单片机在金属表面裂纹深度定量标定中的应用

总第147期DOI103969JISSN10052798201111040单片机在金属表面裂纹深度定量标定中的应用苗童玲长治职业技术学院，山西长治046011摘要在阐述采用变频扫描励磁进行涡流定量检测基础上，重点介绍了系统组成、工作原理及单片机采样处理方法及软件设计。关键词涡流检测I单片机；裂纹中图分类号TL3交献标识码B文章编号10052798201111009902裂纹是材料和产品中致命的缺陷，快速、准确地检测出裂纹并进行定量标定对于质量检验是非常有意义的。例如，在石油生产中，有杆泵的抽油杆是其重要机件之，由于抽油杆长期在不断的往复运动，容易产生疲劳裂纹，往往会导致抽油杆的断裂造成极大的损失。防止具有表面横向裂纹的杆下菏，是减抽油杆井下断裂事故，减少经济损失的重要措施；再如，在锅炉等压力容器生产中，焊缝和板材内部的裂纹将严重影响产品的质量，造成重的事故。而对于另一些特殊产品生产，不仅需要知道是否存在裂纹，而且要求知道裂纹的深度，以便确定加工工艺。因此如何早期发现裂纹并确定裂纹的深度对于工程实际是非常有意义的。J系统组成及工作原理为了对裂纹进行标定，作者制作了实验试件。该试件材料为RI8，用切线机切割为不同深度的人工裂纹缺陷。系统的硬件组成框如图1所示。系统工作时，涡流传感器沿着试件表面移动，变频扫描信号激励信号在金属表面产生变频磁场和变频涡流。由于不同频率的磁场具有不同的趋肤深度。当试件上有裂纹时，感应线圈上就会相应出现裂纹信号，此信号经过放大滤波、AD转换后送到8031单片机进行数据处理，即可完成对裂纹深度的定量检测。图1系统硬件组成框由实验可知，当激励电压为正弦信号时，裂纹信号是一个近似的正弦波，其峰峰值与裂纹深度有关。可以设想；用峰峰值检波器来检测并保持这个峰峰值。因为峰峰值检波器输出的是一个直流电压信号，该信号可直接进行模数转换。所转换的信号由8031单片机采集并通过8031实现对数据的分析、显示及传送。数字电路原理如图2所示。图2数字电路原理2单片机采样处理方法数字处理系统中，选用8155作LEP显示器接口，8155的A口为段控口，以输出8位字形代码段控线。段控线的负载电流约为8MA。为了提高显示亮度，通常加74LS244进行段控输出驱动。C口为位控口，以PC。、PC、PC输出位控线。由于位控线的驱动电流较大，8段全亮时，约为4060MA，因此，PC口输出加了7416，以实现反相和提高驱动能力，然后再接各LED显示器的位控端。程序存储器选用27512，数据存储器选用6264，译码器选用74LSL38，地址锁存器选用74LS373。8031单片机经过74LS373分离地址数据总线，其中27512为32K片外程序存储器，6264为数据存储器，8031的P口的高三位P2，P，P经过138译码器，输出Y。作为6264片选，Y作为ADC0809片选，Y作为8155片选，8155的A口PAO，PAL，PA2，PA，PA4，PA，PA，PA为段控口，以输出8位字形代码段控线。用74LS244进行段控输出驱动。C口为位控口，以PC。、PC、PC输出位控线，经7416反相驱收稿日期20110907作者简介苗童玲1981一，女，山西长治人，硕士，助教，主要从事电气自动化方面的研究和教学工作。992011年L1月苗童玲单片机在金属表面裂纹深度定量标定中的应用第20卷第11期动后，分别控制三位LED显示。8031采集AD转换数据，通过ADC0809的0通道输入裂纹信号模拟量，经AD转换，读人单片机，经过8031处理，裂纹信号电压通过三位LED显示出来。3软件设计为实现裂纹信号的传送、处理及显示，数字系统软件设计应包括数椐处理模块、中断模块、发送模块、转换模块及显示模块。数字系统软件框如图3所示。L塑塑竺H里堡H垄堂堂H茎堡堡R1呈里L图3数字系统软件框数字系统软件框图包括数椐处理程序、中断服务程序、发送程序、显示程序以及十六进制转换程序。数椐处理主要是进行AD转换，采用ADC0809芯片，ADC0809的转换时间为128S，每隔128S一组数据转换完成。为了使CPU在转换时问期间可以完成别的工作，本软件采用了中断方式。在程序执行期间，如果INT1无效，程序继续执行，如果INT1有效，则在下一个机器周期，CPU检测到中断请求后，就会执行中断程序，保证了CPU在采集数据的过程中可以执行数据发送、显示及其它程序而不必等待，节省了程序完成时间。在中断激活方式上，程序采用了边沿激活方式，在相继的2个周期中，对IT引脚进行连续2次采样，若第一次采样值为高，第二次为低，则定时器计数器控制寄存器TCON中的中断请求标志IE置1，以请求中断，保证了响应中断的可靠性。程序执行一次完成一次数据发送及数据显示。因此，在主程序执行过程中，要进行一次发送程序及显示程序调用。为了能够十进制显示，需要将二进制转化为十进制，这样在显示程序执行过程中，首先要调用十六进制转换程序。以便能够十进制显示。用仿真软件AVSIM51EXE，AVSIM51OVER，AVLIBEXE，AVLINKEXE，AVMAC51EXE调试程序。首先进行文件编辑FILE，EDIT，其次进行编译ASSEMBLE和连接LINK，最后进行仿真SIMULATION。各部分基本功能得到完成，数据接收、发送、显示正常。4结语从实验结果可知，该系统可较好地实现对金属表面裂纹深度的定量标定，对于工程实际是非常有意义的。参考文献1张八虎涡流探伤装置J无损检测，1996，51823243O2任吉明涡流检测技术近20年的进展J无损检测，1998，205121125责任编辑路方上接第85页这些试验可以发现GIS设备的多种隐患。除此之外，还应该进行GIS设备的“老练”。“老练”是指在GIS总装后正式耐压前，施加作用时间大于耐压时间，但电压较低的电压。这对于消除细小颗粒是非常有效的，经过二次放电后即被消除，可使耐压水平提高。曾经有单位在耐压前进行两次“老练”，每次“老练”时间为10RAIN，结果不但顺利通过耐压试验，而且带负荷运行一年后未发生任何故障，运行情况良好。3GIS设备的运行经验告诉我们，GIS设备最容易发生故障的时间是运行的第一年，即GIS设备的“婴儿期”。因此运行人员要加强管理，加强巡视100检查工作。综