單頻電磁渦流儀電路設(shè)計

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)論文單頻電磁渦流儀電路設(shè)計單頻電磁渦流儀電路設(shè)計摘要高度發(fā)展的社會，市場上對無損檢測的要求是越來越高，無損檢測的研究也是越來越深入。本文研究的單頻電磁渦流儀是希望能夠深入了解渦流檢測而開展的。本文設(shè)計基于阻抗分析法的電橋式渦流檢測實現(xiàn)導(dǎo)電材質(zhì)表面以及近表面的缺陷檢測，在進一步進行調(diào)試以及改變探頭類型及其參數(shù)實現(xiàn)多平面多類型的檢測。本文對渦流檢測儀器硬件設(shè)計中進行傳感器探頭設(shè)計以及整體電路設(shè)計，電路設(shè)計中包括電源模塊，激勵信號處理模塊，多路復(fù)用電路模塊，自動平衡模塊，采集信號放大模塊，其中信號處理采用MFLI鎖相放大器，控制部分采用NImyRIO控制卡。對于渦流檢測儀器軟件設(shè)計中，利用LabVIEW對MFLI鎖相放大器以及NImyRIO控制卡進行編程控制，對于采集到的信號進行平衡與分析，最后將采集到的信號處理為阻抗圖，以阻抗圖作為檢測結(jié)果的顯示。本設(shè)計中的信號激勵以及數(shù)據(jù)采集利用MFLI鎖相放大器在中低頻率穩(wěn)定的輸出以及輸入分析功能。利用鎖相放大器結(jié)合穩(wěn)定的電路設(shè)計，在LabVIEW軟件上進行編程設(shè)計一套渦流檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)實現(xiàn)可調(diào)試頻率參數(shù)以及自動信號采集、分析、處理與顯示。關(guān)鍵詞：渦流檢測；陣列渦流；電橋平衡：阻抗分析；數(shù)據(jù)采集；Single-frequencyelectromagneticeddycurrentcircuitdesignAbstractInahighlydevelopedsociety,therequirementsfornon-destructivetestinginthemarketaregettinghigherandhigher,andtheresearchonnon-destructivetestingisbecomingmoreandmorein-depth.Thesingle-frequencyelectromagneticeddycurrentinstrumentstudiedinthispaperishopedtobeabletounderstandeddycurrenttestingindepth.Inthispaper,abridge-typeeddycurrenttestbasedonimpedanceanalysismethodisdesignedtodetectdefectsonthesurfaceandnearsurfaceoftheconductivematerial,andfurtherdebuggingandchangingtheprobetypeanditsparameterstorealizemulti-planeandmulti-typedetection.Inthispaper,thedesignofthesensorprobeandtheoverallcircuitdesignarecarriedoutinthehardwaredesignoftheeddycurrenttestinginstrument.Thecircuitdesignincludesthepowersupplymodule,theexcitationsignalprocessingmodule,themultiplexingcircuitmodule,theautomaticbalancingmodule,andtheacquisitionsignalamplificationmodule.ThesignalprocessingusesMFLIForthelock-inamplifier,thecontrolpartadoptsNImyRIOcontrolcard.Forthedesignoftheeddycurrenttestinginstrumentsoftware,LabVIEWisusedtoprogramandcontroltheMFLIlock-inamplifierandtheNImyRIOcontrolcard,andthecollectedsignalsarebalancedandanalyzed.Finally,thecollectedsignalsareprocessedintoimpedancegraphs,andtheimpedancegraphsareusedasdetectionThedisplayofresults.ThesignalexcitationanddataacquisitioninthisdesignusetheMFLIlock-inamplifier'sstableoutputandinputanalysisfunctionsatlowandmediumfrequencies.Usingalock-inamplifiercombinedwithastablecircuitdesign,asetofeddycurrenttestingsystemisprogrammedonLabVIEWsoftware.Thesystemimplementstunablefrequencyparametersandautomaticsignalacquisition,analysis,processinganddisplay.Keywords:Eddycurrentdetection;arrayeddycurrent;bridgebalance:impedanceanalysis;dataacquisition;目錄1引言 11.1無損檢測技術(shù)概述 11.2渦流檢測的發(fā)展現(xiàn)狀 21.3課題研究內(nèi)容 22.渦流檢測基本原理分析以及系統(tǒng)方案設(shè)計 22.1渦流檢測的基本原理 22.2阻抗平面分析法及線圈阻抗分析 32.2.1阻抗平面分析法 42.2.2線圈阻抗分析 42.3渦流檢測儀器的結(jié)構(gòu) 42.4系統(tǒng)總體方案設(shè)計 43渦流檢測硬件電路設(shè)計 53.1渦流檢測電路設(shè)計 53.1.1電源模塊 53.1.2探頭及其采集模塊 63.1.3信號放大模塊 73.2渦流檢測控制電路設(shè)計 83.3渦流檢測采集電路設(shè)計 93.3.1鎖相放大器功能介紹 93.3.2鎖相放大器使用方法介紹 104渦流檢測軟件設(shè)計 104.1激勵信號采集對比 104.2采集信號處理 104.3基于Labview的軟件編程 104.3.1控制卡部分編程 104.3.2采集信號的平衡. 114.3.3采集信號的分析 124.3.4檢測結(jié)果的顯示 125渦流檢測裝置的組裝與檢測分析 135.1檢測裝置的組裝 135.2渦流檢測結(jié)果分析 146結(jié)論 15參考文獻 16致謝 17引言無損檢測已經(jīng)形成了五大常規(guī)檢測，分別為超聲檢測、射線檢測、磁粉檢測、滲透檢測、渦流檢測。本文研究的就是渦流檢測的儀器開發(fā)，本文研究目的是設(shè)計可進行多種探頭組合以及可調(diào)控的參數(shù)下的渦流檢測儀器，在渦流檢測儀器的設(shè)計中進行深一步學(xué)習(xí)。1.1無損檢測技術(shù)概述無損檢測是指在對被檢測對象進行檢測時，不影響被檢測物體的使用性能以及不破壞組織內(nèi)部分布。無損檢測能夠檢測出被檢測對象內(nèi)部是否存在有缺陷或組織上是否有差異。無損檢測在工業(yè)、航天航空、生物工程以及醫(yī)療診斷上都是不可或缺的，也在這些方面獲得也極大的重視和發(fā)展。超聲檢測利用超聲波的反射特性，超聲波在傳播過程中遇到界面會發(fā)生反射，使用壓電晶片可以將反射回波激發(fā)成電信號，對這一電信號進行分析可以知道到被檢測物體的缺陷或某些物理特性。超聲檢測在工業(yè)上應(yīng)用范圍廣泛，而且在發(fā)展中形成了新的檢測技術(shù)，例如相控陣超聲檢測，TOFT檢測技術(shù)等。射線檢測利用射線經(jīng)過被檢測對象各部分后的強度衰減的不同對其進行分析以及評定。當(dāng)射線經(jīng)過被檢測對象后投射到膠片上時，會在膠片上產(chǎn)生不同程度的曝光。經(jīng)過顯影后，可以在膠片上觀測到被檢測對象的內(nèi)部情況，分析膠片可以得到被檢測工件的材質(zhì)變化、厚度變化及缺陷情況。射線檢測的檢測結(jié)果顯示在膠片上，具備長期保存可查的優(yōu)點，在工業(yè)上使用范圍較為廣泛。缺點之一是其對人體的危害較大。所以為了提高安全性，市場也在尋找可以替代射線檢測的檢測新技術(shù)。磁粉檢測是利用磁化現(xiàn)象，被檢測對象被磁場磁化后，表面或近表面在出現(xiàn)缺陷或者不連續(xù)性且與磁化方向存在角度就會出現(xiàn)漏磁場。利用磁粉或者磁懸液噴灑在被檢測對象上就可以顯示出不連續(xù)性的痕跡。磁粉檢測是為了檢測表面以及近表面肉眼不可直接觀察的缺陷，靈敏度隨著缺陷的深度的提高而下降，且局限于鐵磁性材料的工件檢測。是工業(yè)上表面檢測的較為廣泛的檢測方法。滲透檢測利用液體的毛細(xì)管作用，也就是在施加熒光滲透液或著色滲透液時，在狹窄縫隙處會進行滲透留在缺陷位置。去除表面多余的滲透液后施加顯示劑會顯示出缺陷痕跡，這是放大后的缺陷形狀。滲透檢測的優(yōu)點是檢測方式簡單明了，成本也相對較低。缺點是只能在表面開口處檢測，滲透液對某些材質(zhì)可能具有腐蝕性等。渦流檢測是利用電磁感應(yīng)現(xiàn)象，也就是當(dāng)金屬導(dǎo)體置于變化的磁場或者相對運動的磁場中時，金屬導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生漩渦狀流動的電流，稱為電渦流。在產(chǎn)生這一電渦流的同時，磁場必然消耗自身的部分磁場能量，當(dāng)磁場的變化是由通電線圈產(chǎn)生的時候，這一部分消耗將使線圈阻抗發(fā)生變化，采集這一變化就可以分析到被檢測對象表面以及近表面的缺陷。渦流檢測具備的優(yōu)點很多，它不需要耦合劑、檢測速度快以及靈敏度高等。缺點是檢測對象只限于導(dǎo)電材質(zhì)以及檢測深度有限等。相對于磁粉檢測和滲透檢測，渦流檢測不需要使用磁懸液或者滲透液，這可以減少環(huán)境的污染，且渦流檢測的靈敏度更高。渦流檢測由于依據(jù)電信號進行分析，相對于其他更容易實現(xiàn)在線監(jiān)測以及自動化檢測，可以實現(xiàn)非接觸檢測。1.2渦流檢測的發(fā)展現(xiàn)狀近年來，國內(nèi)外對渦流檢測的研究也是越來越深入。2004年，在法國的兩家公司聯(lián)手開發(fā)了一套無損檢測系統(tǒng)(CODECI)，它是結(jié)合陣列排布線圈與電荷藕合器件圖像傳感器的完整系統(tǒng)[1]。2016年，在研究設(shè)計掃頻渦流儀方面，廈門的愛德森電子有限公司取得了重大進展，基于渦流阻抗平面的掃頻檢測最高頻率已達到30MHz，極大地提高了儀器的檢測能力，在對檢測精度提出更高要求的航空、航天、核工程領(lǐng)域中，能夠有效地解決精度這一難題[2]。1.3課題研究內(nèi)容本文中單頻電磁渦流儀電路設(shè)計是基于渦流檢測技術(shù)、陣列渦流技術(shù)、以及MFLI鎖相放大器實現(xiàn)在多種簡單平面的渦流檢測。MFLI鎖相放大器在中低頻率穩(wěn)定的輸出以及輸入分析功能與圖形化編程軟件LabVIEW結(jié)合后，可以形成穩(wěn)定的渦流檢測平臺系統(tǒng)。此渦流檢測平臺系統(tǒng)為檢測不同深度的缺陷，具備著可調(diào)節(jié)頻率（500KHz-5MHz）的參數(shù)設(shè)置，在顯示上以單組探頭獨立顯示從而得到缺陷的具體定位。設(shè)想在探頭組數(shù)與固定設(shè)備達到最大結(jié)合率時可以得到較高效率的陣列渦流檢測儀器。設(shè)計出合理的探頭的參數(shù)，達到檢測需要的高效傳感器作用，在這一部分上實現(xiàn)精度的追求。本設(shè)計中，初步以實現(xiàn)六組探頭的水平面的渦流檢測，在這一基礎(chǔ)上將探頭改變?yōu)楦嘟M以及改變?yōu)槿嵝蕴筋^實現(xiàn)對曲面的渦流檢測。本文主要將硬件部分設(shè)計進行分析以及研究，進行低成本的實驗以及改良。2渦流檢測基本原理分析以及系統(tǒng)方案設(shè)計2.1渦流檢測的基本原理渦流檢測主要依靠的原理是電磁感應(yīng)現(xiàn)象，在變化的磁場或者相對運動的磁場中的金屬導(dǎo)體，金屬導(dǎo)體內(nèi)會產(chǎn)生漩渦狀流動的電流，稱為電渦流。在產(chǎn)生這一電渦流的同時，磁場必然消耗自身的部分磁場能量，當(dāng)磁場的變化是由通電線圈產(chǎn)生的時候，這一部分消耗將使線圈阻抗發(fā)生變化，這就是渦流檢測所依據(jù)的定理，如圖2.1所示。圖2.1渦流檢測原理示意圖當(dāng)通交流電的線圈在被檢測工件上移動的時候，理論上在參數(shù)不發(fā)生變化的情況下，工件上產(chǎn)生的渦流所引起線圈阻抗的變化應(yīng)該是一定的。如果在工件上發(fā)現(xiàn)阻抗再次發(fā)生變化時，說明工件的內(nèi)部材質(zhì)或者是形態(tài)上發(fā)生了變化，由此改變了工件的電導(dǎo)率以及磁導(dǎo)率。由此可以判斷工件自身的變化，這就是渦流檢測的過程，如圖2.2所示。圖2.2渦流檢測的信號變化圖渦流檢測的局限在于表面以及近表面的檢測，這是因為趨膚效應(yīng)。趨膚效應(yīng)是指金屬試件中感生出的渦流會集中分布在金屬表面的一種現(xiàn)象。造成趨膚效應(yīng)的主要原因是金屬中心與表面的電感大小有區(qū)別，而電流會選擇從電感小的地方流過，特別是隨著渦流頻率的增大，金屬中心的電感會愈發(fā)增大，因此渦流也會愈發(fā)集中在金屬表面[3]。2.2阻抗平面分析法及線圈阻抗分析2.2.1阻抗平面分析法本次設(shè)計主要使用阻抗平面分析法。渦流檢測時，激勵線圈部分的阻抗由自身阻抗以及產(chǎn)生渦流后反饋過來的阻抗形成，當(dāng)我們分析線圈阻抗變化時，實際上是分析渦流反饋那一部分阻抗。例如，當(dāng)渦流檢測時使用正弦電源激勵，探頭在工件表面移動，隨著工件材料特性的變化，探頭的阻抗也發(fā)生變化，此時阻抗變化代表著材料特性的變化。此時渦流感應(yīng)影響到線圈阻抗的相位以及大小的變化。因此為了了解渦流檢測中被檢對象的某些性質(zhì)與檢測線圈的電氣參數(shù)間的聯(lián)系就需要對檢測線圈進行阻抗分析。簡單來說，阻抗分析法將線圈的阻抗數(shù)據(jù)采集出來，在檢測過程中觀察線圈阻抗的變化情況。但是線圈的阻抗變化牽扯的因素太多太雜，所以在阻抗分析法中需要控制其他變量的影響，用抵消或者固定等方法進行控制。2.2.2線圈阻抗分析在交流電路中，串聯(lián)電路上的電壓由自身阻抗與總阻抗的關(guān)系決定，在串聯(lián)電路上的電壓變化與阻抗的變化相似，根據(jù)這一規(guī)律，我們可以在渦流感應(yīng)引起阻抗變化時，這一步變化的阻抗與總阻抗也是密切關(guān)系著的。線圈阻抗由三個部分組合而成。第一部分是由線圈本身的電阻以及電感，還有各匝線圈之間的電容組合而成，第二部分是由不同線圈之間相互影響產(chǎn)生的阻抗變化，第三部分是在渦流檢測過程中工件表面渦流效應(yīng)對線圈阻抗產(chǎn)生變化。在這一基礎(chǔ)上分析，可以知道聯(lián)立這三部分可以得到線圈的阻抗變化公式，在這一基礎(chǔ)上對影響線圈阻抗變化各個因素進行對比，可以分離出各個因素對線圈阻抗影響效果。2.3渦流檢測儀器的結(jié)構(gòu)渦流傳感器（探頭）是依照檢測對象以及用途設(shè)計的，其外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)也因此大不相同，種類繁多。但是不管是哪一種渦流傳感器的結(jié)構(gòu)都是以激勵繞組、檢測繞組及其支架和外殼組成，根據(jù)需求，有一些還有磁芯、磁飽和器等。渦流傳感器的主要作用其一是在被檢測工件上建立一個或者多個交變的磁場，使得工件能夠產(chǎn)生渦流感應(yīng)。其二是在工件產(chǎn)生渦流感應(yīng)的情況下，采集到工件渦流感應(yīng)的信息，也就是采集工件材質(zhì)，質(zhì)量信息轉(zhuǎn)化為電信號給予儀器分析評價。在這兩個作用下，以及傳感器精確作用下，可以采集組成一個大數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫下便進行多種判斷。例如，對工件表面涂層厚度的檢測，以及表面以及近表面的探傷或者是對某些標(biāo)記進行識別。渦流傳感器的主要類型為內(nèi)穿過式、外穿過式和點式探頭。本次設(shè)計基于表面以及近表面簡單多平面的檢測，選擇使用點式陣列渦流傳感器，在條件穩(wěn)定以及理想的情況下，對渦流傳感器的信息變化分析便是對工件的具體情況的分析。2.4系統(tǒng)總體方案設(shè)計基于渦流檢測的原理以及對電路設(shè)計的理解，本次設(shè)計以檢測金屬導(dǎo)體表面以及近表面的缺陷為目的，在保證缺陷的檢出的同時進行多方面提升，在探頭部分以及軟件上進行研究。本文設(shè)計的陣列渦流儀器，利用以兩個電感線圈為一組，組內(nèi)電感線圈之間的渦流感應(yīng)差異組成差分電路來進行探測，使用差分電路是為了保證缺陷的檢出，差分電路在電橋平衡下可以排除線圈自身其他因素的干擾。當(dāng)兩個電感線圈間的差異發(fā)生波動時，即說明此時的渦流存在變化，提取這一差異信號作為被測對象分析方向。在這一基礎(chǔ)上，添加組數(shù)可以提高檢測效率。如果同時讓電感組啟動檢測，電感組之間會帶有一定的相互影響，所以要加上一個多路復(fù)用芯片，使電感組以一定可控可觀測的周期進行輪流啟動。利用軟件編程使電感組的檢測以可控可觀測的時間差進行調(diào)試，可以得到對應(yīng)組數(shù)信息，這一信息是電感的微妙變化，需要進行信號放大后才能得以利用，所以在后面再加上一個放大芯片，這樣經(jīng)過放大的信號可以更加明顯，出來既是檢測結(jié)果，最后顯示為阻抗分析圖。3渦流檢測硬件電路設(shè)計本文設(shè)計的渦流檢測系統(tǒng)為了集成整體電路，對電源以及檢測和采集部分都進行了設(shè)計。檢測電路部分分為電源模塊、探頭及其采集模塊、信號放大模塊。此外還有渦流檢測控制電路設(shè)計和渦流檢測采集電路設(shè)計。在設(shè)計上為了高包容性，沒有對檢測電路做出針對性的設(shè)計，而是為了之后可以更換多種類型探頭留下了可控空間。3.1渦流檢測電路設(shè)計本部分是電源模塊、探頭及其采集模塊、信號放大模塊的設(shè)計，這一部分是固定在檢測過程中，一般不需要對其進行變動。3.1.1電源模塊本文設(shè)計中，各類芯片需要供電電壓不同，且為了電壓的穩(wěn)定性，簡化設(shè)計為一個電源模塊，利用各類穩(wěn)壓器串聯(lián)為可提供不同的電源的電源模塊。分為高點位部分（+12V、+5V）與低點位（-12V、-5V）。具體設(shè)計方案為24V的電源適配器輸入24V的直流電，經(jīng)兩個DC-DC模塊分別得到±12V和±5V的供電，其中±12V的電源主要用來為多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）進行供電，+12V用來為差動放大器AD620芯片供電，如圖3.1所示。電源對整個系統(tǒng)影響很大，紋波大的電源將會給整個檢測系統(tǒng)引進噪聲，影響檢測的精度和準(zhǔn)確性，必須加以重視[3]。圖3.1電源模塊電路圖3.1.2探頭及其采集模塊渦流傳感器探頭以及采集模塊的設(shè)計是利用差分電路將單組探頭進行組合檢測。每一組探頭由兩個線圈組成，當(dāng)使用差分電路時，此時的兩個線圈是激勵線圈也是檢測線圈，采集的信號是兩個線圈之間的電信號變化，當(dāng)激勵信號加在線圈上時，兩個參數(shù)相同的線圈會產(chǎn)生相同的反應(yīng)。同時兩個線圈對正常工件以及相互影響下會達到動態(tài)平衡，檢測過程就是在找尋打破這個平衡的工件位置，如圖3.2所示。本次設(shè)計是利用多組探頭，而這些探頭是依組進行檢測，而且這個組數(shù)是可調(diào)可控的，如圖3.3所示。探頭為硬件的核心，本設(shè)計主要依靠探頭的穩(wěn)定變化進行，設(shè)計中采用的探頭以固定的電感進行匹配以及進行檢測，但激勵信號經(jīng)過電感時，電感會在被檢測對象上產(chǎn)生渦流。而被檢測對象內(nèi)部組織以及表面不連續(xù)性會影響電感對其的渦流形態(tài)。本次設(shè)計嘗試以六個電感組固定后進行檢測，用于檢測水平面類型的渦流檢測，如圖3.4所示。激勵部分和采集部分利用鎖相放大器自身的功能進行檢測，如圖3.5所示。圖3.2單探頭電路圖圖3.3多組探頭電路圖圖3.4多組探頭實物圖圖3.5MFLI鎖相放大器3.1.3信號放大模塊當(dāng)探頭組的信號出現(xiàn)明顯異常時，這個電信號代表著就是工件的特性或者缺陷。而這個信號往往是非常小的，無法直接處理分析。所以，在采取反饋的阻抗信號時，需要在后面加上一個信號放大器，這樣才可以得到更加明顯的阻抗信息。AD620芯片是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10000。引腳圖，如圖3.6所示。信號放大模塊利用差動放大器AD620芯片進行信號放大，其中放大倍數(shù)為20倍。在AD620的芯片上，采用了2K歐的控制電阻，以及使用±15V的電壓，經(jīng)過運算可以知道本信號放大模塊的放大倍數(shù)為20倍，本設(shè)計中，除了運用差動放大器對兩個電感（傳感器）的渦流信號差異進行放大外，設(shè)想于更加穩(wěn)定的信號放大，在輸出端設(shè)立電容以及二極管進行穩(wěn)定電路設(shè)計，如圖3.7所示。圖3.6AD620芯片引腳圖圖3.7AD620芯片電路圖3.2渦流檢測控制電路設(shè)計在本次設(shè)計中，使用的是多組探頭依次進行工作，這就需要一個控制端來進行協(xié)調(diào)。本設(shè)計中是使用多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）進行實現(xiàn)，在多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）的控制引腳上連接（NImyrio）控制器進行控制，如圖3.8所示。多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）是8位的集成芯片，只需要在控制引腳端輸入對應(yīng)的高低電水平信息，就可以在控制對應(yīng)的輸入輸出端的聯(lián)通。渦流檢測的控制電路，主要是基于陣列渦流探頭需要進行周期性變換檢測而設(shè)立的。在這一部分中，本設(shè)計使用了兩個多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A），控制對應(yīng)的兩個電感傳感器為一組的電感組進行檢測。其中多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）的控制引腳與控制器（NImyrio）進行連接配合。而每探頭組分別與兩個芯片相同對應(yīng)端口進行連接，此時只需要給予芯片對應(yīng)高電位信息就可以實現(xiàn)探頭組的檢測。此時電路的正常使用還需要通過軟件編程才能達到檢測效果。圖3.8多路復(fù)用電路芯片引腳圖3.3渦流檢測采集電路設(shè)計渦流檢測過程中，提取出來的電信號經(jīng)過放大后可以進行分析處理，而本設(shè)計在這一部分使用了MFLI鎖相放大器代替了信號的發(fā)生以及信號的提取轉(zhuǎn)換。本設(shè)計使用鎖相放大器的信號采集以及信號對比功能，將經(jīng)過信號放大模塊的輸出信號通過鎖相放大器，并與激勵信號進行匹配頻率后進行篩選正確信號，從而使的采集信號更為準(zhǔn)確。3.3.1鎖相放大器功能介紹本設(shè)計使用的是瑞士蘇黎世儀器公司(ZurichInstruments)開發(fā)的MFLI鎖相放大器,它除了對信號進行分析外，還具備著穩(wěn)定的中低頻的信號輸出。輸出信號波形、頻率以及大小都是可調(diào)的，本設(shè)計中的激勵信號使用的就是MFLI鎖相放大器的穩(wěn)定信號輸出。由此本設(shè)計中的單頻電磁渦流檢測儀使用MFLI鎖相放大器后可以做到使用不同頻率來檢測不同深度缺陷。這一功能是讓設(shè)計能夠順利進行的重點，也是讓設(shè)計實施范圍更加開闊的點睛之筆。MFLI鎖相放大器的信號采集功能非常強大，除了能對輸入信號分析得到信號的完整信息外，還能對信號進行降低干擾的處理。在設(shè)計實驗過程上，干擾信號的產(chǎn)生是不可避免的，而這些干擾信號極大的影響了實驗進行。所以說MFLI鎖相放大器的這一功能為本設(shè)計實驗奠定了基礎(chǔ)，使得實驗過程能夠具備穩(wěn)定的實驗數(shù)據(jù)。3.3.2鎖相放大器使用方法介紹MFLI鎖相放大器在本設(shè)計中作為激勵信號發(fā)生器以及信號采集器。作為激勵信號發(fā)生器時，將MFLI鎖相放大器輸出端口連接到線圈激勵輸入端，利用鎖相放大器自帶的操作系統(tǒng)就可以自由改變激勵信號的波形、頻率以及大小。作為信號采集器時，將放大信號以及原始激勵信號連接到MFLI鎖相放大器的輸入端和對比信號端，MFLI鎖相放大器會對輸入信號與對比信號進行乘法運算，將不在理論范圍內(nèi)的頻率變化剔除，剩下的信號就是本設(shè)計中研究的阻抗變化信號了。MFLI鎖相放大器在本設(shè)計是實驗開始的激勵信號器，也是匯總電路變化的信號采集器。4渦流檢測軟件設(shè)計4.1激勵信號采集對比信號采集得到電感組內(nèi)兩電感傳感器之間的感應(yīng)的渦流差異，這一信號由于是同一激勵信號，得到后的頻率不會發(fā)生改變，我們可以經(jīng)過電路后采集到信號的大小以及相位。這一切都是通過鎖相放大器后得到的直接數(shù)據(jù)，這一數(shù)據(jù)經(jīng)過與激勵信號采集進行對比，可以過濾一些偏差過大的虛假信號。4.2采集信號處理采集到的信號通過鎖相放大器后變?yōu)橹苯拥哪M數(shù)據(jù)（X分量，Y分量，σ角度）。而這些信號在初始狀態(tài)下并不為0，所以對于這一信號的處理需要提前在無缺陷處進行置零處理。將被測對象的無異常部分下采集到的信號置為零點。4.3基于Labview的軟件編程4.3.1控制卡部分編程多路復(fù)用芯片的控制引腳需要輸入正確的電水平信號，而這一部分的輸入由控制卡（NImyrio）產(chǎn)生。在軟件編程上，我們只需要對控制卡（NImyrio）寫入三個端口的電水平控制以及一個低點位的端口?？刂瓶ǎ∟Imyrio）是控制電感組的交替作用，這一部分編程需要提前在信號采集前控制且采集時不可以變動，那么在編程上直接將這一部分置于最前端且將采集信號的部分寫于控制部分下的子函數(shù)，以達到信號未采集前能得到穩(wěn)定的控制，如圖4.1所示。這一部分只需要控制卡（NImyrio）的四個引腳。本設(shè)計是利用LabVIEW寫入一個布爾，布爾打開時即為輸入高點位，關(guān)閉便是輸入低點位，如圖4.2所示。圖4.1控制卡（NImyrio）圖4.2控制卡部分編程圖4.3.2采集信號的平衡采集信號的初始狀態(tài)以及電路都無法達到理論狀態(tài)，在這一步需要另外設(shè)置零點。本設(shè)計中，平衡信號編程需要與檢測過程中在穩(wěn)定檢測上無異常階段進行采集無異常的信號作為初始狀態(tài)，并以這一信號為零點進行檢測。這一部分編程需要與采集信號配合，編程基于采集信號后進行加工。編程后需要將探頭放在無異常的工件位置，然后使其渦流感應(yīng)發(fā)生后對線圈產(chǎn)生影響，此時線圈的電信號就是平衡位置的信號。然后我們在渦流檢測平臺上的顯示板點擊平衡，此時運轉(zhuǎn)編程過程將記錄此時信號為零點。這便是平衡信號的編程思路，如圖4.3所示。圖4.3平衡部分示意圖4.3.3采集信號的分析采集信號與零點對比后，就是被測對象的檢測狀態(tài)。本設(shè)計中在采集信號與零點對比后，可以得到不同數(shù)據(jù)（X分量，Y分量，σ角度）。這一部分編程寫于采集信號后，并用變量進行儲存，如圖4.4所示。圖4.4采集信號編程部分4.3.4檢測結(jié)果的顯示檢測結(jié)果顯示用阻抗圖進行分析，這一部分不直接顯示模擬數(shù)字量是防止數(shù)字量難以進行觀察以及難以對比。顯示部分直接將對比后的信號數(shù)據(jù)（X分量，Y分量，σ角度）在阻抗分析圖上進行顯示，其中顯示部分編程需要對比信號采集后所儲存的變量，但又不能慢于控制端對于新采集信號的控制?？傮w上需要以顯示結(jié)果后在進行周期變換，如圖4.5、圖4.6所示。圖4.5測試編程系統(tǒng)平面圖4.5完整編程系統(tǒng)平面5渦流檢測裝置的組裝與檢測分析5.1檢測裝置的組裝本設(shè)計中，電路部分直接將芯片以及電感傳感器集合一塊電路板上。而電源模塊、控制器模塊以及鎖相放大器部分都是單獨的一部分。集成電板是將芯片以及電感傳感器焊接到電路板時，電源模塊直接依據(jù)電路原理圖焊接到另一塊電路板上，布置焊接軌跡是遵循基本電路的原則。焊接后的集成電板需要連接的供電線以及信號輸入輸出部分引線，這一部分引線牽引至電路板一邊。這一部分的引線分別接入電源模塊、控制器模塊以及鎖相放大器的輸入端。這一部分的組裝由于使用集成電路，并沒有過多的部分需要連接，如圖5.1所示。圖5.1單頻電磁渦流裝置實物圖5.2渦流檢測結(jié)果分析本次設(shè)計的檢驗部分由淺入深，在組裝好的第一步檢驗是檢驗渦流探頭的傳感器作用，分別對每個探頭進行不同測試，直接將磁場放置于探頭放置處等。第二步檢驗，測試在工件的不連續(xù)性上是否可以檢測出阻抗的變化，以及每組探頭的顯示是否正常，如圖5.2所示。當(dāng)實驗過程中，能夠穩(wěn)定的出現(xiàn)缺陷位置的阻抗變化后，在MFLI鎖相放大器上改變輸出的激勵信號的頻率以及大小，在不同深度缺陷位置進行多次調(diào)試。在這一過程上，不斷的實驗收集不同頻率對應(yīng)的最佳深度顯示情況。制作出最佳的檢測方案。綜合來說，本次單頻電磁渦流檢測儀電路設(shè)計在渦流檢測試塊上進行檢測，檢測結(jié)果十分明顯，說明單頻電磁渦流檢測儀電路設(shè)計是具備檢測功能的。圖5.2單頻電磁渦流檢測系統(tǒng)平面6結(jié)論本設(shè)計單頻電磁渦流儀電路設(shè)計使用了電阻、電容、線圈、AD620芯片、多路復(fù)用電路芯片（DG508ACJZVO801A25A）、控制卡（NImyrio）以及MFLI鎖相放大器，實現(xiàn)了在簡單平面上進行的渦流檢測。在學(xué)習(xí)渦流檢測技術(shù)以及實施電路設(shè)計的過程中，發(fā)現(xiàn)了渦流檢測依靠的電磁感應(yīng)并非那么難以觸及的。將不可直接探索的信息轉(zhuǎn)化為可以分析的電信號或者是變成模擬信號時，可能發(fā)現(xiàn)這些信號代表的不只是信號本身，也可能是某些材質(zhì)特性的反饋。善于分析這些可觀測的信息，可以知道不可直接觀測的某些特性。本設(shè)計實驗過程由于疫情沒能實施大范圍的擴展，但是在水平面的渦流檢測實行了一小部分，足以說明本次單頻電磁渦流儀電路設(shè)計是可行的。在多路復(fù)用電路芯