本發(fā)明涉及一種檢測(cè)裝置，尤其涉及一種電磁渦流無損探傷中探頭位置檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

無損檢測(cè)又稱無損探傷，日本稱“非破壞檢查”。它的重要地位是由其 可靠性、安全性與經(jīng)濟(jì)性所決定的?？煽啃允侵杆梢栽诓粨p壞工件完好的情況下100%地檢測(cè)，所以不會(huì)產(chǎn)生像破壞性取樣檢測(cè)方法所固有的漏檢問題。 安全性是指它能把隱藏在材料與結(jié)構(gòu)中的危害性缺陷檢測(cè)出來，因而它 的使用會(huì)使被檢工件能安全運(yùn)行。經(jīng)濟(jì)效益已是國(guó)內(nèi)外人所共知的事實(shí)。由于無損檢測(cè)技術(shù)的三大優(yōu)越性，近年來世界各國(guó)對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)的投資也是與日俱增，美國(guó)在70年代無損檢測(cè)設(shè)備的平均率就達(dá)10.5%，其中新設(shè)備增長(zhǎng)率高達(dá)21%以上。無損檢測(cè)技術(shù)本質(zhì)上屬于物理檢測(cè)范疇，近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，它成了以物理學(xué)為基礎(chǔ)，電子學(xué)、機(jī)械學(xué)乃至化學(xué)等學(xué)科作為手段的交叉性技術(shù)學(xué)科。

目前，在無損探傷探頭部分的定位方面主要有超聲波定位和光學(xué)成像定位。超聲波定位比較精準(zhǔn)，但是超聲波探傷要對(duì)被測(cè)零件的表面進(jìn)行處理（涂油或者打磨），這對(duì)零件來說本身就是一種磨損；光學(xué)成像定位的精準(zhǔn)度較高，但其設(shè)備較復(fù)雜。應(yīng)用電磁感應(yīng)來進(jìn)行探頭定位是另一種方法，在渦流探傷中利用該方法具有簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，軟硬件實(shí)現(xiàn)容易等特點(diǎn)。該方法可推廣應(yīng)用到其他需要實(shí)時(shí)檢測(cè)隨機(jī)移動(dòng)物體的平面定位系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了準(zhǔn)確定位電渦流無損探傷中的探頭位置，設(shè)計(jì)了一種電磁渦流無損探傷中探頭位置檢測(cè)裝置。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

電磁渦流無損探傷中探頭位置檢測(cè)裝置由探頭線圈和4個(gè)位置傳感器(線圈)、AGC放大電路、交流恒流源電路、精密整流電路等4個(gè)部分構(gòu)成。利用C8051F005單片機(jī)12位DAC產(chǎn)生峰峰值為2.4V、頻率為1kHz的正弦波作為交流恒流源電路的輸入信號(hào)，將探頭線圈作為交流恒流源的負(fù)載，則探頭在空間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，激勵(lì)4個(gè)位置傳感器(線圈)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，4個(gè)線圈分別經(jīng)過4路AGC放大電路和精密整流電路后，由C8051F005單片機(jī)的4路ADC進(jìn)行采樣得到電壓值，再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，算出探頭的具體坐標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

所述的AGC電路使用LM324，采用兩級(jí)放大，利用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行自動(dòng)增益控制。

所述的交流恒流源電路最主要的作用就是當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，能夠確保負(fù)載上的電流恒定。

所述的精密整流電路利用TLV2334芯片，采用差動(dòng)方式對(duì)輸入信號(hào)取峰峰值。

本發(fā)明的有益效果是：

該電磁渦流無損探傷中探頭位置檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利用電磁感應(yīng)來定位精準(zhǔn)度比較高，顯示范圍內(nèi)測(cè)量值與實(shí)際值之間的誤差在0.7mm以內(nèi)，如果想要進(jìn)一步提高定位的精度，則需要建立一個(gè)2048個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)表，理論的定位精度將達(dá)到0.08mm。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是AGC放大電路原理圖。

圖3是交流恒流源電路原理圖。

圖4是精密整流電路原理圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，磁渦流無損探傷中探頭位置檢測(cè)裝置由探頭線圈和4個(gè)位置傳感器(線圈)、AGC放大電路、交流恒流源電路、精密整流電路等4個(gè)部分構(gòu)成。利用C8051F005單片機(jī)12位DAC產(chǎn)生峰峰值為2.4V、頻率為1kHz的正弦波作為交流恒流源電路的輸入信號(hào)，將探頭線圈作為交流恒流源的負(fù)載，則探頭在空間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，激勵(lì)4個(gè)位置傳感器(線圈)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，4個(gè)線圈分別經(jīng)過4路AGC放大電路和精密整流電路后，由C8051F005單片機(jī)的4路ADC進(jìn)行采樣得到電壓值，再通過單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)運(yùn)算處理，算出探頭的具體坐標(biāo)位置，從而實(shí)現(xiàn)精確定位。

如圖2所示，由于激勵(lì)線圈(探頭)在周圍空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)隨距離迅速衰減，4個(gè)位置傳感器檢測(cè)到的信號(hào)變化范圍很大，可達(dá)到60dB(1000倍)以上。當(dāng)傳感器離激勵(lì)線圈很近時(shí)，信號(hào)很強(qiáng)；當(dāng)傳感器離激勵(lì)線圈較遠(yuǎn)時(shí)，信號(hào)很弱。為適應(yīng)這種大動(dòng)態(tài)范圍的信號(hào)處理，必須采用AGC(自動(dòng)增益控制)放大電路。AGC電路使用LM324，采用兩級(jí)放大，利用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行自動(dòng)增益控制。4個(gè)傳感器檢測(cè)到的電壓信號(hào)U與r之間近似滿足的關(guān)系可以由下式表示：

如圖3所示，交流恒流源電路的最主要的作用就是當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí)，能夠確保負(fù)載上的電流恒定。用漆包線繞制的探頭線圈和4個(gè)位置傳感器(線圈)均為1200匝，用電表直接測(cè)得每個(gè)線圈的電阻值約為50Ω，當(dāng)跳線帽jup4斷開，將C8051F005單片機(jī)12位DAC產(chǎn)生峰峰值為2.4V、頻率為1kHz的正弦波作為交流恒流源電路的輸入信號(hào)，用探頭線圈作為交流恒流源的負(fù)載時(shí)，可粗略計(jì)算出流過探頭線圈的電流恒定為I＝U_i/(R_６＋R_９)＝1.2mA，也就是說無論線圈阻抗是否改變，流過線圈上的電流峰值始終為1.2mA，因此確保了探頭線圈在空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)基本保持不變。

如圖4所示，為了測(cè)量4個(gè)傳感器電壓信號(hào)大小，需將放大后的交流信號(hào)變化為直流信號(hào)，供A/D轉(zhuǎn)換，直流信號(hào)的大小正比于交流信號(hào)的振幅。該精密整流電路利用TLV2334芯片，采用差動(dòng)方式對(duì)輸入信號(hào)取峰峰值，差動(dòng)部分的計(jì)算公式為。

U_ｏ＝0.5U_i＋(R_１/R_７＋1)＋U_ｉ－(R_１/R_３) (2)。

探頭位置檢測(cè)利用單片機(jī)C8051F005 實(shí)現(xiàn)，4個(gè)位置傳感器(線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)檢測(cè))固定在有機(jī)玻璃制成的框架上。框架尺寸為170mm×170mm，探頭的直徑為16mm。位置傳感器的幾何中心為原點(diǎn)。4個(gè)位置傳感器固定安裝在有機(jī)玻璃框架上，探頭幾何中心的位置坐標(biāo)為(x，y)，探頭幾何中心到4個(gè)位置傳感器幾何中心之間的距離分別為r_１、r_２、r_３ 、r_４。相鄰2個(gè)位置傳感器幾何中心之間的距離為a(默認(rèn)情況等于140mm)，則有：

r^２_１＝x^２＋y^２ (3)

r_２^２＝(a－x)^２ ＋y^２ (4)

r_３^２＝x^２ ＋(a－y)^２ (5)

r_４^２＝(a－x)^２ ＋(a－y)^２ (6)。

由這4個(gè)方程可求出渦流探頭的坐標(biāo)平均值為：

x＝(r_１^２＋r_３+－r_２^２－r_４^２＋２a^２)/４a (7)

y＝(r_１^２＋r_２^２－r_３^２－r_４+＋２a^２)/４a (8)。

從理論上分析，4個(gè)傳感器檢測(cè)到的電壓信號(hào)U 與r之間近似滿足的經(jīng)驗(yàn)公式(1)的關(guān)系，如果直接利用此公式反解出探頭到每個(gè)線圈之間的距離與電壓的關(guān)系公式近似為式(9)或式(10)：

r＝ 674k/(80U^1/3＋U^１/４) (9)

r＝ 591k/(70U^1/3＋U^１/４) (10)。

這樣對(duì)于單片機(jī)來說非常困難，因?yàn)閷⒐椒唇馍婕暗綆状畏礁捎谛枰ㄎ坏膮^(qū)域很小，因此，可以用查表的方法對(duì)問題進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得4個(gè)傳感器線圈經(jīng)過AGC電路再經(jīng)整流后的電壓輸出范圍為50～2430mV。由于電壓隨著距離并非是線性變化，因此應(yīng)該將距離進(jìn)行等分然后通過電壓來查表得出距離r，實(shí)際模型測(cè)量區(qū)域探頭與位置傳感器線圈圓心之間的距離范圍為2.7～16.7cm，將2.7～16.7cm等分成256份，也就是去256個(gè)位置點(diǎn)，每次采樣1個(gè)電壓對(duì)應(yīng)著256個(gè)點(diǎn)中的1個(gè)，最后將r代入式(7)、式(8)中即可求出探頭坐標(biāo)。