專利名稱：一種交流磁粉探傷磁化電流的峰值控制方法及其控制電路的制作方法
一種交流磁粉探傷磁化電流的峰值控制方法及其控制電路技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于磁粉探傷技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值 控制方法及其控制電路。
背景技術(shù)：
磁粉探傷作為我軍航空裝備修理的重要檢測(cè)手段，對(duì)提高航空裝備的修理質(zhì) 量，保障飛行安全起著至關(guān)重要的作用，它利用降壓裝置將工頻交流電轉(zhuǎn)換成低壓、大 電流的交流輸出，電流流過(guò)工件，產(chǎn)生磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的周向磁化，也可以通過(guò)線圈 實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的縱向磁化，用來(lái)檢查鐵磁性材料表面與近表面的缺陷，對(duì)于鋼鐵材料，在 進(jìn)行磁粉探傷時(shí)起作用的是磁化電流的峰值，而不是有效值或平均值。交流磁化降壓裝 置是交流磁粉探傷機(jī)的核心部分，為了控制降壓裝置的交流電斷電相位，常采用斷電相 位控制器使剩磁值能保持穩(wěn)定，但需注意的是，此時(shí)可控硅控制式降壓裝置輸出的磁化 電流將不是完整、規(guī)則的正弦波，也就是說(shuō)，通過(guò)被檢測(cè)零件的磁化電流的峰值與有效 值電流不再是《磁粉檢驗(yàn)HB/Z 72-98》要求的萬(wàn)倍關(guān)系，經(jīng)可控硅調(diào)節(jié)后的磁化電流 是斷續(xù)的交流電流，經(jīng)理論和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，上述倍數(shù)關(guān)系在λ/ 到4之間隨可控硅的控 制角、電流回路的功率因數(shù)而變化，而目前應(yīng)用的交流磁粉探傷機(jī)的斷相控制器無(wú)法做 到磁化電流峰值的定值控制，只能做到輸出電流的有效值或平均值無(wú)反饋或簡(jiǎn)單反饋的 粗略控制，在磁化工藝規(guī)范上要得到所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度，還是錯(cuò)誤地將磁化電流的峰值與 有效值按固定倍的關(guān)系來(lái)估算磁化電流峰值的大小，這就造成了實(shí)際產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度 與理論值不相等，相差太大；另外由于在斷相控制器上磁化電流峰值不能定值控制，負(fù) 載阻抗、網(wǎng)壓變化等均會(huì)影響到磁化電流，這些都大大不利于磁粉檢驗(yàn)質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種交流磁化電流峰值控制方法及其控制電 路，可用于降壓裝置的斷電相位控制器。
本發(fā)明所述的一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法，其特征為控制電路 通電后，通過(guò)電路測(cè)量出可控硅導(dǎo)通角Θ，利用已知的可控硅控制角α和測(cè)量的可控硅 導(dǎo)通角θ計(jì)算求得功率因數(shù)角Φ ；在通電的每個(gè)周波中，控制電路實(shí)時(shí)高速采樣電流傳 感器發(fā)回的電流瞬時(shí)值i，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與保存，當(dāng)一個(gè)周波結(jié)束，則將儲(chǔ)存的瞬時(shí)值 i進(jìn)行比較得到此周波的實(shí)際磁化電流峰值；根據(jù)求得的功率因數(shù)角Φ和已知可控硅控 制角α，當(dāng)前周波的實(shí)際磁化電流峰值，設(shè)置的所要求的磁化電流峰值4個(gè)已知條件， 計(jì)算得到下一周波的可控硅控制角α ，使后一周波實(shí)際磁化電流峰值與設(shè)置的磁化電流 峰值相等，磁化電流每周波調(diào)整一次，直到通電結(jié)束。
本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法的控制電路，所 述控制電路包括可控硅調(diào)壓裝置主電路、電網(wǎng)同步電路、主控電路和實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路，所述主控電路的一個(gè)端口和電網(wǎng)同步電路的輸出端口相連接，一個(gè)端 口和可控硅調(diào)壓裝置主電路相連，另兩個(gè)端口分別和實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路 相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明達(dá)到了如下技術(shù)效果。
1.磁粉探傷機(jī)采用上述控制方法及其控制電路，真正解決了磁化電流峰值的定 值控制，磁粉探傷時(shí)所需的磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小按磁化工藝規(guī)范采用交流電流的峰值電流來(lái) 計(jì)算，調(diào)整到預(yù)定的峰值電流將會(huì)得到與理論相符的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
2由于在斷電相位控制器上磁化電流峰值實(shí)現(xiàn)了定值控制，使負(fù)載阻抗、網(wǎng)壓變 化等都不會(huì)影響到磁化電流，從而大大提高了磁粉檢驗(yàn)質(zhì)量。
3.斷電相位控制器采用數(shù)字控制技術(shù)，使磁化電流恒流控制精度大大提高，當(dāng) 網(wǎng)壓在340V 420V變化時(shí)，按設(shè)置的有效值或峰值電流，其相應(yīng)的磁化電流變化波動(dòng) 小于士2%。
4.本發(fā)明對(duì)磁化電流(峰值或有效值)的監(jiān)控方式為恒流控制，所以當(dāng)二次回路 阻抗的變化，如用銅棒、零件、或與兩個(gè)夾頭的接觸電阻的變化，對(duì)磁化電流無(wú)影響。


圖1是本發(fā)明的控制方法流程圖2是本發(fā)明的主電路示意圖3是本發(fā)明的電網(wǎng)同步電路示意圖4是本發(fā)明的實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路示意圖5是本發(fā)明的主控電路示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法為控制電路通電后，通過(guò) 電路測(cè)量出可控硅導(dǎo)通角θ，利用已知的可控硅控制角α和測(cè)量的可控硅導(dǎo)通角θ計(jì)算 求得功率因數(shù)角Φ ；在通電的每個(gè)周波中，控制電路實(shí)時(shí)高速采樣電流傳感器發(fā)回的電 流瞬時(shí)值i，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與保存，當(dāng)一個(gè)周波結(jié)束，則將儲(chǔ)存的瞬時(shí)值i進(jìn)行比較得 到此周波的實(shí)際磁化電流峰值；根據(jù)求得的功率因數(shù)角Φ和已知可控硅控制角α，當(dāng)前 周波的實(shí)際磁化電流峰值，設(shè)置的所要求的磁化電流峰值4個(gè)已知條件，計(jì)算得到下一 周波的可控硅控制角α ，使后一周波實(shí)際磁化電流峰值與設(shè)置的磁化電流峰值相等，磁 化電流每周波調(diào)整一次，直到通電結(jié)束。
圖1是本發(fā)明的控制方法流程圖，該控制方法的具體步驟如下。
斷相控制器通電開始工作
第一步判斷腳踏開關(guān)四壓下否，如壓下，光電隔離器18導(dǎo)電，并輸出一低電 平到單片機(jī)19的管腳19上，表示開始啟動(dòng)，對(duì)零件進(jìn)行磁化操作。
第二步電網(wǎng)同步電路將與電網(wǎng)同步的方波信號(hào)輸入到主控電路中的高速單片 機(jī)19上，這個(gè)信號(hào)的下降沿會(huì)觸發(fā)intl中斷，程序則根據(jù)電網(wǎng)同步信號(hào)的每周波下降沿 是否到達(dá)來(lái)控制工作時(shí)序流程，若達(dá)到則以此作為當(dāng)前周波的時(shí)間零點(diǎn)來(lái)開始工作，若沒(méi)有到達(dá)，則繼續(xù)等待下降沿到達(dá)。
第三步單片機(jī)19按設(shè)定的可控硅控制角α，發(fā)出低電平信號(hào)到單片機(jī)23 上，引發(fā)單片機(jī)23的into中斷，單片機(jī)23發(fā)出脈沖信號(hào)，經(jīng)主控電路中的高速光電隔離 器對(duì)、25及觸發(fā)脈沖變壓器沈、27處理后，輸出到可控硅調(diào)壓裝置主電路中的單相可控 硅組件2上，觸發(fā)可控硅組件2導(dǎo)通，磁化電流流過(guò)待檢工件；
第四步磁化電流反饋與同步處理電路檢測(cè)是否有電流同步信號(hào)，若檢測(cè)到， 則開始運(yùn)行，否則繼續(xù)檢測(cè)等待電流同步信號(hào)；
第五步磁化電流反饋與同步處理電路開始運(yùn)行，將電流檢測(cè)信號(hào)和電流同步 方波信號(hào)輸入到主控電路中的用于恒流控制的高速單片機(jī)19上，輸入的電流同步方波信 號(hào)引發(fā)單片機(jī)19的低電平intO中斷，在此中斷過(guò)程中，啟動(dòng)高速單片機(jī)19中的timerO測(cè) 量出可控硅的導(dǎo)通角θ，同時(shí)單片機(jī)19對(duì)輸入的電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和保存，并 將保存的磁化電流瞬時(shí)值進(jìn)行最大值比較得出當(dāng)前周波的實(shí)際磁化電流峰值，然后通過(guò) 測(cè)得的導(dǎo)通角θ和設(shè)定的控制角α運(yùn)算得出當(dāng)前的功率因數(shù)角Φ ；
第六步單片機(jī)19利用已知控制角α、功率因數(shù)角Φ、當(dāng)前周波的實(shí)際磁化 電流峰值和設(shè)置的所要求磁化電流峰值四個(gè)已知條件計(jì)算得到下一周波的可控硅控制角 α 1 ；
第七步判斷當(dāng)前周波的通電時(shí)間是否達(dá)到，若沒(méi)有達(dá)到，則繼續(xù)運(yùn)行工作時(shí) 序流程，若已達(dá)到，則結(jié)束當(dāng)前周波的磁化電流峰值控制過(guò)程。
上述控制方法通過(guò)在斷電相位控制器中設(shè)置控制電路予以實(shí)現(xiàn)，所述控制電路 包括可控硅調(diào)壓裝置主電路、電網(wǎng)同步電路、主控電路和實(shí)際磁化電流反饋與同步處理 電路。所述主控電路的功能為專用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅組件 的驅(qū)動(dòng)；所述可控硅調(diào)壓裝置主電路的功能為利用調(diào)整可控硅控制角的大小來(lái)調(diào)節(jié)流過(guò) 工件的低壓、大電流，以產(chǎn)生磁場(chǎng)，使工件磁化，主控電路發(fā)出的脈沖信號(hào)輸出通過(guò)端 口 28輸出到可控硅調(diào)壓裝置主電路中的可控硅組件2上，使可控硅組件2導(dǎo)通；所述電 網(wǎng)同步電路的功能為產(chǎn)生完全與工頻信號(hào)同步的方波計(jì)數(shù)脈沖，同步信號(hào)出現(xiàn)時(shí)刻為網(wǎng) 壓零點(diǎn)，每半周出現(xiàn)一次，主要用于磁化電流通電時(shí)間計(jì)量的最小基準(zhǔn)時(shí)間單位和作為 延時(shí)觸發(fā)角α的參考點(diǎn)，電網(wǎng)同步電路的輸出端口 8與主控電路的端口 20連接，將與電 網(wǎng)同步的方波信號(hào)輸出到主控電路的端口 20;所述實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路的 功能為濾除由電流傳感器檢測(cè)出的實(shí)際磁化電流信號(hào)中的高頻雜波干擾，把電流信號(hào)處 理成一路適合于單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的模擬量，另一路輸出與磁化電流同步的方波TTL電平 信號(hào)，用于實(shí)際通電時(shí)間的測(cè)量，實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路的端口 12、16與主 控電路的端口 21、22相連，將電流檢測(cè)信號(hào)和電流同步信號(hào)輸入到主控電路。
圖2是本發(fā)明的主電路示意圖，單相交流380V如電網(wǎng)的A、B相線通過(guò)交流主 電源接口1為磁粉探傷機(jī)的降壓裝置提供電源，一對(duì)正反并聯(lián)的單相可控硅組件2串聯(lián)在 降壓變壓器的初級(jí)等效回路3中，通過(guò)對(duì)可控硅組件2的調(diào)相控制來(lái)平滑地調(diào)整降壓變壓 器的輸出電壓，也就調(diào)整了輸出的磁化電流的大小。
圖3是本發(fā)明的電網(wǎng)同步電路示意圖，電網(wǎng)的交流信號(hào)通過(guò)端口 4接入，信號(hào) 先進(jìn)入由運(yùn)算放大器5構(gòu)成的低通濾波器中，濾除掉電網(wǎng)中的高頻干擾信號(hào)，以保證控 制器的正常工作，輸出的信號(hào)再進(jìn)入電壓比較器6中，將交流信號(hào)的正弦波變成與電網(wǎng)6同步的方波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)與門電路7緩沖后通過(guò)輸出端口 8輸出到主控電路的端口 20。
圖4是本發(fā)明的實(shí)際磁化電流反饋/同步處理電路示意圖，電流傳感器9將實(shí)際 測(cè)得的磁化電流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成電流跟蹤信號(hào)后通過(guò)端口 10輸入由運(yùn)算放大器11構(gòu)成的低 通濾波器中，濾除掉檢測(cè)回路中的高頻干擾信號(hào)，濾波后的檢測(cè)電流信號(hào)分兩路，一路 通過(guò)二極管濾除掉電流信號(hào)的負(fù)半波后通過(guò)端口 12輸出到主控電路21端口中進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換，另一路通過(guò)運(yùn)算放大器13將電流信號(hào)放大，輸出到電壓比較器14中，將不規(guī)則的 電流信號(hào)變成數(shù)字電路能識(shí)別的方波信號(hào)，與門電路15用于與后續(xù)電路的緩沖，輸出端 口 16將與實(shí)際磁化電流同步的方波信號(hào)輸出到主控電路的端口 22中。
圖5是本發(fā)明的主控電路示意圖，主控電路的控制核心為單片機(jī)，該電路中包 括兩個(gè)單片機(jī)，專用于恒流峰值控制的高速單片機(jī)19和控制I/O接口的單片機(jī)23，腳踏 開關(guān)四通過(guò)端口 17并經(jīng)光電隔離器18接入到主控電路中，電網(wǎng)同步方波信號(hào)由端口 20 輸入到單片機(jī)19的管腳40上，這個(gè)信號(hào)的下降沿會(huì)觸發(fā)intl中斷，程序根據(jù)中斷信號(hào) 來(lái)控制工作時(shí)序流程；磁化電流的模擬量信號(hào)由端口 21接入到單片機(jī)19的管腳39上進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換，本控制器為10位A/D轉(zhuǎn)換，另一路電流的方波同步信號(hào)通過(guò)端口 22接入 到單片機(jī)19的管腳38上，同步信號(hào)的下降沿將印發(fā)單片機(jī)19的into中斷，引導(dǎo)程序檢 測(cè)磁化電流值和精確測(cè)量可控硅的導(dǎo)通角；由單片機(jī)23發(fā)出可控硅的兩路7khz、總脈寬 為2ms的高頻觸發(fā)脈沖串，觸發(fā)信號(hào)源與脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路之間用HP高速光電隔離器 24, 25光電隔離，以保證不失真?zhèn)鬟f觸發(fā)信號(hào)，隔離后的脈沖串信號(hào)由可控硅觸發(fā)脈沖 變壓器26、27輸出，最終的脈沖信號(hào)通過(guò)端口觀接到主電路中的可控硅組件2上，以驅(qū) 動(dòng)可控硅組件2的導(dǎo)通。
權(quán)利要求
1.一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法，其特征為控制電路通電后，通過(guò)電 路測(cè)量出可控硅導(dǎo)通角θ，利用已知的可控硅控制角α和測(cè)量的可控硅導(dǎo)通角θ計(jì)算求 得功率因數(shù)角Φ ；在通電的每個(gè)周波中，控制電路實(shí)時(shí)高速采樣電流傳感器發(fā)回的電流 瞬時(shí)值i，并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與保存，當(dāng)一個(gè)周波結(jié)束，則將儲(chǔ)存的瞬時(shí)值i進(jìn)行比較得到 此周波的實(shí)際磁化電流峰值；根據(jù)求得的功率因數(shù)角Φ和已知可控硅控制角α，當(dāng)前周 波的實(shí)際磁化電流峰值，設(shè)置的所要求的磁化電流峰值4個(gè)已知條件，計(jì)算得到下一周 波的可控硅控制角α ，使后一周波實(shí)際磁化電流峰值與設(shè)置的磁化電流峰值相等，磁化 電流每周波調(diào)整一次，直到通電結(jié)束。
2.如權(quán)利要求1所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 控制電路包括可控硅調(diào)壓裝置主電路、電網(wǎng)同步電路、主控電路和實(shí)際磁化電流反饋與 同步處理電路，所述主控電路的一個(gè)端口和電網(wǎng)同步電路的輸出端口相連接，一個(gè)端口 和可控硅調(diào)壓裝置主電路相連，另兩個(gè)端口分別和實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路相 連。
3.如權(quán)利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 電網(wǎng)同步電路的功能為產(chǎn)生完全與工頻信號(hào)同步的方波計(jì)數(shù)脈沖，電網(wǎng)的交流信號(hào)通過(guò) 端口(4)接入，信號(hào)先進(jìn)入由運(yùn)算放大器(5)構(gòu)成的低通濾波器中，濾除掉電網(wǎng)中的高頻 干擾信號(hào)，以保證控制器的正常工作，輸出的信號(hào)再進(jìn)入電壓比較器(6)中，將交流信 號(hào)的正弦波變成與電網(wǎng)同步的方波信號(hào)，這個(gè)信號(hào)通過(guò)與門電路(7)緩沖后通過(guò)輸出端 口(8)輸出到主控電路的端口(20)。
4.如權(quán)利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 實(shí)際磁化電流反饋與同步處理電路的功能為濾除由電流傳感器檢測(cè)出的實(shí)際磁化電流信 號(hào)中的高頻雜波干擾，把電流信號(hào)處理成一路適合于單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換的模擬量，另一路 輸出與磁化電流同步的方波TTL電平信號(hào)，用于實(shí)際通電時(shí)間的測(cè)量，電流傳感器(9) 將實(shí)際測(cè)得的磁化電流瞬時(shí)值轉(zhuǎn)換成電流跟蹤信號(hào)后通過(guò)端口(10)輸入由運(yùn)算放大器 (11)構(gòu)成的低通濾波器中，濾除掉檢測(cè)回路中的高頻干擾信號(hào)，濾波后的檢測(cè)電流信號(hào) 分兩路，一路通過(guò)二極管濾除掉電流信號(hào)的負(fù)半波后通過(guò)端口(12)輸出到主控電路(21) 端口中進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，另一路通過(guò)運(yùn)算放大器(13)將電流信號(hào)放大輸出到電壓比較器 (14)中，將不規(guī)則的電流信號(hào)變成數(shù)字電路能識(shí)別的方波信號(hào)。
5.如權(quán)利要求2所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制電路，其特征在于所述 主控電路的功能為專用于恒流峰值控制、控制器I/O接口控制和可控硅組件的驅(qū)動(dòng)，該 電路中包括專用于恒流峰值控制的高速單片機(jī)(19)和控制I/O接口的單片機(jī)(23)，腳踏 開關(guān)(29)通過(guò)端口(17)并經(jīng)光電隔離器(18)接入到主控電路中，電網(wǎng)同步方波信號(hào)由 端口 1(21)輸入到單片機(jī)(19)的管腳(40)上，這個(gè)信號(hào)的下降沿會(huì)觸發(fā)intl中斷，程 序根據(jù)中斷信號(hào)來(lái)控制工作時(shí)序流程；磁化電流的模擬量信號(hào)由端口(21)接入到單片機(jī) (19)的管腳(39)上進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，另一路電流的方波同步信號(hào)通過(guò)端口(22)接入到單 片機(jī)(19)的管腳(38)上，同步信號(hào)的下降沿將印發(fā)單片機(jī)(19)的into中斷，引導(dǎo)程序 檢測(cè)磁化電流值和精確測(cè)量可控硅的導(dǎo)通角；由單片機(jī)(23)發(fā)出可控硅的高頻觸發(fā)脈沖 串，觸發(fā)信號(hào)源與脈沖變壓器驅(qū)動(dòng)電路之間用電隔離器(24)、(25)光電隔離，隔離后的 脈沖串信號(hào)由可控硅觸發(fā)脈沖變壓器(26)、(27)輸出，最終的脈沖信號(hào)通過(guò)端口(28)接到主電路中的可控硅組件(2)上，以驅(qū)動(dòng)可控硅組件(2)的導(dǎo)通t
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法及其控制電路，可用于降壓裝置的斷電相位控制器，本發(fā)明所述的磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法為控制電路通電后，通過(guò)電路測(cè)量并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換與保存，計(jì)算得到下一周波的可控硅控制角α1，使后一周波實(shí)際磁化電流峰值與設(shè)置的磁化電流峰值相等，磁化電流每周波調(diào)整一次，直到通電結(jié)束；另外本發(fā)明還涉及一種執(zhí)行磁粉探傷交流磁化電流的峰值控制方法的控制電路。磁粉探傷機(jī)采用上述控制方法及其控制電路，真正解決了磁化電流峰值的定值控制，大大提高了磁粉檢驗(yàn)質(zhì)量。
文檔編號(hào)G01N27/84GK102023183SQ20091010278
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2009年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者梅文軍 申請(qǐng)人:貴州紅湖機(jī)械廠