無(wú)損檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用

王志芹

摘 要：探傷儀控制器的核心功能是通過(guò)兩路D/A輸出模擬電壓，間接控制加在陰極射線管上的高壓和燈絲電流，以改變X射線的穿透能力和密度。同時(shí)為了使射線管能夠穩(wěn)定運(yùn)行，利用A/D采集實(shí)時(shí)電壓、電流值構(gòu)成了閉環(huán)控制系統(tǒng)。為了使用戶能夠方便地使用，設(shè)計(jì)了友好的操作界面和靈活的操作方法。提供了充足的故障檢測(cè)端口及安全鎖。設(shè)定數(shù)值時(shí)使用編碼器旋鈕，使操作變得相當(dāng)便捷。加入軟件看門狗，防止在強(qiáng)電磁環(huán)境中系統(tǒng)死機(jī)。使用VB制作了上位機(jī)監(jiān)控軟件，可方便地對(duì)探傷儀進(jìn)行控制。使用PROTEL2004 DXP制作印制電路板，提高系統(tǒng)的集成程度。

關(guān)鍵詞：探傷儀控制器；A/D采集；D/A輸出；軟件看門狗

一、研究的意義及必要性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是產(chǎn)品質(zhì)量控制中不可缺少的基礎(chǔ)技術(shù)，隨著產(chǎn)品復(fù)雜程度的增加和對(duì)安全要求的更加嚴(yán)格，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量，非常有必要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面檢測(cè)，而這些檢測(cè)又必須是非破壞性的。因此無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量控制中發(fā)揮的作用越來(lái)越重要，在企業(yè)中，已經(jīng)成為保證產(chǎn)品質(zhì)量的有力手段。

無(wú)損檢測(cè)的目的三個(gè)主要方面。一是質(zhì)量管理，每一種產(chǎn)品均有其使用性能要求，這些要求通常在該產(chǎn)品的技術(shù)文件中規(guī)定。無(wú)損檢測(cè)的只要目的之一就是對(duì)原材料、半成品、成品以及產(chǎn)品構(gòu)件提供實(shí)時(shí)的工序質(zhì)量控制，例如缺陷情況、組織狀態(tài)、涂鍍層厚度監(jiān)控等。二是質(zhì)量鑒定，已制成的產(chǎn)品需要進(jìn)行最終檢驗(yàn)，亦即質(zhì)量鑒定，特別是那些將在高應(yīng)力、高溫、高循環(huán)載荷等復(fù)雜惡劣條件下以及惡劣環(huán)境中工作的零部件或構(gòu)件等，僅僅靠一般的外觀檢查、尺寸檢查、破壞性抽檢等是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這方面，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)表現(xiàn)出能夠百分之百地全面檢查材料內(nèi)外部的無(wú)比優(yōu)越性。三是在役檢測(cè)使用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)行期間或正在運(yùn)行中的設(shè)備構(gòu)件進(jìn)行經(jīng)常性的或者定期的檢查，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響設(shè)備繼續(xù)安全運(yùn)行或使用的隱患，防止事故的發(fā)生。例如疲勞損傷，或者產(chǎn)品中原有的微小缺陷在使用過(guò)程中擴(kuò)展成為危險(xiǎn)性缺陷等等。

二、系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)

D/A輸出范圍：KV值輸出為 0V — 3.98V，mA值輸出 0V — 4.38V。

A/D輸入范圍：KV值輸入為 0V — 5V， mA值輸入 0V — 5V。

系統(tǒng)電源：5V 12V

DA輸出0V-3.98V的電壓所對(duì)應(yīng)的KV值。將其分四段進(jìn)行線性化，分別寫出其線性函數(shù)，然后通過(guò)程序?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。

DA輸出0V-4.38V的電壓所對(duì)應(yīng)的mA值。將其分七段進(jìn)行線性化，分別寫出其線性函數(shù)，然后通過(guò)程序?qū)⑵鋵?shí)現(xiàn)。

三、系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

（一）總體設(shè)計(jì)思想

由于控制對(duì)象為高壓變壓器的輸出電壓和陰極射線管的燈絲電流，同時(shí)為了使被控對(duì)象的電壓、電流保持恒定，采用閉環(huán)控制。

根據(jù)廠家要求，整個(gè)系統(tǒng)包括單片機(jī)最小系統(tǒng)，A＼D采集模塊、D/A輸出模塊、液晶顯示模塊、故障檢測(cè)模塊、掉電檢測(cè)模塊、上位機(jī)監(jiān)控模塊、按鍵、安全鎖與編碼器模塊。

（二）系統(tǒng)流程圖

系統(tǒng)流程圖如圖3-1所示。

四、系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）最小單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過(guò)系統(tǒng)總體分析，選用STC12C5A60AD作為本系統(tǒng)的主控制器。其處理速度是普通51單片機(jī)的12倍，內(nèi)置8路十位精度A/D，轉(zhuǎn)換速度小于4微秒。有EEPROM，和60K的程序存儲(chǔ)器，并有低壓檢測(cè)功能。

（二）串口模塊

主要完成程序的下載以及與上位機(jī)的通信?？赏ㄟ^(guò)上位機(jī)監(jiān)控探傷儀的各種參數(shù)。

（三）D/A模塊

D/A模塊的兩路輸出，一路輸出0V – 3.98V的模擬電壓間接控制30KV – 225KV的高壓 ，另一路輸出0V – 4.38V模擬電壓間接控制燈絲的0mA – 7.0mA電流。

（四）故障檢測(cè)模塊

故障檢測(cè)模塊主要完成對(duì)外部各種故障的檢測(cè)，任何一個(gè)故障出現(xiàn)都會(huì)使單片機(jī)產(chǎn)生一個(gè)中斷，然后再在中斷服務(wù)程序中查詢到底是哪個(gè)故障所產(chǎn)生的中斷，然后做出相應(yīng)的處理和顯示。

（五）液晶顯示與掉電檢測(cè)模塊

液晶顯示模塊主要完成KV、mA、定時(shí)、狀態(tài)、動(dòng)態(tài)圖的顯示。右側(cè)的掉電檢測(cè)模塊是在外部電源掉電的瞬間，單片機(jī)產(chǎn)生中斷，將當(dāng)前數(shù)據(jù)保存起來(lái)，此段時(shí)間由電容供電。

五、整機(jī)測(cè)試

1.控制面板說(shuō)明

面板上有KV、mA 、定時(shí)以及是否關(guān)閉定時(shí)的設(shè)定按鈕。F1-F6六個(gè)功能按鈕，其中F6為大小焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換按鈕，可調(diào)節(jié)X射線的發(fā)射角度。大焦點(diǎn)允許電流最大為7mA，小焦點(diǎn)為2.8mA，程序已將其設(shè)定死，防止設(shè)置越限。

左下腳為安全鎖，當(dāng)操作人員暫時(shí)離開時(shí)將其打倒OFF上，則面板被鎖定，所有功能鍵失效，以防他人隨意操作。 右下角綠色按鈕為KV開按鈕，紅色按鈕為KV關(guān)按鈕。

2.主界面

左邊是設(shè)定值右邊是當(dāng)前值，min 為定時(shí)時(shí)間，一般為10分鐘。由于射線管長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)燒壞，所以只能間斷性工作，定時(shí)時(shí)間一到會(huì)自動(dòng)關(guān)閉高壓。TV狀態(tài)為：關(guān)閉 表示允許定時(shí)，反之不定時(shí)。

右邊圖畫框第一個(gè)為射線狀態(tài)圖，當(dāng)開高壓時(shí)射線圖閃爍。第二個(gè)為大小焦點(diǎn)轉(zhuǎn)換狀態(tài)圖，與功能鍵F6相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)大小焦點(diǎn)切換，當(dāng)前狀態(tài)為大焦點(diǎn)。第三個(gè)為循環(huán)水狀態(tài)圖，當(dāng)循環(huán)水停時(shí)，該圖會(huì)自動(dòng)閃爍。第四個(gè)為報(bào)警燈，當(dāng)有故障產(chǎn)生時(shí)該圖閃爍，并且高壓會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。

參考文獻(xiàn)：

[1].李喜孟主編.無(wú)損檢測(cè)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001；

[2].趙熹華主編.焊接檢驗(yàn)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992；

[3].梁?jiǎn)⒑骶?焊接檢驗(yàn)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1980；

[4].李傳軍主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用 河南：河南科學(xué)技術(shù)出版社，2007。