檢測(cè)傳感器為線圈,可檢測(cè)出最小缺陷的截面積為,檢測(cè)速度為1.6m/s

51、。</p><p>　　徐章遂等人在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下,研究了厚壁鋼管裂紋定量檢測(cè)問(wèn)題, 并與空軍第一研究所耿榮生等人合作研制出JFY-1A的漏磁裂紋檢測(cè)儀,首次實(shí)現(xiàn)了螺栓孔裂紋定量檢測(cè),用于解決飛機(jī)無(wú)損檢測(cè)中的難點(diǎn)問(wèn)題。</p><p>　　沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)楊理踐教授成功研發(fā)的帶爬行豬的智能漏磁檢測(cè)系統(tǒng)已開(kāi)始在我國(guó)西氣東輸?shù)妮斢凸艿篱L(zhǎng)距離檢測(cè)中應(yīng)用[14]。</p><

52、;p>　　1.4 課題主要研究的內(nèi)容</p><p>　　本課題主要利用脈沖電磁檢測(cè)原理，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一套可用于鐵磁性材料缺陷檢測(cè)的系統(tǒng)，其中包括傳感器的制作、數(shù)據(jù)的采集、信號(hào)的處理及分析。</p><p>　　1.4.1 傳感器的設(shè)計(jì)與調(diào)試</p><p>　　傳感器的設(shè)計(jì)包括功率放大器以及信號(hào)放大電路的選取和調(diào)試、檢測(cè)探頭的設(shè)計(jì)（其中包括線圈的繞制和磁

53、傳感器的選?。源送瓿纱艂鞲衅髟阼F磁性試件上采集得到所需電信號(hào)。</p><p>　　1.4.2 信號(hào)的采集</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中使用美國(guó)NI公司生產(chǎn)的PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，軟件部分選擇LABVIEW進(jìn)行采集程序的編寫(xiě)，包括信號(hào)采集、濾波、數(shù)據(jù)的記錄等，采集到的數(shù)據(jù)為下一步的處理作準(zhǔn)備。</p><p>　　1.4.3 信號(hào)的分析與處理</p

54、><p>　　本課題采用MATLAB對(duì)上一步采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及處理，以此得到鐵磁性試件不同部分檢測(cè)到的信號(hào)特征值大小的不同，從而判斷得到缺陷的深度的不同。</p><p><b>　　1.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)是一項(xiàng)新型的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，有著很好的發(fā)展前景。本章介紹了其研究背景及意義，對(duì)脈沖電磁檢測(cè)的特點(diǎn)進(jìn)行闡

55、述，并分析了國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀，最后提出了本課題研究的主要內(nèi)容[15]。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　2.1.1 渦流效應(yīng)</p><p>　　金屬試塊內(nèi)部在變化的磁場(chǎng)下產(chǎn)生一圈一圈的電流，就像一圈圈的漩渦，所以這種在整塊導(dǎo)體內(nèi)部發(fā)生電磁感應(yīng)而產(chǎn)生感應(yīng)電流的現(xiàn)象稱(chēng)為渦

56、流現(xiàn)象[8]。</p><p>　　圖2.1 渦流效應(yīng)示意圖</p><p>　　工業(yè)上利用足夠大的電力在導(dǎo)體中產(chǎn)生很大的渦流，導(dǎo)體中電流可以發(fā)熱，使金屬受熱甚至熔化。根據(jù)此原理制造了感應(yīng)爐，用來(lái)冶煉金屬。在感應(yīng)爐中，有產(chǎn)生高頻電流的大功率電源和產(chǎn)生交變磁場(chǎng)的線圈，線圈的中間放置一個(gè)耐火材料（例如陶瓷）制成的坩堝，用來(lái)放有待熔化的金屬。渦流感應(yīng)加熱的應(yīng)用很廣泛，如用高頻感應(yīng)爐冶煉金屬，用高

57、頻塑料熱壓機(jī)過(guò)塑，以及把渦流熱療系統(tǒng)用于治療，金屬材料學(xué)中常用于感應(yīng)淬火、感應(yīng)退火等方法來(lái)提高工件的表面硬度與耐磨性[4]。</p><p>　　2.1.2 霍爾效應(yīng)</p><p>　　霍爾傳感器是一種利用霍爾效應(yīng)進(jìn)行工作的傳感器。根據(jù)霍爾效應(yīng)制成的元件稱(chēng)為霍爾元件，它是一種半導(dǎo)體磁電轉(zhuǎn)換元件，一般由鍺、鏑化銦、砷化銦等半導(dǎo)體材料制成。如圖2.2所示，將霍爾元件置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中

58、，如果在激勵(lì)電流端a、b通以電流i，在c、d端將產(chǎn)生霍爾電勢(shì)，其大小為：</p><p>　?。?-1） </p><p>　　上式中 —霍爾系數(shù)，決定于材質(zhì)、溫度、元件尺寸；</p><p>　　—電流與磁場(chǎng)方向的夾角。</p

59、><p>　　圖2.2 霍爾元件及霍爾效應(yīng)原理</p><p>　　2.1.3 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生穩(wěn)定的一定頻率和大小的脈沖方波信號(hào)，通過(guò)功率放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大以達(dá)到檢測(cè)線圈正常工作的范圍，檢測(cè)線圈中感應(yīng)生出快速衰減的脈沖磁場(chǎng)，由金屬試件表面及內(nèi)部也產(chǎn)生不同強(qiáng)度的渦流，此渦流同時(shí)也感生出一個(gè)快速衰減的渦流磁場(chǎng)，渦流磁場(chǎng)與脈沖磁場(chǎng)相互作用得

60、到復(fù)合磁場(chǎng)，通過(guò)磁傳感器檢測(cè)出復(fù)合磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，再將此檢測(cè)得到的信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器得到一定電壓范圍的電信號(hào)，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集，信號(hào)在PC機(jī)上通過(guò)LABVIEW采集程序進(jìn)行采集濾波，最終經(jīng)由MATLAB分析處理，得出缺陷的具體尺寸等參數(shù)[10]。</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)構(gòu)成</b></p><p>　　系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如下圖所示：</p>

61、<p>　　圖2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)可分為硬件和軟件兩個(gè)部分。其中硬件部分由信號(hào)發(fā)生器、探頭、試件、傳感器（功率放大電路及信號(hào)放大電路）、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成[13]。</p><p>　　2.2.1 探頭的設(shè)計(jì)</p><p>　　實(shí)驗(yàn)中探頭制作包括線圈的繞制和磁傳感器的選取。</p><p>　

62、　線圈骨架選擇圓柱形磁芯。圓柱體內(nèi)徑10mm，外徑18mm，高26mm。鐵氧體是一種具有鐵磁性的金屬氧化物，具有易磁化易退磁、抗干擾的特點(diǎn)。就電特性來(lái)說(shuō)，鐵氧體的電阻率比金屬、合金磁性材料大得多，而且還有較高的介電性能。鐵氧體的磁性能還表現(xiàn)在高頻時(shí)具有較高的磁導(dǎo)率。故鐵氧體已成為高頻弱電領(lǐng)域用途廣泛的非金屬磁性材料。</p><p>　　繞線為直徑為0.36mm漆包線，遵循緊密齊的準(zhǔn)則繞制了匝數(shù)為900的線圈。繞

63、制完成后，用黑色膠袋包裹。磁傳感器目前應(yīng)用較多的為檢測(cè)線圈、霍爾（Hall）傳感器、磁阻（MR）傳感器、巨磁阻（GMR）傳感器和超導(dǎo)量子干涉（SQUIDS）。由于脈沖電磁檢測(cè)技術(shù)中用到的是低頻信號(hào)，而檢測(cè)線圈一般適用于高頻信號(hào)，所以不在選擇之列；磁阻傳感器與巨磁阻傳感器元件特性較為復(fù)雜，且輸出電壓與復(fù)合磁場(chǎng)之間是非線性關(guān)系，故也不予考慮；而超導(dǎo)量子干涉器價(jià)格昂貴，受實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的限制無(wú)法使用。本實(shí)驗(yàn)中選取HONEYWELL公司推出的SS49

64、5A型霍爾元件。</p><p>　　如圖2.4所示，該元件廣泛應(yīng)用于儀器儀表、無(wú)刷直流電機(jī)、家用電表、焊接設(shè)備、售賣(mài)機(jī)、家用電氣、電腦等產(chǎn)品上面。這種霍爾元件具有體積小巧（0.16x0.118″）、低功耗（7mA ，5VDC）、工作溫度范圍廣（-40~+150）、線性輸出、無(wú)磁場(chǎng)滯后效應(yīng)的特點(diǎn)。而且，其方塊形的器件有助于提供穩(wěn)定的輸出；其內(nèi)部含有激光修正的薄膜電阻，可以提供精確的靈敏度和溫度補(bǔ)償?shù)膬?yōu)勢(shì)。<

65、/p><p>　　圖2.4 SS495A引腳說(shuō)明</p><p>　　將霍爾傳感器與線圈骨架固定在一起，霍爾傳感器位于鐵氧體磁芯正中心底部，探頭（圖2.5）便制作完成。</p><p><b>　　圖2.5 探頭</b></p><p>　　2.2.2 信號(hào)發(fā)生器</p><p>　　目前函數(shù)發(fā)生器的

66、應(yīng)用越來(lái)越廣泛，它產(chǎn)生的激勵(lì)信號(hào)信噪比小、波形穩(wěn)定且多樣。本實(shí)驗(yàn)需要一個(gè)能發(fā)生脈沖方波的裝置，故選用VD1641型函數(shù)發(fā)生器，如圖2.6所示。</p><p>　　VD1641函數(shù)發(fā)生器主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　1） 輸出頻率在 0.1Hz～2MHz 之間可調(diào)；</p><p>　　2） 占空比在 10%～90%之間任意可調(diào)；</p><

67、;p>　　3） 具有正弦波、三角波、方波、鋸齒波、脈沖波、TTL。</p><p>　　圖2.6 VD1641函數(shù)發(fā)生器</p><p>　　2.2.3 功率放大器</p><p>　　一般情況下，函數(shù)發(fā)生器給出的激勵(lì)信號(hào)功率比較小，不足以使得激勵(lì)線圈中感生出強(qiáng)度較大的磁場(chǎng)，所以實(shí)驗(yàn)中必須外接一個(gè)功率放大器來(lái)生成合適大小的激勵(lì)信號(hào)以滿足要求。LM1875功率放

68、大器的低失真和高性能滿足實(shí)驗(yàn)需要，故選用其作為本系統(tǒng)的功率放大器，引腳圖如下圖2.7所示：</p><p>　　圖2.7 LM1875引腳圖</p><p><b>　　其主要特性如下：</b></p><p><b>　　1）高增益；</b></p><p>　　2）輸出電壓范圍寬：16V-60V

69、；</p><p>　　3）寬帶寬：70kHz；</p><p><b>　　4）高轉(zhuǎn)換速率。</b></p><p>　　相應(yīng)的功率放大電路如圖2.8所示[3]，其中用于調(diào)節(jié)放大器的放大倍數(shù)，、、組成高通濾波電路對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行濾波，濾除信號(hào)中的直流成分。</p><p>　　圖2.8 LM1875電路圖</p&g

70、t;<p>　　根據(jù)上述放大電路焊接出的實(shí)物圖如下圖2.9所示：</p><p>　　圖2.9 LM1875實(shí)物圖</p><p>　　2.2.4 信號(hào)放大器</p><p>　　經(jīng)霍爾傳感器輸出的是微小電壓信號(hào)，因此必須對(duì)這個(gè)微小信號(hào)進(jìn)行放大處理之后，得到適合數(shù)據(jù)采集卡的輸入范圍，使得采樣信號(hào)的信噪比盡可能的提高。</p><p&

71、gt;　　此次選用的是ANALOGDEVICES的INA129儀用放大器作為信號(hào)放大芯片。INA 129是該公司推出的一款是低功耗、高精度的通用儀表放大器，并具有如下特點(diǎn)：</p><p>　　1）使用方便，只需接入一個(gè)電阻就可以改變放大倍數(shù)；</p><p>　　2）放大范圍大，可以高達(dá)1000 倍；</p><p>　　3）高共模抑制比（CMR）， 最小可達(dá) 1

72、20dB；</p><p>　　4）適合精度要求較高的場(chǎng)合。</p><p>　　在引腳1和引腳8之間外接一個(gè)電阻RG可對(duì)增益進(jìn)行設(shè)置：</p><p>　?。?-2） </p><p>　　電容C9和電阻R6、R7組成的高通濾波電路主要是用來(lái)濾除信號(hào)中的直流分量。引腳 5（REF）是放

73、大器輸出的參考標(biāo)準(zhǔn)，該引腳通常被接地，但是必須使用低阻抗的引線以確保良好的共模抑制比。</p><p>　　引腳圖如下圖2.10所示：</p><p>　　圖2.10 INA129引腳圖</p><p>　　電路圖如下圖2.11所示：</p><p>　　圖2.11 INA129電路圖</p><p>　　根據(jù)上述電路

74、圖焊接制作的INA129信號(hào)放大器的實(shí)物圖如下圖2.12所示：</p><p>　　圖2.12 放大器實(shí)物圖</p><p>　　2.2.5 傳感器整體設(shè)計(jì)</p><p>　　傳感器整體設(shè)計(jì)的電路圖（圖2.13）如下：</p><p>　　圖2.13 整體電路</p><p>　　依據(jù)電路圖完成傳感器整體（圖2.14

75、）的焊接制作：</p><p>　　圖2.14傳感器整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　電路板接線端一共有6根引出線，如電路圖所示，兩根接電源正負(fù)端，兩根接函數(shù)發(fā)生器發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)，一根為地線，兩根分別為霍爾傳感器輸入及輸出,一根為激勵(lì)線圈接入端，剩余兩根為最終輸出信號(hào)的正極及接地端。</p><p>　　2.2.6 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)</p><p>

76、　　本實(shí)驗(yàn)所選用的是實(shí)驗(yàn)室的NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（圖2.15）。PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是美國(guó)國(guó)家儀器公司NI的產(chǎn)品，由CPU控制器、數(shù)據(jù)圖像采集卡、運(yùn)動(dòng)控制卡、控制機(jī)箱和高校虛擬儀器軟件包等部件組成，主要功能是對(duì)各類(lèi)電信號(hào)進(jìn)行采集、分析和控制。</p><p>　　圖2.15 PXI實(shí)物圖</p><p>　　圖2.16 NIPXI-6259端口引腳圖</p><p&g

77、t;　　由于需要采集的是霍爾傳感器輸出的電壓信號(hào)，故選用NIPXI-6259信號(hào)采集卡，并選擇AI0(68)作為信號(hào)正輸入端，AI GND(67)作為接地端，其端口引腳如圖2.16所示。</p><p>　　NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)支持多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，此次設(shè)計(jì)采用LABVIEW進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及濾波程序的編寫(xiě)。</p><p><b>　　2.3 本章小結(jié)</b><

78、;/p><p>　　本章對(duì)脈沖電磁檢測(cè)的原理進(jìn)行介紹，在此理論基礎(chǔ)上提出系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框架。再對(duì)系統(tǒng)硬件部分，包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大部分、信號(hào)放大部分、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等進(jìn)行逐一介紹。</p><p><b>　　第三章 數(shù)據(jù)采集</b></p><p><b>　　3.1 試塊介紹</b></p><p>

79、;　　根據(jù)金屬的磁導(dǎo)率不同，可將金屬劃分為鐵磁性金屬及非鐵磁性金屬。非鐵磁性金屬導(dǎo)電不導(dǎo)磁，主要產(chǎn)生渦流效應(yīng)，而磁效應(yīng)很微弱；鐵磁性金屬既導(dǎo)電也導(dǎo)磁，具有渦流效應(yīng)，同時(shí)也產(chǎn)生磁效應(yīng)。本課題研究的是磁性材料的缺陷檢測(cè)，故選用鐵板試件。</p><p>　　在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備階段，事先請(qǐng)校工廠的老師幫忙加工好一塊寬度相同深度不同的鐵板試件，尺寸如圖3.1所示。</p><p><b>

80、;　　圖3.1 試件尺寸</b></p><p>　　加工后的實(shí)物圖如下：</p><p>　　圖3.2 試塊實(shí)物圖</p><p>　　其中，每段缺陷間隔長(zhǎng)度為10cm，厚度1cm，寬度5cm，缺陷寬度0.5cm；深度分別為2mm、4mm、6mm、8mm。</p><p><b>　　3.2 軟件介紹</b>

81、;</p><p>　　由NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集，采集程序則選擇使用LABVIEW進(jìn)行編寫(xiě)。LABVIEW是一種程序開(kāi)發(fā)環(huán)境，由美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司研制開(kāi)發(fā)的，與 C和BASIC一樣，LABVIEW也是通用的編程系統(tǒng)，有一個(gè)完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)。LABVIEW的函數(shù)庫(kù)包括數(shù)據(jù)采集、GPIB、串口控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等等。LABVIEW也有傳統(tǒng)的程序調(diào)試工具，如設(shè)置斷點(diǎn)、以&

82、lt;/p><p>　　動(dòng)畫(huà)方式顯示數(shù)據(jù)及其子程序（子VI）的結(jié)果、單步執(zhí)行等等，便于程序的調(diào)試。</p><p>　　LABVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標(biāo)代替文本行創(chuàng)建應(yīng)用程序的圖形化編程語(yǔ)言。傳統(tǒng)文本編程語(yǔ)言根據(jù)語(yǔ)句和指令的先后順序決定程序執(zhí)行順序，而LABVIEW則采用數(shù)據(jù)流編程方式，程序框圖

83、中節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)流向決定了VI及函數(shù)的執(zhí)行順序。VI指虛擬儀器，是LABVIEW 的程序模塊。 </p><p>　　LABVIEW 提供很多外觀與傳統(tǒng)儀器（如示波器、萬(wàn)用表）類(lèi)似的控件，可用來(lái)方便地創(chuàng)建用戶界面。用戶界面在LABVIEW 中被稱(chēng)為前面板。使用圖標(biāo)和連線，可以通過(guò)編程對(duì)前面板上的對(duì)象進(jìn)行控制。這就是圖形化源代碼，又稱(chēng)G代碼。LABVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類(lèi)似于流程圖，因此又被稱(chēng)作程序框圖

84、代碼。</p><p>　　學(xué)習(xí)了LABVIEW中關(guān)于數(shù)據(jù)采集的相關(guān)知識(shí)后，針對(duì)實(shí)驗(yàn)所需編寫(xiě)了如下程序：</p><p>　　LABVIEW界面包括前面板及程序框圖，前面板（圖3.3）用于為用戶觀察提供直觀的顯示圖，程序框圖（圖3.4）進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)編寫(xiě)。整個(gè)程序包括DAQ助手進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、filter濾波、取均值、波形圖及采樣相關(guān)系數(shù)的顯示、寫(xiě)入測(cè)量文件等幾個(gè)部分。具體的參數(shù)值確定在下一

85、章進(jìn)行介紹。</p><p><b>　　圖3.3 前面板</b></p><p><b>　　圖3.4 程序框圖</b></p><p><b>　　3.3 實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　(1)電路各部分的測(cè)試</p><p>　　首先連好電源

86、線與激勵(lì)信號(hào)連線，打開(kāi)示波器，將示波器1通道連至激勵(lì)信號(hào)兩端，2通道連在LM1875功率放大器的輸出端。實(shí)驗(yàn)中使用直流—直流轉(zhuǎn)換模塊（24V/15V）提供功率放大器的工作電壓。打開(kāi)電源，調(diào)節(jié)電壓值至24V，此時(shí)LM1875得到的電壓為15V開(kāi)始正常工作。打開(kāi)函數(shù)發(fā)生器，調(diào)節(jié)頻率至1000Hz,波形選擇方波，幅值4V左右，觀察示波器1通道波形是否與激勵(lì)信號(hào)一致，再觀察2通道波形是否相對(duì)激勵(lì)信號(hào)被放大，調(diào)節(jié)放大電路上的變阻器同時(shí)觀察示波器獲

87、得實(shí)驗(yàn)所需的放大倍數(shù)，同時(shí)控制電壓范圍在以內(nèi)。</p><p>　　確定功率放大電路正常后，將激勵(lì)信號(hào)正負(fù)端接至信號(hào)放大電路輸入端，同時(shí)將示波器1通道同樣接至輸入端，再將示波器2通道接至輸出端。同樣使用直流—直流轉(zhuǎn)換模塊（24V/15V）提供信號(hào)放大器的工作電壓，用萬(wàn)用表測(cè)量4、7引腳工作電壓是否為15V。接下來(lái)如上，觀察示波器兩個(gè)通道的波形是否存在放大關(guān)系，同時(shí)控制電壓范圍在以內(nèi)。</p><

88、;p>　　確定放大電路都是正?？捎煤螅凑针娐穲D連接上線圈及霍爾傳感器，確保所有連線正確連好之后，將示波器1通道接入霍爾傳感器輸出端，2通道連至信號(hào)放大器輸出終端。由函數(shù)發(fā)生器給出激勵(lì)信號(hào)，觀察示波器波</p><p>　　形是否正常，將探頭提起放下以及放在不同部位，看此時(shí)的波形是否變化，如果一切在允許范圍內(nèi)規(guī)律正常，則整個(gè)傳感器可用。</p><p>　　接下來(lái)調(diào)試編寫(xiě)的LABVI

89、EW采集程序是否可用。設(shè)置好采樣數(shù)、采樣頻率及延遲時(shí)間，先采集在空氣中的波形以判斷是否可用。再將激勵(lì)信號(hào)兩端連接至采集接口，給出一定頻率及波形的信號(hào)，開(kāi)始采集，觀察采集得到的信號(hào)是否一致，濾波器是否有效。</p><p><b>　?。?）實(shí)驗(yàn)步驟</b></p><p>　　檢驗(yàn)過(guò)所有的部分后，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)采集程序。</p><p>　　連接好所

90、有連線后，打開(kāi)電源調(diào)節(jié)電壓至24V，激勵(lì)信號(hào)選擇頻率為1000Hz的方波，幅值大小為4V。此時(shí)觀察探頭是否具有磁效應(yīng)。判斷探頭開(kāi)始工作后，觀察示波器波形隨探頭提離高度及在試件上不同位置是否存在變化。繼而將探頭放置在試件無(wú)缺陷處，觀察輸出電壓值大小，調(diào)節(jié)信號(hào)放大器放大倍數(shù)，使得最終輸出電壓值在內(nèi)以滿足NI-PXI數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)6259信號(hào)采集卡的要求。最后設(shè)置好采樣率采樣數(shù)及延遲時(shí)間、測(cè)量文件的保存位置，開(kāi)始采集無(wú)缺陷處及各個(gè)缺陷處的輸出信

91、號(hào)。將采集得到的信號(hào)載入MATLAB，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及特征值分析，最終判斷缺陷深度與信號(hào)峰值的關(guān)系。</p><p>　　整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下圖3.5所示：</p><p>　　圖3.5a 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖</p><p>　　圖3.5b 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖</p><p><b>　　3.4 采集程序</b></p><

92、;p>　　通過(guò)LABVIEW編寫(xiě)的采集程序包括兩個(gè)模塊：一個(gè)是信號(hào)的采集，一個(gè)是信號(hào)的濾波。信號(hào)的采集通過(guò)DAQ助手進(jìn)行編寫(xiě)，信號(hào)的過(guò)濾選用Butterworth濾波器。</p><p>　　整體程序的編寫(xiě)過(guò)程如下：</p><p>　　1．打開(kāi)新建的空白VI。</p><p>　　2．在程序框圖中，打開(kāi)函數(shù)選板并選擇Express» 輸入，顯示輸入

93、選板。</p><p>　　3．在輸入選板中選擇“DAQ 助手” Express VI，放置在程序框圖上，如圖3.6所示。打開(kāi)DAQ 助手，顯示新建Express 任務(wù)對(duì)話框。</p><p>　　4．單擊采集信號(hào)» 模擬輸入，顯示模擬輸入選項(xiàng)。</p><p>　　5．選擇電壓，新建電壓模擬輸入任務(wù)。對(duì)話框可顯示已安裝DAQ 設(shè)備的通道列表。列表中通道的

94、數(shù)量由DAQ設(shè)備實(shí)際的通道數(shù)量決定，實(shí)驗(yàn)選用選擇NI-PXI系統(tǒng)6259通道</p><p>　　6．在支持物理通道列表中，選擇設(shè)備與信號(hào)連接的物理通道ai0，單擊完成按鈕。DAQ 助手打開(kāi)的對(duì)話框可顯示選定要完成任務(wù)的通道的配置選項(xiàng)（圖3.7）。</p><p>　　7. 在DAQ 助手對(duì)話框中，選擇配置選項(xiàng)卡，找到電壓輸入設(shè)置欄。</p><p>　　8. 單擊

95、設(shè)置選項(xiàng)卡。在信號(hào)輸入范圍中，分別設(shè)置最大值和最小值為10 和-10。</p><p>　　圖3.6 DAQ助手框圖</p><p>　　圖3.7 DAQ參數(shù)設(shè)置圖</p><p>　　12．打開(kāi)函數(shù)控制面板，選擇信號(hào)處理»濾波器»Butterworth濾波器，放置在程序面板上，雙擊濾波器打開(kāi)參數(shù)設(shè)置界面（圖3.8），選擇低通濾波模式。</

96、p><p>　　13. 采樣頻率必須大于0，默認(rèn)值為1.0；濾波器類(lèi)型為低通時(shí)VI自動(dòng)忽略高截止頻率；低截止頻率默認(rèn)值為0.125，參數(shù)設(shè)置面板見(jiàn)圖3.8，添加波形圖顯示控件。</p><p>　　14.添加均值控件，對(duì)濾波后的信號(hào)取均值，添加波形圖顯示控件。</p><p>　　15.添加三個(gè)寫(xiě)入測(cè)量文件控件，分別與DAQ助手?jǐn)?shù)據(jù)輸出、均值輸出及濾波后信號(hào)輸出連接。&

97、lt;/p><p>　　整個(gè)程序框圖如圖3.9所示。</p><p>　　圖3.8 濾波器參數(shù)設(shè)置面板</p><p><b>　　圖3.9 程序框圖</b></p><p><b>　　3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p>　　由于激勵(lì)信號(hào)頻率為1000Hz，為了保證實(shí)驗(yàn)的

98、準(zhǔn)確性和精度，必須保證采集信號(hào)的諧波分量不少于激勵(lì)信號(hào)的9次諧波，即不小于9000Hz，故實(shí)驗(yàn)中選取采樣率為100000Hz，收集10個(gè)周期的數(shù)據(jù)，即樣本數(shù)為1000，延遲時(shí)間選擇0.25s即可[1]。</p><p>　　設(shè)置好濾波前采集數(shù)據(jù)以及濾波后采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)路徑</p><p>　　采集得到的信號(hào)如下圖3.10所示：</p><p>　　圖3.10 采集結(jié)

99、果</p><p><b>　　3.6 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章首先對(duì)鐵磁性試件、LABVIEW軟件進(jìn)行介紹，再具體描述采集過(guò)程的實(shí)驗(yàn)步驟，并對(duì)采集程序的設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，最后給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即采集到的信號(hào)。</p><p>　　第四章 數(shù)據(jù)處理及分析</p><p><b>　　4.1 軟件介

100、紹</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)最終所得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用MATLAB進(jìn)行處理及分析。MATLAB是由美國(guó)MATHWORKS公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很

101、大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。</p><p><b>　　它的特點(diǎn)在于：</b></p><p>　　1）友好的工作平臺(tái)編程環(huán)境</p><p>　　MATLAB由方便用戶使用MATLAB的函數(shù)和文件的工具組成，其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括MATLAB

102、桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。簡(jiǎn)單的編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過(guò)編譯就可以直接運(yùn)行，而且能夠及時(shí)地報(bào)告出現(xiàn)的錯(cuò)誤及進(jìn)行出錯(cuò)原因分析。</p><p>　　2）簡(jiǎn)單易用的程序語(yǔ)言</p><p>　　用戶可以在命令窗口中將輸入語(yǔ)句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫(xiě)好一個(gè)較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序（M文件）后再一起運(yùn)行。

103、這種語(yǔ)言可移植性好、可拓展性極強(qiáng)，這也是MATLAB能夠深入到科學(xué)研究及工程計(jì)算各個(gè)領(lǐng)域的重要原因。</p><p>　　3）強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力</p><p>　　4）出色的圖形處理功能</p><p>　　MATLAB自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，高層次的作圖包括二維和三維的可視化、圖象處理、動(dòng)畫(huà)和表達(dá)式作圖。對(duì)一些特殊的可視化要求，例如圖形

104、對(duì)話等，MATLAB也有相應(yīng)的功能函數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。</p><p>　　4)應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱</p><p>　　MATLAB對(duì)許多專(zhuān)門(mén)的領(lǐng)域都開(kāi)發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊集和工具箱。一般來(lái)說(shuō)，它們都是由特定領(lǐng)域的專(zhuān)家開(kāi)發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學(xué)習(xí)、應(yīng)用和評(píng)估不同的方法而不需要自己編寫(xiě)代碼。</p><p>　　5)實(shí)用的程序接口和發(fā)布平臺(tái)<

105、;/p><p>　　MATLAB的一個(gè)重要特色就是具有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱(chēng)之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。工具箱是MATLAB函數(shù)的子程序庫(kù)，每一個(gè)工具箱都是為某一類(lèi)學(xué)科專(zhuān)業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號(hào)處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。</p><p>　　6)應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)（包括用戶界面）</p><p>　　在開(kāi)發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便

106、地控制多個(gè)文件和圖形窗口；在編程方面支持函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對(duì)性對(duì)起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向Excel和HDF5進(jìn)行連接。</p><p>　　MATLAB的優(yōu)勢(shì)還有很多，限于文章篇幅本文中不再繼續(xù)一一列舉。實(shí)驗(yàn)所需的是利用MATLAB的處理及分析功能完成對(duì)測(cè)量值的分析，并以此判斷缺陷的尺寸參數(shù)，這一過(guò)程的實(shí)現(xiàn)也較為容易。</p>

107、<p><b>　　4.2 程序編寫(xiě)</b></p><p>　　后期的數(shù)據(jù)分析及處理采用MATLAB進(jìn)行。此過(guò)程中主要針對(duì)各組數(shù)據(jù)進(jìn)行差分處理，觀察差分后的信號(hào)各自峰值的大小關(guān)系，從而判斷出脈沖電磁檢測(cè)對(duì)缺陷深度的檢測(cè)可行性。</p><p>　　由于濾波后數(shù)據(jù)的保存文件是依據(jù)缺陷深度大小命名，故在MATLAB中依次載入文件時(shí)，定義名稱(chēng)依次為x0、x2、x

108、4、x6、x8。定義與原始信號(hào)x0差分后的信號(hào)名稱(chēng)依次為x1、x3、x5、x7，各組差分信號(hào)的最大值名稱(chēng)依次為m12、m14、m16、m18。</p><p>　　則依據(jù)上述定義，編寫(xiě)的信號(hào)差分程序如下：</p><p>　　x12=x0-x2;</p><p>　　x14=x0-x4;</p><p>　　x16=x0-x6;</p&

109、gt;<p>　　x18=x0-x8;</p><p>　　x1=x12(1:500);</p><p>　　x3=x14(1:500);</p><p>　　x5=x16(1:500);</p><p>　　x7=x18(1:500);</p><p>　　plot(x1,'g');ho