單片機(jī)在應(yīng)力磁測裝置中的應(yīng)用
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1 測量系統(tǒng)的組成
1.1 系統(tǒng)框圖
測量系統(tǒng)的框圖如圖1所示，其各部分說明如下：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信號由80～1000 Hz（視被測材料而定）連續(xù)可調(diào)的正弦波振蕩器輸出，再經(jīng)過功率放大電路后同時去激勵基準(zhǔn)探頭和檢測探頭，作為檢測探頭的電渦流傳感器的感應(yīng)輸出經(jīng)過信號采集和處理電路后送入A/D轉(zhuǎn)換電路，把模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，然后送入單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理結(jié)果可通過LED顯示器顯示。
(1) 激勵信號產(chǎn)生電路
由于所用的交流激勵信號Ub頻率為80～1000Hz，頻率值較低，故可以選用RC振蕩電路。該振蕩電路是由一只雙運(yùn)放LM747和外圍反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的一個頻率可調(diào)的單T選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩器，另外，為了提高輸出功率，在正弦波振蕩器之后再接有一級功率放大電路。由于信號采集電路所需要的不是相對于公共地的輸入激勵電壓，而是懸浮式的輸入，因而功率放大電路采用BTL功放電路，該功率放大電路為單端輸入，雙端輸出。具體電路圖略。
(2)信號提取與處理電路
信號提取與處理電路如圖2和圖3所示。信號提取電路主要有渦流傳感器、整流橋和采樣電阻三部分。傳感器采用阻流圈式傳感器，一共有2只。在測量時1只作為基準(zhǔn)探頭，另1只作為測試探頭。在測量前，首先在無應(yīng)力構(gòu)件上進(jìn)行校準(zhǔn)，即將兩個傳感器都放在與被測構(gòu)件的材料相同性質(zhì)的無應(yīng)力構(gòu)件上，調(diào)節(jié)WB使橋路平衡，這時AB兩端的電壓為零。當(dāng)把測試探頭移至被測構(gòu)件時，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，使得測試探頭的渦流阻抗發(fā)生變化，因而橋路失衡，橋路不平衡電流流過100 Ω采樣電阻并產(chǎn)生壓降，這就是要提取的信號。由于橋路輸出的是浮地信號，因而會含有較大的共模干擾電壓。這將給有用信號的提取帶來較大的困難，因此在信號提取電路之后加一級信號處理電路。信號處理電路由一級高共模輸入差動放大電路和一級兩階有源低通濾波器組成。對于高共模輸入差動放大電路，要求其共模輸入電壓在±20 V范圍內(nèi)，共模抑制比為85 dB以上，這樣就可以有效地抑制共摸干擾信號。然而，為了提高共模抑制比，選配電阻既麻煩又困難。為此，在高共摸輸入差放后再接一級二階電源低通濾波器。可使輸出信號中的干擾小于1 mV，從而大大提高了測量精度。
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