專利名稱：三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鐵磁性材料的殘余應(yīng)力檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種高智慧型三維磁測殘余應(yīng)力的專家系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
鐵磁性材料在機(jī)械加工和熱加工的過程中都會(huì)產(chǎn)生不同的殘留應(yīng)力，殘留應(yīng)力的存在對(duì)材料的力學(xué)性能有著很大的影響，焊接件的制造和熱處理過程中尤為明顯，殘留應(yīng)力的存在一方面工件會(huì)降低強(qiáng)度，使工件在制造的過程中，產(chǎn)生變形和開裂等工藝缺陷，另一方面在制造后的自然釋放過程中，使材料的疲勞強(qiáng)度、應(yīng)力腐蝕等力學(xué)性能降低，從而造成使用中的諸多問題。為了對(duì)鐵磁性材料進(jìn)行殘留或載荷應(yīng)力檢測人們?cè)O(shè)計(jì)制造了應(yīng)力檢測裝置。現(xiàn)有的殘余應(yīng)力的磁性測定法是利用鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)進(jìn)行測的，在無應(yīng)力狀態(tài)下，鐵磁體可視為磁各向同性體；當(dāng)有應(yīng)力存在時(shí)，鐵磁體各個(gè)方向的磁導(dǎo)率是不同的，即產(chǎn)生了磁各向異性，磁導(dǎo)率是應(yīng)力狀態(tài)的函數(shù)。當(dāng)鐵磁性材料所受的應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，鐵磁性材料內(nèi)部的磁疇結(jié)構(gòu)及導(dǎo)磁率也要發(fā)生變化。因?qū)Т怕实南鄬?duì)變化量與應(yīng)力成正比,通過傳感器和一定的電路將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髁孔兓?yīng)力與電流的函數(shù)變化關(guān)系。在平面應(yīng)力狀態(tài)下，主應(yīng)力方向輸出的電流差和主應(yīng)力差有單值的線性關(guān)系，其表達(dá)式為:(I2-1j) = a ( ο f σ 2)其中，σ 1、σ 2分別為最大或最小主應(yīng)力，單位為Mpa ;]；:、I2分別為最大和最小主應(yīng)力方向電流輸出值，單位為mA ;a為靈敏系數(shù)，單位為mA/Mpa。因此使用渦流傳感器測出的電流值準(zhǔn)確精度對(duì)應(yīng)力計(jì)算值有很大影響?，F(xiàn)有的磁測儀主 要是以單片機(jī)控制為主，而測得的電流精度等級(jí)在mA級(jí)，存在測得的電流值精度不高，影響其應(yīng)力計(jì)算精度，其測得的應(yīng)力值誤差比較大等缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，提出一種三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其測試電流數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算的應(yīng)力精度得到了極大的提高。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其包括:探頭，其還包括與探頭電性連接的整流電橋、分別與整流電橋電性連接的振蕩器和放大及濾波電路；所述放大及濾波電路一端還與一數(shù)據(jù)采集卡通信連接，該數(shù)據(jù)采集卡還與一工控機(jī)通信連接。本實(shí)用新型中，所述探頭為兩個(gè)，該兩探頭包括一基準(zhǔn)探頭及一檢測探頭，該基準(zhǔn)探頭及檢測探頭分別與整流電橋電性連接。具體的，所述基準(zhǔn)探頭及檢測探頭均可以為一電渦流傳感器。進(jìn)一步地，所述整流電橋內(nèi)包括有兩個(gè)整流橋及分別與該兩整流橋電性連接的采樣電阻；所述基準(zhǔn)探頭及檢測探頭分別與一整流橋電性連接，該采樣電阻一端與放大及濾波電路電性連接。再者，所述振蕩器與整流電橋之間電性連接有一功率放大電器，該功率放大電器一端分別與兩整流橋電性連接。本實(shí)用新型中，所述振蕩器可以采用RC振蕩電路，所述功率放大電器采用BTL功率放大電路。更進(jìn)一步地，所述放大及濾波電路內(nèi)包括相互電性連接的一級(jí)共模輸入差動(dòng)放大電路和一級(jí)兩階有源低通濾波器，該共模輸入差動(dòng)放大電路一端與整流電橋電性連接，兩階有源低通濾波器一端與數(shù)據(jù)采集卡通信連接。本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集卡可以采用型號(hào)為PCI7901的32通道模擬信號(hào)采集卡。此外，本實(shí)用新型中的工控機(jī)采用intel雙核E2210 CPU ;同時(shí)，該工控機(jī)采用15寸的真彩色液晶屏。本實(shí)用新型的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其采用了數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)及PC工控機(jī)技術(shù)等，徹底的淘汰了落后的單片機(jī)控制磁測應(yīng)力技術(shù)，使其測試電流數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算的應(yīng)力精度大大提高；同時(shí)，其智能程度高，操作方便，只要輸入頻率，就可以知道測試多少層深的應(yīng)力值；反之，輸入測試深度，就可以找到現(xiàn)在使用的是多大頻率；此外，其采用Windows xp操作系統(tǒng)的工控機(jī)，圖形化界面，人機(jī)對(duì)話，動(dòng)態(tài)數(shù)字及儀表盤指針顯示數(shù)據(jù)，可保存及打印。

[0018]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實(shí)用新型三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)一種具體實(shí)施例的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其包括:探頭10、10’，其還包括與探頭10、10’電性連接的整流電橋20、分別與整流電橋20電性連接的振蕩器30和放大及濾波電路40 ;所述放大及濾波電路40 —端還與一數(shù)據(jù)采集卡50通信連接，該數(shù)據(jù)采集卡50還與一工控機(jī)60通信連接。本實(shí)用新型徹底淘汰了落后的單片機(jī)控制磁測應(yīng)力技術(shù)，通過采用數(shù)據(jù)采集卡技術(shù)、PC工控機(jī)技術(shù)及LabWindows/CVI軟件開發(fā)技術(shù)等，使得測試電流數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算的應(yīng)力精度得到極大的提高。本實(shí)用新型中，所述探頭為兩個(gè)10、10’，該兩探頭10、10’包括一基準(zhǔn)探頭10及一檢測探頭10’，該基準(zhǔn)探頭10及檢測探頭10’分別與整流電橋20電性連接。在本實(shí)用新型具體實(shí)施例中，所述基準(zhǔn)探頭10及檢測探頭10’均可以為一電渦流傳感器。該電渦流式傳感器是一種建立在渦流效應(yīng)原理上的傳感器，其可以實(shí)現(xiàn)非接觸地測量物體表面為金屬導(dǎo)體的多種物理量，其具有結(jié)構(gòu)簡單、頻率響應(yīng)寬、靈敏度高、測量范圍大、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是有非接觸測量的優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。為了能夠測量鐵磁材料構(gòu)件的應(yīng)力沿層深的分布狀況，電渦流傳感器的激勵(lì)信號(hào)由2 40000Hz (視被測材料而定)連續(xù)可調(diào)的正弦波振蕩器30輸出，再經(jīng)過放大及濾波電路40后同時(shí)去激勵(lì)基準(zhǔn)探頭10和檢測探頭10’，作為檢測探頭10’的電渦流傳感器的感應(yīng)輸出經(jīng)過信號(hào)采集和處理后送入數(shù)據(jù)采集卡50，把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，然后送入工控機(jī)60進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。進(jìn)一步地，所述整流電橋20內(nèi)包括有兩個(gè)整流橋及分別與該兩整流橋電性連接的采樣電阻(未圖示)；所述基準(zhǔn)探頭10及檢測探頭10’分別與一整流橋電性連接，該采樣電阻一端與放大及濾波電路40電性連接。為了提高輸出功率，本實(shí)用新型在所述振蕩器30與整流電橋20之間電性連接有一功率放大電器32，該功率放大電器32 —端分別與兩整流橋電性連接。在本實(shí)用新型具體實(shí)施例中，所述振蕩器30可以采用由電阻與電容所形成的調(diào)諧電路，即RC振蕩電路，該RC振蕩電路用于向電渦流傳感器提供連續(xù)可調(diào)的正弦波。所述功率放大電器32可以采用平衡橋式(BTL:Balanced Transformer Less)功率放大電路。更進(jìn)一步地，所述放大及濾波電路40內(nèi)包括相互電性連接的一級(jí)共模輸入差動(dòng)放大電路和一級(jí)兩階有源低通濾波器(未圖示)，該共模輸入差動(dòng)放大電路一端與整流電橋20電性連接，兩階有源低通濾波器一端與數(shù)據(jù)采集卡50通信連接。其中，所述有源低通濾波器可使輸出信號(hào)中的干擾小于lmV，從而大大提高了測量精度。在本實(shí)用新型具體實(shí)施例中，所述共模輸入差動(dòng)放大電路可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的高共模輸入差動(dòng)放大電路，其具有非常高的輸入共模電壓范圍，可以在高共模電壓情況下精確測量差分信號(hào)。本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)采集卡50可以采用型號(hào)為PCI7901的32通道高速、高精度的模擬信號(hào)采集卡，其徹底的淘汰了落后的單片機(jī)控制磁測應(yīng)力技術(shù)，使其測試電流數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算的應(yīng)力精度大大提·高。此外，本實(shí)用新型中的工控機(jī)60可以采用intel雙核E2210CPU，其主頻為
2.2GHz，具有IG的金士頓內(nèi)存條，500G大容量的硬盤。該工控機(jī)60內(nèi)部采用美國國家儀器(NI:National Instruments)公司的LabWindows/CVI軟件開發(fā)技術(shù)，其可以米用15寸的真彩色液晶屏作為軟件運(yùn)行界面。同時(shí)，其采用Windows xp操作系統(tǒng)，圖形化界面，人機(jī)對(duì)話，動(dòng)態(tài)數(shù)字及儀表盤指針顯示數(shù)據(jù)，可保存及打印。本實(shí)用新型的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)在測量前，首先在無應(yīng)力構(gòu)件上進(jìn)行校準(zhǔn)，即將基準(zhǔn)探頭10及檢測探頭10’都放在與被測構(gòu)件的材料相同性質(zhì)的無應(yīng)力構(gòu)件上，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻使橋路平衡，這時(shí)使其整流電橋20兩端的電壓為零。當(dāng)把檢測探頭10’移至被測構(gòu)件時(shí)，由于被測構(gòu)件受到應(yīng)力作用，被測構(gòu)件內(nèi)部的磁特性發(fā)生變化，使得檢測探頭10’的渦流阻抗發(fā)生變化，因而橋路失衡，橋路不平衡電流流過100Ω的采樣電阻并產(chǎn)生壓降，經(jīng)過放大及濾波電路40后，送到數(shù)據(jù)采集卡50進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，然后經(jīng)過計(jì)算機(jī)計(jì)算處理。其計(jì)算公式如下:1、根據(jù)趨膚效應(yīng)，改變激磁頻率可確定不同層深的殘余應(yīng)力加權(quán)平均值:
權(quán)利要求1.一種三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，包括探頭，其特征在于，還包括與探頭電性連接的整流電橋、分別與整流電橋電性連接的振蕩器和放大及濾波電路；所述放大及濾波電路一端還與一數(shù)據(jù)采集卡通信連接，該數(shù)據(jù)采集卡還與一工控機(jī)通信連接。
2.如權(quán)利要求1所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述探頭為兩個(gè)，該兩探頭包括一基準(zhǔn)探頭及一檢測探頭，該基準(zhǔn)探頭及檢測探頭分別與整流電橋電性連接。
3.如權(quán)利要求2所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述基準(zhǔn)探頭及檢測探頭均為一電渦流傳感器。
4.如權(quán)利要求2所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述整流電橋內(nèi)包括有兩個(gè)整流橋及分別與該兩整流橋電性連接的采樣電阻；所述基準(zhǔn)探頭及檢測探頭分別與一整流橋電性連接，該采樣電阻一端與放大及濾波電路電性連接。
5.如權(quán)利要求4所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述振蕩器與整流電橋之間電性連接有一功率放大電器，該功率放大電器一端分別與兩整流橋電性連接。
6.如權(quán)利要求5所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述振蕩器采用RC振蕩電路，所述功率放大電器采用BTL功率放大電路。
7.如權(quán)利要求1所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述放大及濾波電路內(nèi)包括相互電性連接的一級(jí)共模輸入差動(dòng)放大電路和一級(jí)兩階有源低通濾波器，該共模輸入差動(dòng)放大電路一端與整流電橋電性連接，兩階有源低通濾波器一端與數(shù)據(jù)采集卡通信連接。
8.如權(quán)利要求7所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集卡采用型號(hào)為PCI7901的32通道模擬信號(hào)采集卡。
9.如權(quán)利要求 1所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)采用intel雙核 E2210CPU。
10.如權(quán)利要求9所述的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其特征在于，所述工控機(jī)采用15寸的真彩色液晶屏。
專利摘要本實(shí)用新型涉及鐵磁性材料的殘余應(yīng)力檢測領(lǐng)域，具體公開了一種三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其包括探頭，還包括與探頭電性連接的整流電橋、分別與整流電橋電性連接的振蕩器和放大及濾波電路；所述放大及濾波電路一端還與一數(shù)據(jù)采集卡通信連接，該數(shù)據(jù)采集卡還與一工控機(jī)通信連接。本實(shí)用新型的三維磁測殘余應(yīng)力系統(tǒng)，其測試電流數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，計(jì)算的應(yīng)力精度得到了極大的提高。
文檔編號(hào)G01N27/72GK203117164SQ20132004569
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者蒲毅智 申請(qǐng)人:成都海訊科技實(shí)業(yè)有限公司