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1、基于D S P 和单片机的涡流检测数据采集系统3 3 基于D S P 和单片机的涡流检测数据采集系统唐炜1 2，徐晓苏1(1 东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京2 1 0 0 9 6；2 江苏科技大学机械与动力工程学院，江苏镇江2 1 2 0 0 3)摘要：针对裂纹涡流检测中数据采集量大、实时性要求高的特点，设计了一种基于D S P 和单片机双C P U 架构的数据采集系统。D S P 负责数据采集、数字滤波与温度补偿等算法的实现，单片机负责菜单操作、人机与通信接口的管理，并采用双口R A M 进行双C P U 问的数据共享。处理后的数据通过单片机与上位机通信以实现数据的离线分析。该系统充分
2、发挥了D S P 运算能力强和单片机接口管理能力强的优点，在涡流检测领域中具有较好的应用前景。关键词：涡流检测；数据采集；数字信号处理器；单片机中图分类号：T P 2 7 4 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 8 8 2 9(2 0 0 8)0 8 0 0 3 3 0 4D a t aA c q u i s i t i o nS y s t e mf o rE d d yC u r r e n tT e s t i n gB a s e do nD S Pa n dM C UT A N GW e i l 一，X UX i a o S U l(1 S c h o o lo fI n s
3、t r u m e n tS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，S t l l e 鹪tU n i v e r s i t y，N a m i n g2 1 0 0 9 6，C h i n a；2 S c h o o lo fM e c h a n i c a la n dP o w e rE n g i n e e r i n g，J i a n g s uU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y，Z h e n j i a n g2 1 2 0 0 3，C h i M)A
4、 b s t r a c t：A c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fn u m e r o u sd a t aa n dh i s hr e a l-t i m ei nm e t a ls u r f a c ec r a c k st e s t i n gf i e l d，ad a t aa c q u i s i-t i o ns y s t e mb a s e do nD S Pa n dM C Ui sp r o p o s e d D S Pi su s e df o rt h ed a t aa
5、c q u i s i t i o n，d i g i t a lf i l t e ra n dt e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n，M C Ui si nc h a r g eo ft h em e n uo p e r a t i o n，h u m a n-m a c h i n ea n dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c em a n a g e m e n t，a n dad u a l p o r tR A Mi su s e df o rt h ed a t as h a r
6、i n gb e t w e e nt h et w op r o c e s s o r s T h ep r o c e s s e dd a t ac a nb ec o m m u n i c a t e dw i t haP Ct or e a l i z eo f f-l i n ed a t aa n a l y s i s T h i ss y s t e mi n h e r i t st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i s hc a l c u l a t i n ga b i l i t y，n i c ei n t e r
7、f a c ec o n t r o la b i l i t y，w h i c hh a sb e t t e ra p p l i c a t i o nf o r e g r o u n di nt h ef i e l do fe d d yc u r r e n tt e s t i n g K e yw o r d s：e d a yc u r r e n tt e s t i n g；d a t aa c q u i s i t i o n；D S P；M C U机械设备经过长时间运行后，其承力结构和关键零部件容易出现疲劳裂纹等缺陷，这将严重影响设备的正常运行，甚至会导致人身安
8、全事故。裂纹检测是机械工业中必须给予足够重视的问题之一，以确保裂纹在尚未构成威胁前能被有效地检测出来。涡流检测是近年来发展较快的一种无损检测技术，具有结构简单、非接触测量、灵敏度高、频率响应特性好、不受油污影响等优点，特别适用于金属构件表面疲劳裂纹和应力裂纹的榆测。长期以来，检测灵敏度和检测深度一直是常规涡流检测应用中需要进行权衡取舍的问题，如以方波等莺复脉冲代替正弦交变信号进行激励，则检出的脉冲涡流响应信号中必然包含有被测工件表面、近表面和表层一定深度范围内的质量信息，这较好地解决了常规涡流不能兼顾检测灵敏度和检测深度的矛盾。金属表面裂纹涡流检测中需要采集大量的数据进行分析运算，实时性要求高
9、，数据采集与处理任务繁重，且要求系统具有友好的人机交互功能。本系统采用基于双C P U 架构的数据采集方案，以高性能定点D S P 芯片T M S 3 2 0 V C 5 4 1 6 为主处理单元，以高速单片机W 7 7 E 5 8 为从处理单元，充分发挥D S P 数据处理能力强和单片机接口管理能力强、外围资源丰富的优点，使得两种C P U 各司其职，并实现功能互补。实践表明，系统具有精收稿日期：2 0 0 7 1 2 2 4作者简介：唐炜(1 9 7 3 一)，男，重庆市人，博士研究生，副教授，主要研究方向为智能测控技术；徐晓苏(1 9 6 1 一)，男，江苏苏州人，教授，博士生导师。研究
10、方向为测控技术与导航定位。度高、响应速度快、工作可靠等特点，取得了较好的应用效果。1系统构成表面裂纹涡流检测数据采集系统主要由D S P 模块、双口R A M 与单片机模块组成，如图1 所示。涡流传感器脉冲响应信号包含有金属表面裂纹缺陷、探头提离以及正常工件表面对脉冲激励的多种阻抗响应等信息，同时还有工频干扰和高频测量噪声。该脉冲涡流响应一般表现为微弱的毫伏级电压信号。D S P 模块负责完成脉冲响应信号的调理、采集以及数字滤波、温度补偿等数据处理算法的实现。D S P 与单片机之间采用双口R A M 实现数据共享与高速通信。单片机模块专用于键盘L C D人机接口和数据通信接口的管理，单片机可
11、将D S P 送来的数据进行实时显示，也可通过其串口或外扩U S B 接口与上位P C 机通信以实现数据的离线分析和管理。2 硬件设计2 1D S P 模块2 1 1 数据采集通道系统中的数据采集通道主要包括信号缓冲、放大、滤波和A D 转换及逻辑控制等环节。其中，缓冲仪用放大器A D 6 2 0 具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点以利于实现通道阻抗匹配。采用M A X 2 7 5 滤波器构成四阶B u t t e r w o r t h 带通滤波单元，其中心频率范围最高可达3 0 0k H z，具有通带内最大平坦度的幅频特 3 4 测控技术)2 0 0 8 年第2 7 卷第8 期脉冲涡流传感器
12、图1 系统结构框图性和合理的过度带衰减速率。程控增益放大器(P G A)由两片A D 5 2 6 级联构成，增益系数有1 6 种选择，最大为2 5 6，可根据需要由软件设定，以保证系统具有较大的动态测幢范围，并减小信号转换的镀化误差。A D 转换部分由1 6 位A D 芯片M A X l 9 5和高精度的基准电源M A X 6 2 4 1 组成，转换结果以串行格式输出。为实现温度补偿，采用一线式温度传感器D S l 8 8 2 0 来监测系统环境温度，精度为0 5。M A X l 9 5 是M a x i m 公司推出的1 6 位逐次逼近式A D 转换器，仅9 4“s 的转换时间，内置采样保持
13、电路，三态串行数据输出(高位在前)，且具有自校准能力。M A X l 9 5 有2 种转换传输方式：异步方式和同步方式口。本系统采用后者，即在1 6 位模数转换进行的过程中将转换好的上一位数据位输出。该转换方式可实现最大的转换传输速度，前一次转换结束后，下一次转换可紧跟着立即开始，实现不间断地连续转换。图2 为M A X l 9 5 的接口电路图。其中，A I N 为经过调理后的待采样模拟电压信号；D O U T 引脚输出A D 转换时的串行结果并送C P L D 转化为并行格式；E O C 为转换结束信号，低电平有效；片选信号c S 与串行时钟信号S C L K 接地；C L K 既作为转换
14、时钟又作为串行数据输出时钟，由6M H z 有源晶振经4 分频后产生。C O N V 来自于C P L D，为A D 转换启动信号，在它变为低电平后的时钟下降沿开始模数转换；C A L 是从C P L D 送来的M A X l 9 5校准信号，当它由低升高时，芯片启动一次校准。M A X 6 2 4 1 产生的基准电压为4 0 9 6V。坪Vu l+犁f A k，l O f t镰M A X 6 2 4 1A G N DU 2暂I币肚A G N D省t 而廿CS量s 当而厂I 而肚S 一0 1r a FS，一0 1 I t Fl55 奴A 产，l o QR、些2 卫，o k 五仰p F 下l 心
15、V D D DA n qV D D AR F FD O U TE O CD G N DC L KA G N DS C L KC O N VC SV S S AR E S E TV S S DB 厂L J D NI 一M A X l 9 5E O C9C O N V 1 一1 0C A L图2A D 转换接口电路2 1 2C P L D 功能设计本系统采用A l t e r a 公司的C P L D 芯片E P M 7 1 2 8 S 进行数字电路部分的设计，主要设定P G A 增益系数、产生A D 逻辑控制信号、串入并出的数据转换以及地址译码等功能。该芯片具有25 0 0 个可使用门阵列、1
16、2 8 个宏单元和1 0 0 个用户I O 接口线。这较好地解决了数据采集速度快、控制信号与状态信号复杂等问题，并增强了系统的可靠性。C P L D 逻辑功能的顶层设计采用原理图输入方式，而底层设计采用V H D L 编程，功能仿真基于M A X+p l u sI I1 0 2 环境下进行。经过编译后的代码(芯片硬件工艺文件)通过J T A G 下载电缆配置到C P L D 器件，其部分工作时序如图3 所示。c L K 几几r 几几r nr n 几几厂 门几几几A D 转换时钟信号s G 广-拍 广一A D 转换开始信号c o N V 厂。“厂一A D 转换有效启动信号E o c 厂。一。一D
17、 转换结束信号D O U T 卜D D B(D 廷西+一送c P L D 的A，D 转换串行输出数据转换开始转换结柬下次转换开始K 眯G。厂8 R c L K G 厂 几r 。nn 厂一第1 个移位脉冲第2 个移位脉冲第1 5 个移位脉冲第J 6 干-移位脉冲Q OQ 1Q 1 3 Q 1 4 Q 1 5D S P 读取的C P L D 并行数据图3C P L D 工作时序图)移位寄存器中的数据位变化c 趔 基于D S P 和单片机的涡流检测数据采集系统3 5 2 1 3D S P 基本系统D S P 选用公司的1 6 位定点芯片T M S 3 2 0 V C 5 4 1 6，它采用改进H a
18、 r v a r d 结构，具有高度的操作灵活性和快速的运行能力。D S P 在系统中的作用主要是实时读取C P L D 中的1 6 位并行A D 转换结果，再通过数字滤波、温度补偿等算法对数据进行处理，最后送双口R A M 供单片机访问。D S P 基本系统包括时钟、电源、电平转换、复位及监控和片外程序存储器等电路。T M S 3 2 0 V C 5 4 1 6 无片内F l a s h，系统采用1 2 8K B 1 6b i t sF l a s h 存储器A M 2 9 L V 2 0 0 B 存放用户程序，可直接使用D S P 仿真器在C C S开发环境下进行在线编程。该D S P 片
19、内R O M 中固化有n 公司的引导装载(B o o f l o a d e r)程序，用于上电复位时把程序从外部F l a s h 存储器引导到片内R A M 中运行，以提高程序执行效率。2 2 双口R A M由于系统采用了D S P 与单片机双C P U 结构，故它们之间的数据交换接口成为影响整个系统数据传输的重要环节。I D T 7 1 3 0 是lK B 8 位高速双口静态R A M，具有两套相互独立、完全对称的地址总线、数据总线和控制总线旧1。为防止两边总线同时对同一地址进行访问而导致数据混乱，该芯片内总线仲裁电路提供了B U S Y 和I N T 两种冲突解决方法。由于I D T
20、7 1 3 0 芯片将其片内O x 3 F E H 和0 x 3 F F H 单元用作通信“邮箱”，通过左、右两端口对上述丽单元的写、读操作，可使I N T 标志置1 或清0，故本系统利用I N T 标志进行总线仲裁，同时结合D S P 和单片机的中断机制，使主、从C P U 和双口R A M 进行通信时不需要插入等待周期，从而实现对双1 3R A M 的全速存取，以达到数据缓冲与高速通信的目的。双口R A M 的接口电路如图4 所示，其中不含D S P 侧3 3V 与5V 之间的电平转换部分，芯片G A L 2 0 V 8 用于地址译码以产生双口R A M 的片选信号。2 3 单片机模块单片
21、机系统基于W I N B O N D公司生产的高速芯片W 7 7 E 5 8 进行设计，包括电源及监控电路、时钟电路、译码电路、通信接口、液晶显示器和按键等，主要实现参数设定、实时数据显示、菜单操作以及与P c 通信等功能。2 3 1 人机接口设计本系统中，单片机的用途之一是实现键盘与L C D 的接口管理。键盘采用4 5 行列式结构，完成系统参数设定、菜单命令选择等操作。l E D 选用内嵌S E D l 3 3 5 控制器的图形点阵式液晶显示模块M S P G 3 2 0 2 4 0，它与单片机之间的接口采用电路简单的直接访问方式。本系统将键盘与l E D 结合起来采用菜单驱动的方式来控制
22、系统的运行，并实现系统工作状态及所采集数据的实时显示。该方法通用性强，界面友好。单片机程序目标代码和筮片机自建汉字库(由所需1 6 1 6 点阵汉字字模构成)均存放在片内F l a s h 存储器中。W RT N T 0P 2 4 P 2 71 U 1 2A 8-A 9 LD 0 D 7 RA o A 7 LA O-A 9 RB U S Y RO E RR 胍T RC E R+5 VU 1 3D 0 D 7A 0 A 9删翮A 2 0 A 2 2S T R BC 5 4 1 6D S P控制逻辑(G A L2 0 V 8)图4 双口R A M 接口电路2 3 2 通信接口设计为了能对双口R A
23、 M 中的实时数据进行外部存储或利用上位P C 机进行离线分析和管理，单片机模块扩展了U S B 和R S 4 8 5 通信接口，以发挥U S B 接口即插即用、快速传输的能力以及R S 4 8 5 远距离传输、抗干扰性能好的特点，实现两种通信机制优势互补。通信接口电路如图5 所示。其中，P D I U S B D l 2是P h i l i p s 公司生产的基于U S B1 1 协议规范的接口器件。单片机与P D I U S B D l 2 通过8 位并行总线连接(采用地址总线与数据总线复用的方式)，以实现U S B 数据的高速传输。同时，考虑到单片机与P c 机之间的通信距离、通信速率及
24、系统抗干扰能图5 通信接1 3 电路l l 兰兰一洲囵黑西舭阳。一酡U 一 3 6 测控技术)z o o s 年第2 7 卷第8 期力等要求，在此采用了具有平衡差动式传输特性的R S 4 8 5 串行接口标准。但单片机输A 输出信号是7 r I L 电平，故必须要转变成符合R S 4 8 5 标准的电平才能实现数据远传，该电平转换由1 1 公司S N 7 5 L B C l 8 4 芯片来实现。3软件设计系统采用了D S P 和单片机两种C P U，功能各不相同，需要完成数据采集、数字滤波、温度补偿、双口R A M 访问、人机交互及数据远程通信等众多任务，这就需要合理地规划系统软件总体结构及流
25、程。本系统采用模块化思想进行程序设计，主要包括采用单片机C 5 1 语言编写的人机接口与通信程序、采用C 5 4 1 6 汇编语言与c 语言混合编程的D S P 数据采集与数据处理程序以及采用V H D L 语言编写的C P L D 逻辑控制实现程序。图6 为D S P 程序总体流程图，其中数据采集的触发是通过D S P 片内定时中断来控制产生的。在此仅介绍D S P 数字滤波和温度补偿模块的设计思路。图6D S P 程序流程3 1 数字滤波有限冲击响应(F I R)滤波器的基本结构是一个分节的延时线，每一节的输出加权累加，得到滤波器的输出。其差分方程为一1Y(1|)=芝：(i)x(k i)i
26、 一=O式中，为滤波器的阶数；茹(k)、Y(k)为t=k T 时刻滤波器的输入、输出信号；髫(I c t)为延时了i 个取样周期的输入信号；h(i)为滤波器系数，可由M A T L A B 的滤波器设计工具箱F D AT o o l 获得。J 7 v 阶F I R 滤波器实现流程是：在D S P 数据存储器中开辟一个由J 7 r 个单元构成的数据缓冲区，并在主程序中完成滤波系数表构造、数据缓冲区清零等初始化工作；在中断服务程序中从C P L D 内读取A D 实时转换样本并送该数据缓冲区，使该缓冲区存放最新的个输入样本；然后再将滤波系数与数据缓冲区结合起来进行F I R 算法中的乘和累加计算；
27、最后即可实时输出滤波结果”J。图7 为D S P 通过带通滤波器前后的数据对比，曲线(a)为滤波前D S P 所采集数据，曲线(b)为D S P 滤波处理后的数据。其中，F I R 滤波器为5 0 阶，系数对称，线性相位，通带的下限、上限频率分别为2k H z 和2 0 0k H z，窗函数类型为H a m m i n g 窗。1 8 6 1 8魁馨1 8 6 1 7(a)滤波前D S P 所采集数据。耖呜”。vL 飞门，一hn M5 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 0采样点数(b)D S P 滤波处理后的数据图7F I R 滤波效果3 2 温度补偿研究温度对数据采集的影响规律，
28、建立系统静态温度模型并对由温度变化而引起的误差进行在线补偿，是提高系统稳定性和蘑复性精度的重要途径。本系统在多温度条件F 进行标定实验，并采用基于矩形域的乘积型最小二乘曲面拟合方法，以建立反映系统输入一输出一温度特性的静态模型用于温度补偿1。由于曲面拟合建模算法中涉及较复杂的计算，在此通过单片机串口将标定数据送给上位P c 机完成离线建模，而后再将温度模型参数写入对应D S P 程序，同时配合插值算法，在实际测量时由D S P 实现在线温度补偿。4 结束语在金属表面裂纹涡流检测系统中，采用基于双C P U 架构的数据采集方案，充分发挥了D S P 信号处理能力强和单片机接口管理能力强的优点，实
29、现了功能互补，提高了系统工作效率。在数据采集通道硬件设计中，采用P G A 和C P L D 结合的方案，扩大了系统的动态测龟范围，解决了数据采集速度快和逻辑控制复杂的问题。D S P 软件设计中采用数字滤波与在线温度补偿等算法，提高了系统的测试精度。上述数据采集系统的软硬件实现为下一步智能化裂纹涡流检测系统的设计，尤其是对所获取信号的深入分析与处理，如频谱分析、小波变换等，提供了可靠的平台。参考文献：1 T a iCC，Y a n gHC P u l s e de d d yc u r r e n tf o rd e e pm e t a ls u r f a c ec r a c ki n
30、 s p e c t i o n A R e v i e wo fP r o g r e s si nQ N D E，A I PC o n f e r e n c eP r o c e e d i n g s C 2 0 0 1-0 4 2 M A X I MC o r p M a x i mi n t e g r a t e dp r o d u c t s：M A X l 9 5d a t a8 h e e t z 1 9 9 8 3 李鹤岐，李春旭，等基于D S P M c u 实现焊接电源系统数字化控制的设计 J 焊接学报，2 0 0 5，2 6(3)：1 7 2 0 4 邹彦，唐冬，
31、等D S P 原理及应用 M 北京：电子工业出版社，2 0 0 5 5 唐炜。徐晓苏基于温度补偿的传感器建模方法及其应用研究 J 计量技术，2 0 0 7，(2)：6 4 6 8 口 基于DSP和单片机的涡流检测数据采集系统基于DSP和单片机的涡流检测数据采集系统作者：唐炜，徐晓苏，TANG Wei，XU Xiao-su作者单位：唐炜,TANG Wei(东南大学,仪器科学与工程学院,江苏,南京,210096;江苏科技大学,机械与动力工程学院,江苏,镇江,212003)，徐晓苏,XU Xiao-su(东南大学,仪器科学与工程学院,江苏,南京,210096)刊名：测控技术英文刊名：MEASUREM
32、ENT&CONTROL TECHNOLOGY年，卷(期)：2008，27(8)被引用次数：1次 参考文献(5条)参考文献(5条)1.Tai C C.Yang H C Pulsed eddy current for deep metal surface crack inspection 20012.MAXIM Corp Maxim integrated products:MAX195 data sheet 19983.李鹤岐.李春旭 基于DSP-MCU实现焊接电源系统数字化控制的设计期刊论文-焊接学报 2005(03)4.邹彦.唐冬 DSP原理及应用 20055.唐炜.徐晓苏 基于温度补偿的传感
33、器建模方法及其应用研究期刊论文-计量技术 2007(02)相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 徐晨曦 脉冲涡流检测实验系统的研制 2009 脉冲涡流检测技术是用一种新型无损检测技术，是涡流检测的一种新的应用领域。它是采用占有一定宽频带的脉冲信号作为激励信号，能够得到宽频带丰富的检测信息，因而具有潜在的应用优势，尤其是在多层金属结果中间层或次表面的定量检测和评估方面。该检测技术主要利用特征量和响应信号波形来对缺陷进行检测和定量分析。本文研制的脉冲涡流检测实验系统包含硬件和软件两部分设计。在脉冲涡流作用原理及其理论的基础上设计并实现了一套完整的硬件实验平台和软件分析平台。硬件部分包括
34、探头的设计；线圈驱动电路；信号调理电路；数据采集电路；待测试件的设计等。其中，激励信号通过单片机产生。通过对各种不同传感元件的比较后，探头采用霍尔元件作为它的检测传感器，软件部分包括利用Magnet有限元分析软件仿真探头工作时，在周围空间产生的磁场分布，为探头的设计提供参考依据。利用Matlab软件实现对采集信号的分析和处理，通过小波变换实现对信号的滤波与去噪，最终得到被测试件缺陷的一些特征量，如电压峰值和峰值时间等。利用VC+和Matlab 相结合，实现金属缺陷的实时检测。利用提取的特征量实现对金属缺陷的分类识别与定量检测；并通过大量的实验进行实验检测，实验分析结果和理论分析相一致，验证了本
35、文所采用方法的正确性和有效性。最后，对整个论文做了个总结，并对进一步工作提出了展望。2.学位论文 徐涛 基于阻抗分析法的电桥式涡流检测系统研究 2009 随着科学技术的进步，对测量技术的要求越来越高。电子测量技术的各个领域得到越来越广泛的应用，传统的电子测量仪器由于其功能单一，体积庞大，已经很难满足实际工作的需要。集成电路和计算机的迅猛发展使电子测量仪器逐渐向数字化、智能化方向发展，与传统仪器相比表现为：功能更强、处理速度更快、频带更宽、界面更友好、体积更小、可扩充性更好。微型计算机的普及程度和性能不断提高，使得基于PC平台的虚拟仪器系统应运而生。虚拟仪器可以充分利用计算机的运算、存储和显示功
36、能，因而在降低仪器成本的同时使仪器的灵活性和数据处理能力大大提高，可以更方便地组建测试系统，更好地满足多种测量要求。论文将涡流检测技术、数据采集技术与虚拟仪器技术有机结合起来，开发出了一套适用于在线检测的数字化涡流检测系统。涡流检测硬件电路主要包括激励源、交流电桥、前置放大、平衡、可调增益放大、相敏检波和滤波等模块。采用直接数字频率合成(DDS)技术设计的激励源，能产生频率幅值稳定、波形良好的激励信号，频率分辨率可达微赫兹级。为提高系统在线检测的性能，设计出了伺服跟踪的自动平衡电路，能够按设定的方式消除检测系统误差，实现快速自动平衡。电路的有效增益达到86dB。采用PCI9812数据采集卡以及
37、LabVIEW软件开发了上位机检测平台，用于涡流检测信号的采集、分析、处理与显示。涡流检测信号可以通过带状图和阻抗平面图的形式显示出来。涡流信号的数据采集可根据检测需要选择不同的触发源和触发模式。结合具体检测对象，研制了相应的涡流检测传感器，并对带有通孔缺陷的薄壁圆管进行了检测实验。实验结果表明，本系统具有较好的量化检测能力，较高的稳定性和可重复性。3.学位论文 孙栋 树脂基纳米复合材料微裂纹无损检测技术的研究 2006 近年来，纳米复合材料凭借其优良的性能，已经在很多领域得到了广泛应用。一些纳米材料具有较好的吸波性，能被用作飞机、雷达上关键部位的吸波材料。目前已有许多纳米材料制成的零部件在实
38、际工程中得到了应用，由于在使用过程中出现了裂纹，使得材料的性能在工程中无法得到保障，迫切需要合适的无损检测方法来进行无损检测，具有重要的意义。本文通过试验发现可以通过电磁涡流检测方法来进行纳米复合材料的检测，并进一步针对纳米复合材料的电磁特性，包括纳米材料的电磁性能、涡流检测的激励频率等一些参数进行探讨，得到了纳米材料电导率、磁导率与涡流检测的关系，并针对能否实现导磁不导电的纳米复合涡流检测进行了探讨，还与常规金属材料的涡流检测参数进行对比分析，并围绕纳米复合材料涡流检测原理的分析、裂纹检测、特征量的提取及裂纹信号识别等展开研究。论文首先阐述了电磁涡流检测的基本原理，并对影响涡流检测参数的一些
39、因素进行了详细的分析，包括材料的电磁特性、激励频率、材料缺陷等。针对树脂基纳米复合材料的电磁特性，通过实验来分析它的涡流检测参数，并结合电磁涡流检测的基本原理来进行纳米复合材料的涡流检测初步机理分析，最后进行了裂纹的涡流检测试验。此外，本文通过大量实验进行了检测参数之间的对比，与常规金属材料的电磁涡流检测比较。为了对裂纹信号进行分析，本文通过编写数据采集程序来获得裂纹数据，并借助mathworks公司提供的vb与matlab的接口对裂纹信号进行数据处理，最后利用小波技术对裂纹信号进行特征量提取，把获得的特征量作为模式识别的输入样本并进行模式识别。此外，为了保证较高的识别率，本文根据遗传算法和B
40、P算法各自的优缺点，利用遗传算法和BP算法的混合算法(GA-BP算法)进行裂纹信号的分类，并从三种算法的收敛速度方面进行了比较。结果表明，该算法能较好的识别裂纹。4.期刊论文 高永祥.GAO Yong-xiang 基于LabVIEW的虚拟脉冲涡流检测系统的设计-仪表技术2008,(9)利用LabVIEW软件平台所具有的强大功能,设计了虚拟脉冲涡流检测系统.其主要功能有:通过RS-232接口与单片机通讯的功能;基于研华PCI-1710数据采集卡的数据采集功能;检测信号波形的显示与存储功能;缺陷信号与参考信号的相减功能等.5.学位论文 秦宏权 涡流无损检测测试系统的研制 1997 涡流检测技术被广
41、泛应用于判断试件缺陷有无及其位置这一领域.当通有交流电流的检测线圈靠近被测试件(导电材料)时,被测试件上会产生涡流.涡流场能够影响激励线圈的阻抗,被测试件上的缺陷、线圈与被测试件的距离等因素都会引起涡流场的变化使激励线圈的阻抗进一步发生变化,从而引起测试探头的输出电压发生变化.通过检测探头线圈的激励和输出信号之间的变化并加以分析处理得到所需要的有关信息.该文介绍了一种适合于涡流检测的高速数据同步采集系统,用来同步快速采集探头在高频信号激励下的激励和响应,较好地解决了数据采集过程中数据采集所需要的高速度与数据传输、存储速度慢之间的矛盾;并采用先进的计算技术对采样结果进行分析、处理,得出被测试件的
42、有关信息.文中最后给出了梯状管材的测试结果.6.学位论文 刘春鑫 储罐底板腐蚀缺陷的低频涡流检测仿真与实验研究 2006 我国油田资源丰富，在各油田和石油加工企业建造的大型储罐担负着保存油气产品的重任。在不同地域构造的储罐所用材质多种多样，板厚也不相同，这为储罐的在役检验带来不便。长期各种腐蚀介质的作用，导致了储罐底板局部区域金属的流失，造成了各种腐蚀缺陷的出现，底板相对变薄，为其安全使用带来极大隐患。在这种情况下，对储罐底板腐蚀程度的研究摆上日程。本课题便是针对这一要求而来。本论文主要是研究储罐底板各种腐蚀缺陷与信号相位差之间的关系，采用有限元仿真和实验验证相结合的方法进行研究。论文首先叙述
43、了常见的几种无损检测技术，并进行了优缺点比较，确定涡流检测技术作为本课题对底板腐蚀缺陷检测的技术；接着介绍了涡流检测技术的原理、特点、应用、影响因素，给出本课题涡流传感器设计方案并对各部分作了说明；然后阐述了有关涡流的电磁场理论、有限元理论，并利用通用的有限元分析软件ANSYS对本课题要研究的各种缺陷及其相关状态进行了仿真研究，列出了系列仿真结果；再是从硬件方面规划了本课题涡流检测系统框架，设计并调试了各部分实验电路，针对可能出现的各种问题给出了相应解决方案；软件方面基于WindowsXP操作系统、LabVIEW开发环境，进行了本课题涡流检测系统数据采集及数据处理程序的开发；最后给出实验结果，
44、并与部分仿真结果进行了对比研究，充分显示了有限元分析在本课题研究中的可行性及重要意义。7.期刊论文 王东锋.陶盛.汪定江.WANG Dongfeng.TAO Sheng.WANG Dingjiang 用于脉冲涡流检测的变频信号源设计-新技术新工艺2009,(9)设计了用于脉冲涡流检测的变频信号源系统,其输出频率在1003 000 Hz内精确可调,主要用于210 mm深度的飞机内层结构缺陷的检测.系统采用单片机软件进行数字调频,从而省去了传统的专用调频电路,使软件代替了硬件,降低了硬件成本,简化了硬件结构.软件设计采用中断技术控制数据采集和A/D转换,避免了不必要的重复,提高了控制精度.Prot
45、eus仿真结果表明,系统设计正确、运行可靠.8.学位论文 龚翔 电涡流检测系统开发及正向问题研究 2008 作为无损检测领域的检测方法之一，电涡流检测技术具有成本较低、检测速度快以及非接触式测量等特点，在航空航天、制造及核工业方面有广泛的应用。本文结合国家自然科学基金项目，围绕新型电涡流检测实验系统关键子系统的研究与开发以及电涡流检测的正向问题进行了较为深入的研究，主要工作和创新点如下：1、研究了电涡流检测实验系统若干关键模块的实现和开发技术。设计了具有纹波小等优点的电源，实验表明其纹波在1mV之内；研究了探头信号平衡电路，以便充分利用后续放大电路的动态范围；采用对比分析方法，应用运放芯片加多
46、路开关的设计方案，完成了程控增益放大功能，从而大幅提高装置的自动化程度；研究并设计了锁定放大及相敏检测电路，去除中频干扰能力强，相敏检测结果误差小于2；为了充分利用采集卡的动态范围，设计了自动调零电路；使用MSP430作为控制核心，设计了控制器软件，实现了程控增益、自动调零、数据采集及串口通讯等功能。2、开发了基于LabView的电涡流检测上位机软件。该软件具有信号采集、显示及存储等基本功能。显示窗口可提供阻抗分析法中X分量、Y分量、相位图和幅值四种信息。采用5阶中值滤波技术，有效地抑制了高频干扰；应用文本格式进行数据文件的存储，实现了检测数据的有效共享。提出并对比分析了数字相敏检测方案，开发
47、了数字相敏检测软件，以实现硬件电路的简化。设计了串口通讯协议，该协议对命令帧和数据帧进行区分，且命令帧带和效验，实验验证了其可行性。3、设计了一种包含三个巨磁电阻(GMR)传感器的电涡流检测探头，分析并指出该检测探头在多层导电结构检测中的可行性及优点。通过缺陷检测对比实验，分析了GMR传感器和线圈式传感器的特性，证实线圈式传感器的输出电压与激励频率相关，而GMR传感器输出电压与激励频率无关，这表明GMR探头应用于多层结构深层缺陷电涡流检测可行性和优越性比较突出。4、推导并分析了多层导电结构的电涡流厚度检测阻抗变化模型，发现探头阻抗相角的变化几乎不受探头提离变化影响，并应用数值仿真和实验证实了该
48、特性的存在，在此基础上，提出了利用阻抗平面图分析相角消除提离干扰的方法。9.会议论文 郑超雄.方松利 大亚湾核电站堆芯中子通量测量指形套管在役检查实施与管理 2003 比较详细地描述了广东大亚湾核电站对堆芯测量系统中子通量指形套管实施在役检查的方法和策略.通过对涡流探头、检测频率的选择,标定样管的设计,数据采集、分析过程诸方面的描述,较为全面地总结了多频涡流检测技术运用于指形套管在役检查的技术特点.同时对指形套管典型磨损缺陷进行了初步分析,并在此基础上阐明了大亚湾核电站堆芯测量系统中子通量指形套管在役检查策略的合理性和科学性.10.学位论文 叶子郁 脉冲涡流检测系统的研究 2005 脉冲涡流检
49、测方法是涡流检测技术的一个新兴的分支，有着广泛的应用前景。该项技术可用于检测金属中的裂纹和腐蚀，也可测量涂层特性与厚度。但在目前，我国脉冲涡流检测技术的研究还处于起步阶段，因而具有较高的科研价值。本文以涡流检测技术理论为基础，系统地分析了脉冲涡流检测的基本理论。以此为理论基础，设计了一套脉冲涡流检测系统用于检测金属缺陷。同时，由于金属裂纹是最常见的金属缺陷之一，而裂纹深度是裂纹的重要属性。因此，本课题主要利用该系统完成了金属裂纹深度的检测。该脉冲涡流检测系统大致可分为硬件、软件等两个子系统。基于计算机的硬件系统由激励源、涡流传感器、数据采集卡、信号放大电路、计算机这五个主要部分组成；软件部分使用LabVIEW开发了虚拟脉冲涡流检测系统，实现了对整个硬件系统的控制、以及数据采集、数据处理、波形显示、数据存储等功能。并利用神经网络BP算法实现了对试验数据的拟合。试验结果揭示了金属裂纹深度和涡流峰值之间的关系，发现脉冲涡流检测方法是能够量化金属裂纹深度的有效方法。引证文献(1条)引证文献(1条)1.霍明.王振民.张栋.王志强 基于ARM控制的多功能数字化逆变焊接电源期刊论文-焊接技术 2009(2)本文链接：http:/