Co基非晶丝钢板裂纹检测仪的研制制造技术

本发明专利技术涉及一种钢板裂纹检测的装置，具体涉及一种基于新材料Co基非晶丝探头来测量钢板表面裂纹漏磁场，实现裂纹检测的装置。该装置包括电磁铁(1)、Co基非晶丝(2)、双绕组线圈(3)、主控电路板(4)、多谐振荡电路(5)、信号放大电路(6)、信号处理电路(7)、触摸显示屏接口(8)、触摸显示屏(9)、电源电路(10)、12V锂电池(11)。漏磁检测探头由Co非晶丝(2)和差动结构连接的双绕组线圈(3)共同组成，这种新型探头利用非晶丝的巨磁阻抗效应，可检测微小裂纹形成的漏磁场，并将检测信号由STM32处理器进行处理，最终将裂纹深度显示在LCD屏上。本发明专利技术可提高钢板裂纹检测的精确度和灵敏度，尤其适用于细微裂纹的检测。

Development of crack detector for Co based amorphous wire steel plate

The invention relates to a steel plate crack detecting device, in particular to a device for measuring the magnetic leakage field of a steel plate surface crack based on a new material Co based amorphous wire probe. The device comprises an electromagnet (1), Co (2) amorphous wire, double winding coil (3), the main control circuit board (4), multivibrator circuit (5), a signal amplifying circuit (6), a signal processing circuit (7), touch screen, touch screen interface (8) (9), the power supply circuit (10), 12V (11) lithium battery. The magnetic flux leakage probe by Co amorphous wire (2) double winding coil connection and differential structure (3) together, this new type of probe using giant magneto impedance effect in amorphous wire, magnetic flux leakage testing of micro crack can be formed, and the detection signal by the STM32 processor, will eventually be displayed on the crack depth LCD screen. The invention can improve the precision and sensitivity of steel plate crack detection, and is especially suitable for detecting small cracks.

【技术实现步骤摘要】
Co基非晶丝钢板裂纹检测仪的研制
本专利技术涉及一种钢板裂纹检测的装置，具体涉及一种基于新材料Co基非晶丝探头来测量钢板表面裂纹漏磁场，从而实现裂纹检测的装置。
技术介绍
随着我国工业化进程不断向前发展，每年的钢板产量也日益剧增。但是，由于生产设备老化等原因，生产出的钢板表面经常存在裂纹，这对钢板的质量产生极大的负面影响。现阶段，检测钢板表面裂纹的方法主要有超声探伤法，射线探伤法，涡流探伤法，渗透探伤法等技术。上述方法存在检测设备庞大、反应不灵敏、不能随身携带等缺点，无法满足实际生产的需求，所以亟待一种能够高精度探测钢板表面裂纹设备的出现。近年来，漏磁探伤技术作为一种新兴的技术取得了巨大的进展。该技术的基本原理是：对被检测的磁性材料进行局部励磁，当磁性材料表面有裂纹时，会在磁性材料表面的裂纹附近形成漏磁场。漏磁信号强度随裂纹深度的不同而变化，通过检测漏磁场的强度，便可完成对磁性材料裂纹深度的检测。Co基非晶丝是一种新型材料，具有巨磁阻抗效应(GMI)。巨磁阻抗效应是指磁性材料的交流阻抗随着外加直流磁场的变化而发生显著变化的效应。由于巨磁阻抗效应具有灵敏度高、反应快和稳定性好等特点，所以其在传感器技术和磁记录技术中具有巨大的应用潜能，特别是在研制灵敏度高、稳定性好、低功耗、微型化的磁敏传感器领域。本专利技术利用Co68Fe4.5Si15B12.5非晶丝这种新型材料，采用漏磁检测技术，基于STM32微处理系统，研制了一款非晶丝钢板裂纹检测仪。该仪器具有体积小，便于携带，反应灵敏等特点，可实现对于钢板表面裂纹的准确探测。
技术实现思路
本专利技术主要提供了一种基于新材料Co基非晶丝探头来测量钢板表面裂纹漏磁场强度，实现裂纹检测的装置，且具有很高的精确度和灵敏度，克服了现有技术所存在的主要问题。本钢板裂纹检测装置由电磁铁、基于Co基非晶丝巨磁阻抗效应的双绕组合探头、多谐振荡电路、信号放大电路、信号处理电路、触摸显示屏和电源部分组成。电磁铁用于对被测钢板试件进行励磁。基于Co基非晶丝巨磁阻抗效应的漏磁检测探头，采用的是双绕组合探头结构，利用非晶丝与0.035mm的漆包线缠绕而成。多谐振荡电路可以周而复始地在线圈中产生交变电流，把双绕组合探头与多谐振荡电路相连接。当漏磁场强度变化时，由于Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，多谐振荡电路的交流阻抗对外界磁场的变化相当敏感，进而使多谐振荡电路的周期发生明显的变化。信号放大电路运用OPA658P(简称“OPA”)高性能运放芯片，主要对多谐振荡电路输出的较小幅值的信号波形进行放大。信号处理电路主要以STM32F103ZET6(简称“STM32”)微处理器为核心而构建。STM32首先利用定时器TIM3和TIM5的外部时钟源输入功能对输入进来的信号进行处理，计算出信号波频率数值，利用预设方程公式计算出相应的裂纹深度。采用ATK-4.3TFTLCD电容触摸屏，实现触摸、显示功能。利用STM32上的可变静态存储控制器(FSMC)，可以直接对触摸显示屏中的NT35510驱动芯片进行读写操作，以达到对屏幕显示、控制的效果。电源电路主要由LM2576和AMS1117组成。电源电压为12V，由LM2576降至5V，再通过AMS1117降压并稳定在3.3V，从而为各部分提供合适的工作电压。本钢板裂纹检测仪主要具备以下有益特点：1.利用新型材料Co基非晶丝的巨磁阻抗效应，可以探测微弱的磁场，以提高检测的精确度和灵敏度。2.探头结构采用双绕组合探头结构。利用这种结构，可以有效的减弱周围环境以及电流热效应对探头所造成的干扰。3.采用处理速度极快STM32微处理器，有效的避免了由于处理速度慢导致的探测数据丢失，而造成最终探测结果精度低的问题。4.整个装置的体积较小，便于携带，使得检测人员对所生产钢板的任意地方进行检测，使检测过程更加方便灵活。附图说明图1是钢板裂纹检测仪的整体结构图。图2是钢板裂纹检测仪的完整的工作流程图。图3是双绕组合线圈的末端与多谐振荡电路相连接的示意图。图4是信号放大电路原理图。图5是裂纹距离和电路频率的曲线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的和优点更加清楚明白，下面结合附图及具体实施实例加以详细说明。以下实例仅用于让他人更好的认识本专利技术，并不用于限定本专利技术。钢板裂纹检测仪的整体结构如图1所示。包括电磁铁(1)、Co基非晶丝(2)、双绕组线圈(3)、主控电路板(4)多谐振荡电路(5)、信号放大电路(6)、信号处理电路(7)、触摸显示屏接口(8)、触摸显示屏(9)、电源电路(10)、12V锂电池(11)。该款检测仪中电磁铁(1)的组成：在铁芯上共缠有3层线圈，每层含300砸直径为0.15mm的漆包铜线，构成电磁铁。再用12V锂电池(11)为电磁铁(1)供电，该电磁铁可以长时间工作。电磁铁(1)主要用于对被检测的钢板进行励磁。漏磁检测探头由Co基非晶丝(2)和差动结构连接的双绕组线圈(3)共同组成，将探头固定在电磁铁(1)下表面的中间位置，并将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与主控电路板(4)的信号输入端连接。主控电路板由电源电路(10)接多谐振荡电路(5)，多谐振荡电路(5)接放大电路(6)，放大电路(6)接STM32信号处理电路(7)构成。触摸显示屏(9)通过显示屏接口(8)与主控电路板(4)的显示输出端连接。最后将12V锂电池(11)与主控电路板(4)的电源输入端连接。该款钢板裂纹检测仪的完整工作流程如图2所示，其具体工作过程如下：将电磁铁(1)与被测钢板试件紧贴进行励磁，如果钢板表面平滑没有裂纹，则磁感线将从钢板内部通过；如果钢板存在裂纹，磁感线会绕过裂裂纹从钢板表面通过，出现漏磁现象。而产生的漏磁场强度和钢板的裂纹深度成正相关。将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与多谐振荡电路(5)相连接，如图3的1部分。多谐振荡电路(5)，如图3的2部分，用于检测敏感元件Co基非晶丝是否处于漏磁场中。多谐振荡电路的电流周期由两部分组成，前一周期Q1导通Q2截止，所以L1中的电流增加到达到最大，L2中的电流减为零，下一周期，Q2导通Q1截止，变化与前一周期相反，周而复始在线圈中产生交变的电流，此时当外磁场变化时，由于Co基非晶丝的GMI效应，使得多谐振荡电路的交流阻抗对外磁场强度的变化相当敏感，进而导致振荡电路(5)中的电流周期发生变化。最后把振荡电路输出信号接至放大电路进行处理。放大电路(6)部分用于解决多谐振荡电路(5)输出波形幅值过小的问题，该放大电路(6)的具体结构如图4所示。运用OPA高性能运放芯片，将得到的微弱信号输入U1号OPA，通过R1调节OPA的参考电压从而进行放大，但经实验得出的信号并未放大到理想效果，因此通过U2号OPA进行再次放大，经过C1、C2、C3的滤波后，可以得到较为理想的方波信号。信号处理电路(7)部分主要通过STM32微处理器的软件设计实现。STM32接收到放大电路(6)传输的信号时，首先利用定时器TIM3和TIM5的外部时钟源输入功能对输入进来的信号进行处理，计算出信号波频率数值，进一步计算出相应的裂纹深度d，并将数值发送到触摸显示屏(9)。若检测到的裂纹深度超过用户设定值，则设备报警，否则处于待机状态。触摸显示屏(9)界面下方将显本文档来自技高网...

【技术保护点】
Co基非晶丝钢板裂纹检测仪，其特征是由电磁铁(1)、Co基非晶丝(2)、双绕组线圈(3)、主控电路板(4)、多谐振荡电路(5)、信号放大电路(6)、信号处理电路(7)、触摸显示屏接口(8)、触摸显示屏(9)、电源电路(10)、12V锂电池(11)组成；漏磁检测探头由Co基非晶丝(2)和差动结构连接的双绕组线圈(3)共同组成，将探头固定在电磁铁(1)下表面的中间位置，并将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与主控电路板(4)的信号输入端连接；主控电路板由电源电路(10)接多谐振荡电路(5)，多谐振荡电路(5)接放大电路(6)，放大电路(6)接STM32信号处理电路(7)构成，触摸显示屏(9)通过显示屏接口(8)与主控电路板(4)的显示输出端连接，最后将12V锂电池(11)与主控电路板(4)的电源输入端连接。

【技术特征摘要】
1.Co基非晶丝钢板裂纹检测仪，其特征是由电磁铁(1)、Co基非晶丝(2)、双绕组线圈(3)、主控电路板(4)、多谐振荡电路(5)、信号放大电路(6)、信号处理电路(7)、触摸显示屏接口(8)、触摸显示屏(9)、电源电路(10)、12V锂电池(11)组成；漏磁检测探头由Co基非晶丝(2)和差动结构连接的双绕组线圈(3)共同组成，将探头固定在电磁铁(1)下表面的中间位置，并将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与主控电路板(4)的信号输入端连接；主控电路板由电源电路(10)接多谐振荡电路(5)，多谐振荡电路(5)接放大电路(6)，放大电路(6)接STM32信号处理电路(7)构成，触摸显示屏(9)通过显示屏接口(8)与主控电路板(4)的显示输出端连接，最后将12V锂电池(11)与主控电路板(4)的电源输入端连接。2.如权利要求1所述的Co基非晶丝钢板裂纹检测仪，其特征是将穿有非晶丝的双绕组合线圈(3)的末端与多谐振荡电路(5)相连接，检测漏磁场；多谐振荡电路的电流周期由两部分组成，前一周期Q1导通Q2截止，所以L1中的电流增加到达到最大，L2中的电流减为零，下一周期，Q2导通Q1截止，变化与前一周期相反，周而复始在线圈中产生交变的电流，此时当外磁场变化时，由于Co基非晶丝的GMI效应，使得多谐振荡电路的交流阻抗随外磁场强度而变化，进一步导致振荡电路(5)中的电流周期发生变化。最后把振荡电路输出信号接至放大电路进行处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙亚娟，刘鹏，沈沛沛，赵健锜，高贵，张树玲，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12