基于涡流传感器的金属表面探伤系统设计【字数：8198】
摘 要金属普遍使用在国民经济和人民生活的各个领域中。然而，很多金属都是活泼性的金属，长期暴露在空气中很容易被氧化和雨水腐蚀掉，导致金属表面出现裂纹、凹坑等各种缺陷，会对人们的方方面面造成很大的安全隐患。涡流检测作为一种无损检测金属表面缺陷的方法，以其高效、安全、无害等优点得到了广泛的应用。利用线圈发出的磁场对金属的表面进行检测，就是基于线圈的等效阻抗法。由于线圈的互感作用，线圈与被测金属表面可以等效为阻抗电路，通过测量等效电路的阻抗就能够判断金属表面有没有缺陷。该方法的优点是检测方便，没有对金属造成损害，缺点是不能实时获取涡流的检测信息，检测误差和延时较大。因而，如何快速并且准确地检测出金属的缺陷成为一个非常重要的研究方向，对金属利用提高会很明显。 本文是基于金属表面缺陷检测在现实环境中的研究为背景，研究了基于涡流检测的金属表面缺陷检测方法，并设计了一套完整的检测系统。对金属的表面缺陷有着良好的检测效果。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2 国内和国外发展现状 1
1.2.1 涡流检测技术的国外研究现状 1
1.2.2 涡流检测技术的国内研究现状 1
1.3 论文结构安排 2
1.4本章小结 2
第二章 设计要求与方案 3
2.1 课题设计要求 3
2.2 系统的总体结构框架 3
2.3 系统设计方案 3
2.4 金属表面探伤检测方案 4
2.5本章小结 4
第三章 涡流检测硬件设计 5
3.1系统电源电路设计 5
3.2最小系统板电路设计 6
3.3 数据处理电路设计 7
3.4 蜂鸣器电路设计 8
3.5 步进电机电路设计 8
3.6本章小结 9
第四章 金属表面探伤系统软件设计 10
4.1 软件系统需求与总体设计 10
4.2 软件开发环境 11
4.3本章小结 11
第五章 系统调试与测试 12
5.1 系统调试 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2 系统的测试 12
5.3本章小结 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
附录 20
附录A：PCB图 20
附录B：实物与调试图 21
附录C：主程序 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
无损探伤是本文研究的重点。我们应该在保证不会损害到金属表面的情况下，采用一些物理的方法来检测各种材料的表面损伤情况以及它的结构，以此来测定零件是否安全和没有损伤。现如今，普遍使用的探伤方式有涡流检测、x射线检测、超声波检测和渗透检测。但与使用超声波来检测的方式相比较，涡流检使用起来更简单，并且它的应用范围也更加广阔，操作更加简单便捷[1]。再跟贯入检测的方式相比较，涡流检测更适合检测杆状或者管状金属，这是因为涡流检测不用清洗试样，并且它更容易自动化，能够更迅速更准确地完成整个检测[2]。再与x射线检测的方式相比较，涡流检测并不会产生大量的辐射，所以对周围环境的影响比较小，重要的是它的价格比较低[3]。
所以对于促进金属材料的检测，并且提高无损伤检测的效率，使得产品能够安全可靠，研究基于涡流传感器的金属表面探伤检测系统是有重要的意义的。
1.2 国内和国外发展现状
1.2.1 涡流检测技术的国外研究现状
法国物理学家里昂福柯(Leon foucault)在1851年研究磁场中运动的圆盘时发现了涡旋，距今已有200年。当时物理学是由很多非常有名的科学家发展起来的。在此发展的过程中，涡流检查技术慢慢的被用在了别的领域。Karnz和Farraw通过此技术来测量或者探伤管道的壁厚开辟了涡流技术检测的新领域[4]。然而因为那时过于落后的技术，使得涡流检测的结果灵敏度低，它的重复性也比较低，长期发展历程比较缓慢。
到了20世纪中叶，德国福斯特发现了一种新理论——通过分析阻抗的方法来检测信号，这一发现支持了涡流检测的新理论[5]。此理论使得涡流检测技术有了很多的分支并且有了更为广阔的发展空间。随后就有了结合超声波和涡流检测的新的无损伤检测技术，在一定程度上发展了无损伤检测技术。
1.2.2 涡流检测技术的国内研究现状
国内的涡流检测技术在20世纪60年代开始发展。因为国家发展的需要，中国招了许多相关方面的技术人才来专门研究和开发涡流检测设备。七十年代末，我国有了更先进的设备以此来培养一大批技术人才[6]。到了八十年代涡流检测理论与培养的人才有了第一个阶段的发展高潮。到了二十世纪九十年代，中国已经设定了许多涡流检测设备生产线，在很大程度上扩张了涡流检测的涉及到的应用范围。
在21世纪，涡流检测得到了快速的发展。邢立东等人制作出了一种内通道式三维涡流远场探头，使得管道周向的缺陷得到定位[7]；张云等人通过远场涡流双接受线圈理论一定量的测试和记录了管道局部的缺损[8]；张伟等利用SVM (support vector machine)反演模型实现缺陷信号波形特征对缺陷大小的定量反演。还有许多科学家在此研究方向上作出了许多的贡献。
国内的涡流检测技术还处于发展的过程中，与此同时也会有许多的问题出现，还有大量的技术性问题需要我们去探索和发现，此方面的工作人员比较少，并且用于涡流检测的设备检测的准确度也比较低。我们应该通过传统涡流检测的基础上去学习和探索发现新的涡流检测技术。
1.3 论文结构安排
本次课题要设计出一套可以探测金属表面是否有损伤的系统，此系统的设计使用涡流传感器。本篇论文一共有五个章节的内容，主要章节的内容如下所示：
第一章讲述了此次课题研究的背景，并且阐述了国内和国外涡流无损检测研究的状况，交代了此次设计的背景与其研究的意义以及论文总体结构的安排。
第二章交代了本课题系统所要达到的具体技术指标，给出了一个系统总体结构框架，介绍了系统设计方案以及金属表面探伤检测方案。
第三章对硬件系统的每部分电路设计和功能做了细致的解释。
第四章介绍了此系统的软件部分，阐述了软件部分的总体设计。
第五章主要是对整个涡流传感器的金属表面探伤系统进行了调试和测试，详细介绍了调试的过程和方法并记录了测试得出的数据。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及意义 1
1.2 国内和国外发展现状 1
1.2.1 涡流检测技术的国外研究现状 1
1.2.2 涡流检测技术的国内研究现状 1
1.3 论文结构安排 2
1.4本章小结 2
第二章 设计要求与方案 3
2.1 课题设计要求 3
2.2 系统的总体结构框架 3
2.3 系统设计方案 3
2.4 金属表面探伤检测方案 4
2.5本章小结 4
第三章 涡流检测硬件设计 5
3.1系统电源电路设计 5
3.2最小系统板电路设计 6
3.3 数据处理电路设计 7
3.4 蜂鸣器电路设计 8
3.5 步进电机电路设计 8
3.6本章小结 9
第四章 金属表面探伤系统软件设计 10
4.1 软件系统需求与总体设计 10
4.2 软件开发环境 11
4.3本章小结 11
第五章 系统调试与测试 12
5.1 系统调试 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
5.2 系统的测试 12
5.3本章小结 16
结束语 17
致 谢 18
参考文献 19
附录 20
附录A：PCB图 20
附录B：实物与调试图 21
附录C：主程序 22
第一章 绪论
1.1课题研究的背景及意义
无损探伤是本文研究的重点。我们应该在保证不会损害到金属表面的情况下，采用一些物理的方法来检测各种材料的表面损伤情况以及它的结构，以此来测定零件是否安全和没有损伤。现如今，普遍使用的探伤方式有涡流检测、x射线检测、超声波检测和渗透检测。但与使用超声波来检测的方式相比较，涡流检使用起来更简单，并且它的应用范围也更加广阔，操作更加简单便捷[1]。再跟贯入检测的方式相比较，涡流检测更适合检测杆状或者管状金属，这是因为涡流检测不用清洗试样，并且它更容易自动化，能够更迅速更准确地完成整个检测[2]。再与x射线检测的方式相比较，涡流检测并不会产生大量的辐射，所以对周围环境的影响比较小，重要的是它的价格比较低[3]。
所以对于促进金属材料的检测，并且提高无损伤检测的效率，使得产品能够安全可靠，研究基于涡流传感器的金属表面探伤检测系统是有重要的意义的。
1.2 国内和国外发展现状
1.2.1 涡流检测技术的国外研究现状
法国物理学家里昂福柯(Leon foucault)在1851年研究磁场中运动的圆盘时发现了涡旋，距今已有200年。当时物理学是由很多非常有名的科学家发展起来的。在此发展的过程中，涡流检查技术慢慢的被用在了别的领域。Karnz和Farraw通过此技术来测量或者探伤管道的壁厚开辟了涡流技术检测的新领域[4]。然而因为那时过于落后的技术，使得涡流检测的结果灵敏度低，它的重复性也比较低，长期发展历程比较缓慢。
到了20世纪中叶，德国福斯特发现了一种新理论——通过分析阻抗的方法来检测信号，这一发现支持了涡流检测的新理论[5]。此理论使得涡流检测技术有了很多的分支并且有了更为广阔的发展空间。随后就有了结合超声波和涡流检测的新的无损伤检测技术，在一定程度上发展了无损伤检测技术。
1.2.2 涡流检测技术的国内研究现状
国内的涡流检测技术在20世纪60年代开始发展。因为国家发展的需要，中国招了许多相关方面的技术人才来专门研究和开发涡流检测设备。七十年代末，我国有了更先进的设备以此来培养一大批技术人才[6]。到了八十年代涡流检测理论与培养的人才有了第一个阶段的发展高潮。到了二十世纪九十年代，中国已经设定了许多涡流检测设备生产线，在很大程度上扩张了涡流检测的涉及到的应用范围。
在21世纪，涡流检测得到了快速的发展。邢立东等人制作出了一种内通道式三维涡流远场探头，使得管道周向的缺陷得到定位[7]；张云等人通过远场涡流双接受线圈理论一定量的测试和记录了管道局部的缺损[8]；张伟等利用SVM (support vector machine)反演模型实现缺陷信号波形特征对缺陷大小的定量反演。还有许多科学家在此研究方向上作出了许多的贡献。
国内的涡流检测技术还处于发展的过程中，与此同时也会有许多的问题出现，还有大量的技术性问题需要我们去探索和发现，此方面的工作人员比较少，并且用于涡流检测的设备检测的准确度也比较低。我们应该通过传统涡流检测的基础上去学习和探索发现新的涡流检测技术。
1.3 论文结构安排
本次课题要设计出一套可以探测金属表面是否有损伤的系统，此系统的设计使用涡流传感器。本篇论文一共有五个章节的内容，主要章节的内容如下所示：
第一章讲述了此次课题研究的背景，并且阐述了国内和国外涡流无损检测研究的状况，交代了此次设计的背景与其研究的意义以及论文总体结构的安排。
第二章交代了本课题系统所要达到的具体技术指标，给出了一个系统总体结构框架，介绍了系统设计方案以及金属表面探伤检测方案。
第三章对硬件系统的每部分电路设计和功能做了细致的解释。
第四章介绍了此系统的软件部分，阐述了软件部分的总体设计。
第五章主要是对整个涡流传感器的金属表面探伤系统进行了调试和测试，详细介绍了调试的过程和方法并记录了测试得出的数据。
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