基于AD630锁相放大器的ACFM仪器研制及实验研究

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交流电磁检测技术(ACFM)是在涡流检测和交流电压降技术的基础上发展的新无损检测技术。该技术以电磁感应原理为理论基础,通过检测金属构件表面产生的感应磁场变化量,以此来确定待测试件的表面是否存在有缺陷,并可根据磁场的变化量来判定试件上缺陷的长度、深度等数据信息。该技术已被广泛的应用到水下结构、航空航天、铁路、石油管道等行业。本文主要分析了ACFM和锁相放大器的国内外发展状况及检测原理、构建了ACFM仿真模型、设计了硬件电路及软件程序、搭建了实验平台进行试验分析等。本文首先分析了当前ACFM和锁相放大器技术在国内外的发展现状,并通过构建数学模型的方式对ACFM和锁相放大器技术的原理进行分析介绍。其次使用MAXWELL有限元仿真软件建立试件缺陷仿真模型,分析了仿真得出的磁场变化云图和矢量变化图;研究了试件的缺陷长度、缺陷深度、提离高度等因素单一变化时Bx、Bz磁场的变化情况。第三,硬件设计上可以分为三个部分即为探头部分、前端激励部分、后端信号处理及采集部分。探头部分使用U型锰锌铁氧体作为励磁骨架,TMR2701磁传感器作为检测传感器;前端激励部分主要由STM32F103RCT6开发板、AD9959芯片、OPA604芯片及BUF634芯片组成。这里开发板作为控制核心,AD9959芯片用于产生5k Hz的正弦波信号,OPA604和BUF634用于增大正弦波信号的功率并提升信号的带载能力;后端信号处理部分是由OPA134芯片、AD630芯片、NE5532芯片及AD7606芯片构成。这其中AD630和NE5532芯片构成锁相放大器,锁相放大器技术可将特定频率信号从干扰极大的信号中提取出来,基于此特点将锁相放大器技术应用到ACFM的后处理电路中。最后,软件部分包括上位机程序和下位机程序,使用Labview软件编写上位机软件程序,下位机程序主要包括正弦波信号的生成程序和ADC芯片的控制程序;最后使用铝、奥氏体不锈钢和45#钢三种材料的试件进行实际的实验,通过实验结果可以看出该设计可以很好的检测出待测试件上存在缺陷的数据信息。
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