一種基于PIC單片機(jī)的便攜式磁記憶檢測儀(06-100)

　　引言

　　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，有效評價應(yīng)力變形狀況，測定未來裂縫發(fā)展的位置、大小和方向，成為評價金屬零部件與構(gòu)件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和可靠性的一個重要依據(jù)。為了及時準(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)—金屬磁記憶檢測。本文采用PIC單片機(jī)，設(shè)計(jì)了高性價比的便攜式磁記憶檢測儀，具有低成本、低功耗和快速檢測等特點(diǎn)，可以滿足各種場合，特別是難以到達(dá)部位的應(yīng)力集中區(qū)檢測。
  
　　磁記憶檢測

　　鐵磁學(xué)研究表明，當(dāng)彈性應(yīng)力作用于鐵磁材料時，鐵磁體不但會產(chǎn)生彈性應(yīng)變，還會產(chǎn)生磁致伸縮性質(zhì)的應(yīng)變，改變其自發(fā)磁化的方向，這就是磁彈性效應(yīng)。根據(jù)“實(shí)際存在的狀態(tài)必定是能量最小的狀態(tài)”原則，由于磁機(jī)械效應(yīng)的作用引起工件內(nèi)部的磁疇重新取向排列，以增加磁彈性能的形式來抵消應(yīng)力能的增加，結(jié)果在鐵磁工件內(nèi)部產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度將高于地球磁場強(qiáng)度，在應(yīng)力集中區(qū)，形成類似缺陷的漏磁場分布形式，磁場的切向分量Hp(x)為最大值，而法向分量Hp(y)在應(yīng)力集中線兩側(cè)符號發(fā)生變化，應(yīng)力集中線處有過零點(diǎn)。磁記憶檢測技術(shù)，是基于磁記憶效應(yīng)原理的全新無損檢測方式。磁記憶檢測技術(shù)在地磁環(huán)境下，通過對鐵磁材料所制成的工件表面散射磁場法向分量Hp(y)的測量，確定工件應(yīng)力集中區(qū)域，從而有效預(yù)測缺陷發(fā)生的區(qū)域。
  
　　磁記憶檢測儀的硬件設(shè)計(jì)

　　便攜式磁記憶檢測儀主要由傳感器、單片機(jī)、運(yùn)算放大器、LCD顯示器和相應(yīng)軟件組成(見圖1)。

　　便攜式磁記憶檢測儀以單片機(jī)PIC16LF873A為核心，用HMC1052兩軸磁阻傳感器檢測法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，經(jīng)過信號放大后，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。為檢測方便，設(shè)置了兩個檢測通道，作為應(yīng)力集中線Hp(y)符號比較的依據(jù)。置位/復(fù)位電路對磁阻傳感器施加置位/復(fù)位電流，避免地球磁場對測量結(jié)果影響。

　　單片機(jī)采用PIC16LF873A，它有4KB FLASH 存儲器，192字節(jié)RAM、128字節(jié)EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器等，幾乎不需要外圍擴(kuò)展電路就可以直接使用。RA口設(shè)置成A/D轉(zhuǎn)換功能，用于處理雙通道磁阻傳感器信號。RB口的中斷功能用于鍵盤處理，設(shè)有校驗(yàn)、置位/復(fù)位、通道1、通道2和ON/OFF5個功能鍵。RC口中的六個引腳，用于LCD顯示器控制。采用兩個SMS0801B兩線制串行LCD顯示器，電源由單片機(jī)RC口的一個引腳供電，這樣便于對LCD顯示器控制，降低系統(tǒng)功耗。顯示器可以顯示每個通道的磁場強(qiáng)度(單位是Gs)、鍵盤信息、電池電壓低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。