基于ZYNQ的阵列涡流无损检测系统的设计

来源 :中北大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kaji2009
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金属器件在生产使用的过程中,在复杂工艺和受力环境下,金属表面会产生腐蚀、氧化、裂纹等无法避免的缺陷,这些缺陷会极大影响金属的延展性、抗疲劳性、抗腐蚀性等,这时如果金属的缺陷无法得到检测,就不能够对金属的性质进行评估。阵列涡流检测是普通涡流检测的一个提升,它通过阵列涡流探头布局在被测金属试件周围,当给激励线圈通有正弦信号时,阵列涡流探头的其他线圈阵列作为感应线圈会受到激励线圈交变电流产生的交变磁场的影响从而感应出感生电动势,通过采集阵列线圈的感应电动势,得到阵列线圈的阻抗信息,此时需要对感应电压进行I/Q分解,从而利用被测金属物体得出阵列感应线圈感应电压信号的实部、虚部和相位的变化情况。为此,设计了一套基于ZYNQ的阵列涡流无损检测系统,并进行了相关试验验证。主要工作如下:(1)详细阐述了阵列涡流检测的原理,介绍了激励线圈和被测金属之间的电磁感应原理并用等效电路给出数学公式描述两者之间的关系,针对金属周围360°缺陷检测,设计了8通道阵列涡流探头并扩展激励线圈和被测金属之间的等效电路进而说明多线圈阵列涡流探头之间的数学联系。(2)针对金属缺陷的检测,利用阵列涡流传感器的空间布局方式,设计激励通道选择方式,每一刻只有一个线圈为激励线圈,其他线圈此时为感应线圈,下一刻选取另一个通道为激励线圈,其他线圈则为感应线圈,这样重复这一过程。为配合阵列涡流探头设计了一套多通道阵列检测系统,以Zynq-7000为核心,利用其可编程的优势灵活控制给予激励线圈的正弦激励频率,并利用分时复用开关控制多路通道的分时激励与分时采集。(3)推导了数字相敏检波算法分解感应信号的数学公式,并结合ZYNQ实现数字相敏检波算法,通过数字相敏检波算法可以获得感应线圈的感应信号并将其等效成复数后分解成实部、虚部、相位。设计了数字滤波器将特定的高频分量进行滤除最终完成了感应信号的I/Q分解。针对上位机与下位机之间的数据交互,设计了TCP传输和Labview上位机模块。
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