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磁記憶檢測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)
便攜式磁記憶檢測(cè)儀主要由傳感器、單片機(jī)、運(yùn)算放大器、LCD顯示器和相應(yīng)軟件組成(見圖1
便攜式磁記憶檢測(cè)儀以單片機(jī)PIC16LF873A為核心，用HMC1052兩軸磁阻傳感器檢測(cè)法向分量Hp(y)的X分量和Y分量，經(jīng)過信號(hào)放大后，送單片機(jī)PIC16LF873A的A/D轉(zhuǎn)換通道，獲得的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算得到Hp(y)值，送LCD顯示。為檢測(cè)方便，設(shè)置了兩個(gè)檢測(cè)通道，作為應(yīng)力集中線Hp(y)符號(hào)比較的依據(jù)。置位/復(fù)位電路對(duì)磁阻傳感器施加置位/復(fù)位電流，避免地球磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量結(jié)果影響。
單片機(jī)采用PIC16LF873A，它有4KB FLASH 存儲(chǔ)器，192字節(jié)RAM、128字節(jié)EEPROM、10位A/D轉(zhuǎn)換器等，幾乎不需要外圍擴(kuò)展電路就可以直接使用。RA口設(shè)置成A/D轉(zhuǎn)換功能，用于處理雙通道磁阻傳感器信號(hào)。RB口的中斷功能用于鍵盤處理，設(shè)有校驗(yàn)、置位/復(fù)位、通道1、通道2和ON/OFF5個(gè)功能鍵。RC口中的六個(gè)引腳，用于LCD顯示器控制。采用兩個(gè)SMS0801B兩線制串行LCD顯示器，電源由單片機(jī)RC口的一個(gè)引腳供電，這樣便于對(duì)LCD顯示器控制，降低系統(tǒng)功耗。顯示器可以顯示每個(gè)通道的磁場(chǎng)強(qiáng)度(單位是Gs)、鍵盤信息、電池電壓低和超量程等信息。EEPROM用于保存修正值。
磁阻傳感器HMC1052
磁阻傳感器HMC1052是利用磁原理，測(cè)量工件表面散射磁場(chǎng)法向分量Hp(y)沿坐標(biāo)X-Y分量，通過數(shù)值計(jì)算、誤差校正，得到Hp(y)值。HMC1052是一個(gè)雙軸線性磁傳感器，每個(gè)傳感器有一個(gè)由磁阻薄膜合金組成的惠斯通橋。當(dāng)橋路加上供電電壓，傳感器將磁場(chǎng)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換為電壓輸出。其輸出電壓以電源電壓的一半為基準(zhǔn)。磁場(chǎng)范圍是±6Gs，靈敏度是1.0mV/V/Gs。HMC1052包含兩個(gè)敏感元件，其敏感軸X和Y互相垂直。HMC1052采用10引腳小型表貼封裝，尺寸只有3mm×3mm×1mm。
磁阻傳感器外圍電路
磁阻傳感器在制造過程中，選定沿著薄膜長(zhǎng)度方向?yàn)檩S，當(dāng)玻膜合金薄膜受到強(qiáng)磁場(chǎng)干擾時(shí)(大于20Gs)薄膜磁化極性會(huì)受到破壞，對(duì)這個(gè)磁場(chǎng)需要對(duì)傳感器施加一個(gè)瞬態(tài)強(qiáng)磁場(chǎng)來恢復(fù)或保持傳感器特性，這個(gè)過程需要一個(gè)置位或復(fù)位脈沖。圖2中S/R+和S/R-就是用于置位的元件，其標(biāo)準(zhǔn)阻值是4Ω。
磁記憶檢測(cè)儀的軟件設(shè)計(jì)
軟件是便攜式磁記憶檢測(cè)儀另一個(gè)核心部分，主要完成系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示、鍵盤處理和校驗(yàn)等功能。
·主程序：完成系統(tǒng)的初始化工作，進(jìn)行各傳感器的置位和復(fù)位，然后進(jìn)入睡眠狀態(tài)。
·通道按鍵中斷服務(wù)子程序：向檢測(cè)數(shù)據(jù)通道供電，采集Y數(shù)據(jù)和X數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，法向分量Hp與X、Y數(shù)據(jù)的關(guān)系是：Hp=√X2+Y2。Hy的符號(hào)與測(cè)量基準(zhǔn)方向Y的符號(hào)相同。對(duì)PIC16LF873A單片機(jī)，10位A/D轉(zhuǎn)換器0Gs對(duì)應(yīng)1.5V電壓和數(shù)字量為512，+5Gs對(duì)應(yīng)
3V電壓和數(shù)字量為1023，-5Gs對(duì)應(yīng)0V電壓和數(shù)字量為0。每個(gè)數(shù)字對(duì)應(yīng)電壓2.9mV和9.765mGs。Hy值的符號(hào)與Y分量符號(hào)相同。數(shù)字量≥512的數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下運(yùn)算：實(shí)際數(shù)據(jù)=(Y數(shù)據(jù)-512)×0.009765Gs-修正值。數(shù)字量≤512的數(shù)據(jù)，進(jìn)行以下運(yùn)算：實(shí)際數(shù)據(jù)=-(511-Y數(shù)據(jù))×0.009765Gs-修正值。LCD顯示器可以顯示8位數(shù)字，最高顯示位為Hp符號(hào)，有效數(shù)字是7位�？梢赃B續(xù)測(cè)量，直到再一次按鍵，返回主程序。
·校驗(yàn)按鍵中斷服務(wù)子程序：將傳感器置于磁屏蔽中，各通道測(cè)量出0Gs值，將測(cè)量結(jié)果作為修正值存入EEPROM中。
實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析
實(shí)驗(yàn)方式：便攜式磁記憶檢測(cè)儀與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀同時(shí)對(duì)工件相同點(diǎn)進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)，便攜式磁記憶檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果如表1。
應(yīng)力集中線的位置與俄羅斯TSCM-2FM應(yīng)力集中檢測(cè)儀檢測(cè)的結(jié)果相同。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，便攜式磁記憶檢測(cè)儀可以實(shí)時(shí)顯示被測(cè)工件的磁場(chǎng)Hp值的大小和符號(hào)，雙通道配合使用，磁感應(yīng)強(qiáng)度為零的連接線為應(yīng)力集中線。
