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單片機在應力磁測裝置中的應用
作者：
時(shí)間：2012-11-06
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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目前，在國民經(jīng)濟許多領(lǐng)域中，各類(lèi)鋼結構材料的應用十分廣泛，如鋼板壓力容器、金屬框架及網(wǎng)架建筑物等。在這些鋼材結構的構件應用中，有時(shí)需要了解結構內部的應力狀態(tài)及分布情況，或者需要了解現場(chǎng)構件的殘余應力的大小。目前，對于鐵磁性材料應力的測定方法有許多種，磁測方法是一種較為簡(jiǎn)便而準確度較高的一種方法。它的測量基理是當鐵磁性材料所受的應力發(fā)生變化時(shí)，鐵磁性材料內部的磁疇結構及導磁率也要發(fā)生變化。這種方法還有一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)是它的無(wú)損性測量，這在工程實(shí)際應用中具有很高的實(shí)用價(jià)值。
1 測量系統的組成
1.1 系統框圖
測量系統的框圖如圖1所示，其各部分說(shuō)明如下：為了能夠測量鐵磁材料構件的應力沿層深的分布狀況，電渦流傳感器的激勵信號由80～1000 Hz（視被測材料而定）連續可調的正弦波振蕩器輸出，再經(jīng)過(guò)功率放大電路后同時(shí)去激勵基準探頭和檢測探頭，作為檢測探頭的電渦流傳感器的感應輸出經(jīng)過(guò)信號采集和處理電路后送入A/D轉換電路，把模擬量轉變成數字量，然后送入單片機系統進(jìn)行數據處理，處理結果可通過(guò)LED顯示器顯示。 
1.2 系統各部分電路組成
(1) 激勵信號產(chǎn)生電路
由于所用的交流激勵信號Ub頻率為80～1000Hz，頻率值較低，故可以選用RC振蕩電路。該振蕩電路是由一只雙運放LM747和外圍反饋網(wǎng)絡(luò )構成的一個(gè)頻率可調的單T選頻網(wǎng)絡(luò )正弦波振蕩器，另外，為了提高輸出功率，在正弦波振蕩器之后再接有一級功率放大電路。由于信號采集電路所需要的不是相對于公共地的輸入激勵電壓，而是懸浮式的輸入，因而功率放大電路采用BTL功放電路，該功率放大電路為單端輸入，雙端輸出。具體電路圖略。
(2)信號提取與處理電路
信號提取與處理電路如圖2和圖3所示。信號提取電路主要有渦流傳感器、整流橋和采樣電阻三部分。傳感器采用阻流圈式傳感器，一共有2只。在測量時(shí)1只作為基準探頭，另1只作為測試探頭。在測量前，首先在無(wú)應力構件上進(jìn)行校準，即將兩個(gè)傳感器都放在與被測構件的材料相同性質(zhì)的無(wú)應力構件上，調節WB使橋路平衡，這時(shí)AB兩端的電壓為零。當把測試探頭移至被測構件時(shí)，由于被測構件受到應力作用，被測構件內部的磁特性發(fā)生變化，使得測試探頭的渦流阻抗發(fā)生變化，因而橋路失衡，橋路不平衡電流流過(guò)100 Ω采樣電阻并產(chǎn)生壓降，這就是要提取的信號。由于橋路輸出的是浮地信號，因而會(huì )含有較大的共模干擾電壓。這將給有用信號的提取帶來(lái)較大的困難，因此在信號提取電路之后加一級信號處理電路。信號處理電路由一級高共模輸入差動(dòng)放大電路和一級兩階有源低通濾波器組成。對于高共模輸入差動(dòng)放大電路，要求其共模輸入電壓在±20 V范圍內，共模抑制比為85 dB以上，這樣就可以有效地抑制共摸干擾信號。然而，為了提高共模抑制比，選配電阻既麻煩又困難。為此，在高共摸輸入差放后再接一級二階電源低通濾波器?？墒馆敵鲂盘栔械母蓴_小于1 mV，從而大大提高了測量精度。
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