單片機系統(tǒng)在金屬表面裂紋深度定量標定中的應用

1、總第147期doi：103969／jissn1005—2798201111040單片機在金屬表面裂紋深度定量標定中的應用苗童玲(長治職業(yè)技術學院，山西長治046011)摘要：在闡述采用變頻掃描勵磁進行渦流定量檢測基礎上，重點介紹了系統(tǒng)組成、工作原理及單片機采樣處理方法及軟件設計。關鍵詞：渦流檢測i單片機；裂紋中圖分類號：Tl3交獻標識碼：B文章編號：10052798(2011)11009902裂紋是材料和產(chǎn)品中致命的缺陷，快速、準確地檢

2、測出裂紋并進行定量標定對于質量檢驗是非常有意義的。例如，在石油生產(chǎn)中，有桿泵的抽油桿是其重要機件之，由于抽油桿長期在不斷的往復運動，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，往往會導致抽油桿的斷裂造成極大的損失。防止具有表面橫向裂紋的桿下菏，是減抽油桿井下斷裂事故，減少經(jīng)濟損失的重要措施；再如，在鍋爐等壓力容器生產(chǎn)中，焊縫和板材內(nèi)部的裂紋將嚴重影響產(chǎn)品的質量，造成重的事故。而對于另一些特殊產(chǎn)品生產(chǎn)，不僅需要知道是否存在裂紋，而且要求知道裂紋的深度，以便確定加工

3、工藝。因此如何早期發(fā)現(xiàn)裂紋并確定裂紋的深度對于工程實際是非常有意義的。j系統(tǒng)組成及工作原理為了對裂紋進行標定，作者制作了實驗試件。該試件材料為rI’8，用切線機切割為不同深度的人工裂紋缺陷。系統(tǒng)的硬件組成框如圖1所示。系統(tǒng)工作時，渦流傳感器沿著試件表面移動，變頻掃描信號(激勵信號)在金屬表面產(chǎn)生變頻磁場和變頻渦流。由于不同頻率的磁場具有不同的趨膚深度。當試件上有裂紋時，感應線圈上就會相應出現(xiàn)裂紋信號，此信號經(jīng)過放大濾波、A／D轉換后送到

4、8031單片機進行數(shù)據(jù)處理，即可完成對裂紋深度的定量檢測。圖1系統(tǒng)硬件組成框由實驗可知，當激勵電壓為正弦信號時，裂紋信號是一個近似的正弦波，其峰峰值與裂紋深度有關?？梢栽O想；用峰峰值檢波器來檢測并保持這個峰峰值。因為峰峰值檢波器輸出的是一個直流電壓信號，該信號可直接進行模／數(shù)轉換。所轉換的信號由8031單片機采集并通過8031實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析、顯示及傳送。數(shù)字電路原理如圖2所示。圖2數(shù)字電路原理2單片機采樣處理方法數(shù)字處理系統(tǒng)中，選用8

5、155作LEp顯示器接口，8155的A口為段控口，以輸出8位字形代碼(段控線)。段控線的負載電流約為8mA。為了提高顯示亮度，通常加74LS244進行段控輸出驅動。C口為位控口，以Pc。、Pc、Pc輸出位控線。由于位控線的驅動電流較大，8段全亮時，約為40—60mA，因此，PC口輸出加了7416，以實現(xiàn)反相和提高驅動能力，然后再接各LED顯示器的位控端。程序存儲器選用27512，數(shù)據(jù)存儲器選用6264，譯碼器選用74Lsl38，地址鎖存

6、器選用74LS373。8031單片機經(jīng)過74LS373分離地址／數(shù)據(jù)總線，其中27512為32K片外程序存儲器，6264為數(shù)據(jù)存儲器，8031的P：口的高三位(P2，P：，P：)經(jīng)過138譯碼器，輸出Y。作為6264片選，Y作為ADC0809片選，Y作為8155片選，8155的A口(PAo，PAl，PA2，PA，PA4，PA，PA，PA)為段控口，以輸出8位字形代碼(段控線)。用74LS244進行段控輸出驅動。c口為位控口，以Pc。、P

7、c、Pc：輸出位控線，經(jīng)7416反相驅收稿日期：20110907作者簡介：苗童玲(1981一)，女，山西長治人，碩士，助教，主要從事電氣自動化方面的研究和教學工作。992011年l1月苗童玲：單片機在金屬表面裂紋深度定量標定中的應用第20卷第11期動后，分別控制三位LED顯示。8031采集A／D轉換數(shù)據(jù)，通過ADC0809的0通道輸入裂紋信號模擬量，經(jīng)A／D轉換，讀人單片機，經(jīng)過8031處理，裂紋信號電壓通過三位LED顯示出來。3軟件設

8、計為實現(xiàn)裂紋信號的傳送、處理及顯示，數(shù)字系統(tǒng)軟件設計應包括數(shù)椐處理模塊、中斷模塊、發(fā)送模塊、轉換模塊及顯示模塊。數(shù)字系統(tǒng)軟件框如圖3所示。l塑塑竺H!里堡H壟堂堂!H莖堡堡r1呈里l圖3數(shù)字系統(tǒng)軟件框數(shù)字系統(tǒng)軟件框圖包括數(shù)椐處理程序、中斷服務程序、發(fā)送程序、顯示程序以及十六進制轉換程序。數(shù)椐處理主要是進行A／D轉換，采用ADC0809芯片，ADC0809的轉換時間為128s，每隔128s一組數(shù)據(jù)轉換完成。為了使CPU在轉換時問期間可以完

9、成別的工作，本軟件采用了中斷方式。在程序執(zhí)行期間，如果INT1無效，程序繼續(xù)執(zhí)行，如果INT1有效，則在下一個機器周期，CPU檢測到中斷請求后，就會執(zhí)行中斷程序，保證了CPU在采集數(shù)據(jù)的過程中可以執(zhí)行數(shù)據(jù)發(fā)送、顯示及其它程序而不必等待，節(jié)省了程序完成時間。在中斷激活方式上，程序采用了邊沿激活方式，在相繼的2個周期中，對IT引腳進行連續(xù)2次采樣，若第一次采樣值為高，第二次為低，則定時器／計數(shù)器控制寄存器TCON中的中斷請求標志IE置1，以

10、請求中斷，保證了響應中斷的可靠性。程序執(zhí)行一次完成一次數(shù)據(jù)發(fā)送及數(shù)據(jù)顯示。因此，在主程序執(zhí)行過程中，要進行一次發(fā)送程序及顯示程序調(diào)用。為了能夠十進制顯示，需要將二進制轉化為十進制，這樣在顯示程序執(zhí)行過程中，首先要調(diào)用十六進制轉換程序。以便能夠十進制顯示。用仿真軟件Avsim51exe，Avsim51over，Avlibexe，Avlinkexe，Avmac51exe調(diào)試程序。首先進行文件編輯file，edit，其次進行編譯Assembl

11、e和連接Link，最后進行仿真Simulation。各部分基本功能得到完成，數(shù)據(jù)接收、發(fā)送、顯示正常。4結語從實驗結果可知，該系統(tǒng)可較好地實現(xiàn)對金屬表面裂紋深度的定量標定，對于工程實際是非常有意義的。參考文獻：[1]張八虎渦流探傷裝置[J]無損檢測，1996，5(18)：23—243O[2]任吉明渦流檢測技術近20年的進展[J]無損檢測，1998，20(5)：121—125[責任編輯：路方](上接第85頁)這些試驗可以發(fā)現(xiàn)GIS設備的多

12、種隱患。除此之外，還應該進行GIS設備的“老練”。“老練”是指在GIS總裝后正式耐壓前，施加作用時間大于耐壓時間，但電壓較低的電壓。這對于消除細小顆粒是非常有效的，經(jīng)過二次放電后即被消除，可使耐壓水平提高。曾經(jīng)有單位在耐壓前進行兩次“老練”，每次“老練”時間為10rain，結果不但順利通過耐壓試驗，而且?guī)ж摵蛇\行一年后未發(fā)生任何故障，運行情況良好。3)GIS設備的運行經(jīng)驗告訴我們，GIS設備最容易發(fā)生故障的時間是運行的第一年，即GIS設