【畢業(yè)學(xué)位論文】基于ARM嵌入式系統(tǒng)的智能渦流探傷儀的研制-測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器

南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文基于海波申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專業(yè)：測(cè)試計(jì)量技術(shù)及儀器指導(dǎo)教師：任吉林20080501 摘 要 渦流檢測(cè)技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測(cè)方法渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電材料當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí)由于線圈磁場(chǎng)作用試件會(huì)感應(yīng)出渦流而渦流的大小相位及流動(dòng)形式又會(huì)受到材料導(dǎo)電性能等的影響檢測(cè)時(shí)由于導(dǎo)體自身各種因素導(dǎo)電率磁導(dǎo)率形狀尺寸缺陷等的變化導(dǎo)致感生電流變化利用這種變化來判斷導(dǎo)體性質(zhì)狀態(tài)在實(shí)際工程中利用渦流原理可以解決金屬材料探傷測(cè)厚分選等問題這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天機(jī)械汽車石化和鍋爐壓力容器等工業(yè)部門 本文研究的主要內(nèi)容為將文首先闡述了渦流檢測(cè)的基礎(chǔ)理論分析了影響渦流檢測(cè)的因素并進(jìn)一步對(duì)渦流檢測(cè)中檢測(cè)線圈阻抗進(jìn)行了分析指出影響線圈阻抗變化的各種因素對(duì)渦流檢測(cè)過程中的提離效應(yīng)抑制進(jìn)行了分析提出了利用相位轉(zhuǎn)換抑制提離的方法 論文接著分別對(duì)渦流檢測(cè)儀整機(jī)的硬件嵌入式系統(tǒng)的選擇軟件的設(shè)計(jì)整機(jī)組裝調(diào)試進(jìn)行了論述詳細(xì)的闡述了渦流檢測(cè)儀研制的整個(gè)過程 關(guān)鍵詞渦流檢測(cè) 嵌入式系統(tǒng) 檢測(cè)儀 is a on of to be by of s be by of of s so we it to of We in to of so of is in of is to to a In is of in We of s of in is of to In of of of in s is 昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明所呈交的碩士學(xué)位論文是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下在南昌航空大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果盡我所知論文中除已注明部分外不包含他人已發(fā)表或撰寫過的研究成果對(duì)本文的研究工作做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體均已在文中作了明確地說明并表示了謝意本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān) 簽名 日期 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書 本論文的研究成果歸南昌航空大學(xué)所有本論文的研究?jī)?nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表本人完全了解南昌航空大學(xué)關(guān)于保存使用學(xué)位論文的規(guī)定同意學(xué)校保留并向有關(guān)部門送交論文的復(fù)印件和電子版本允許論文被查閱和借閱本人授權(quán)南昌航空大學(xué)可以采用影印縮印或其他復(fù)制手段保存論文可以公布論文的全部或部分內(nèi)容同時(shí)授權(quán)中國(guó)科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到中國(guó)學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù) 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書 簽名 導(dǎo)師簽名 日期 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 1 第一章 緒 論 渦流無損檢測(cè)是五大常規(guī)無損檢測(cè)之一 本章闡述了渦流無損檢測(cè)的發(fā)展史與發(fā)展趨勢(shì) 介紹了國(guó)內(nèi)外渦流檢測(cè)儀的發(fā)展動(dòng)態(tài) 以及我國(guó)近幾年內(nèi)在渦流檢測(cè)儀上的發(fā)展?fàn)顩r 在此基礎(chǔ)上 提出了本課題的意義和價(jià)值 最后給出了課題的目標(biāo) 內(nèi)容及論文安排 損檢測(cè)技術(shù) ( 是指在材料 工件設(shè)備及結(jié)構(gòu)物不被破壞的前提下 利用它們的物理特性因缺陷的存在而發(fā)生變化的事實(shí) 測(cè)定其變化量 從而檢出其內(nèi)部是否存在缺陷 和缺陷的形狀 位置大小 嚴(yán)重程度和發(fā)展趨向等相關(guān)問題的一項(xiàng)科學(xué)技術(shù) 渦流法是無損檢測(cè)中常用的方法 它建立在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上 利用交變磁場(chǎng)作用下對(duì)不同材料有不同振幅和相位的渦流值來檢測(cè)鐵磁性和非鐵磁性材料的物理性能 結(jié)構(gòu)和冶金情況的差異性 從而發(fā)現(xiàn)裂縫 折疊 氣孔 夾雜和劃傷等缺陷1渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用可追溯到 1879 年 當(dāng)時(shí) 英國(guó)人休斯利用感生渦流的方法對(duì)不同金屬和合金進(jìn)行了判斷實(shí)驗(yàn) 但是 休斯以后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi) 渦流檢測(cè)技術(shù)發(fā)展緩慢 直到二戰(zhàn)后 才在少數(shù)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)和大企業(yè)中開始應(yīng)用渦流檢測(cè)設(shè)備 究其原因是 影響工件內(nèi)渦流場(chǎng)的因素較多 當(dāng)時(shí)尚未從理論和設(shè)備研制找到抑制干擾的有效方法 50 年代初 以德國(guó)福斯特為代表提出了利用 阻抗分析方法來鑒別渦流試驗(yàn)中各種影響因素的新見解 為渦流檢測(cè)機(jī)制的分析和設(shè)備研制提供了新的理論依據(jù) 渦流檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展得到實(shí)質(zhì)性的突破 并步入實(shí)用化的階段 作為近代五大常規(guī)無損檢測(cè)技 術(shù)之一的渦流檢測(cè)技術(shù) 與其他無損檢測(cè)技術(shù)相比 其主要特點(diǎn)是1檢測(cè)速度快 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 由于渦流檢測(cè)的基本原理是電磁感應(yīng) 渦流檢測(cè)只適用于能產(chǎn)生渦流的導(dǎo)電材料 渦流檢測(cè)線圈激勵(lì)后所形成的電磁場(chǎng)實(shí)質(zhì)是一種電磁波 具有波動(dòng)性和粒子性 所以檢測(cè)時(shí)傳感器不需要接觸工件 也不必在線圈與試件之間填充耦合劑 因此檢測(cè)速度快 對(duì)管 棒材的探傷每分鐘可檢查幾十米 對(duì)絲 線材的探傷每分鐘可達(dá)幾百米 甚至上千米 因此 易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè) 表面 亞表面缺陷檢出靈敏度高 由于感生渦流滲入被檢試件的深度與試南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 2 驗(yàn)頻率的平方根成反比 這個(gè)深度不大 因此 渦流檢測(cè)通常被認(rèn)為是一種檢測(cè)表面或近表面質(zhì)量的無損檢測(cè)技術(shù) 常用試驗(yàn)頻率的范圍為幾赫茲至幾兆赫茲特殊的可高達(dá)上百兆 能在高溫狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè) 由于高溫下的導(dǎo)電試件仍然具有導(dǎo)電性質(zhì) 渦流檢測(cè)不受材料溫度的影響 因此 可在該狀態(tài)下對(duì)導(dǎo)電體進(jìn)行檢測(cè) 如熱絲熱線 熱管 熱板 尤其重要的是當(dāng)加熱到居里點(diǎn)以上 鋼材消除了磁導(dǎo)率的影響 可以像非磁性金屬那樣 用渦流法進(jìn)行探傷 材質(zhì)試驗(yàn)以及進(jìn)行板厚 管壁厚或覆蓋膜層厚度的測(cè)量 多用途的檢測(cè)技術(shù) 對(duì)試件中渦流產(chǎn)生的影響因素主要有 金屬物體的電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率 試件的尺寸和形狀 線圈和試件間隙的大小 試件內(nèi)部的缺陷等因此 渦流可以應(yīng)用于多個(gè)不同的領(lǐng)域 除探傷外 還能測(cè)量工件的電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 晶粒尺寸 熱處理狀態(tài)和工件幾何尺寸 涂層 或鍍層 厚度 它適用于鐵磁性 非鐵磁性金屬或金屬工件的各種物理的 組織的冶金狀態(tài)檢測(cè) 因此 渦流方法與其他無損檢測(cè)方法相互補(bǔ)充 彌補(bǔ)了其他方法的不足在航空航天 冶金 機(jī)械 化工 核能等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用 特別是隨著電子技術(shù) 尤其是計(jì)算機(jī)和信息處理技術(shù)的發(fā)展 大大促進(jìn)了渦流檢測(cè)方法與設(shè)備的不斷更新和發(fā)展 將突破常規(guī)渦流儀使用中的某些局限 大大強(qiáng)化儀器的性能 1824 年加貝發(fā)現(xiàn)了渦流存在到現(xiàn)在 人們對(duì)渦流的研究已經(jīng)進(jìn)行了將近200 年時(shí)間 但是真正將渦流檢測(cè)應(yīng)用到工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中還要?dú)w功于 20 世紀(jì) 50 年代福斯特的創(chuàng)造性工作 當(dāng)時(shí) 德國(guó)的福斯特 表了許多的渦流論文提出了阻抗分析的理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果 開創(chuàng)了現(xiàn)代渦流檢測(cè)和理論研究的新階段此后 經(jīng)過理論和實(shí)踐雙方面的努力 渦流檢測(cè)才真正從實(shí)驗(yàn)階段發(fā)展到實(shí)用階段 逐步被工業(yè)所接受 各種類型和用途的儀器相繼問世 我國(guó) 60 年代開始開展渦流檢測(cè)的研究工作 并先后研制成功了一系列檢測(cè)系統(tǒng) 從最初的 管材探傷儀 隨著渦流檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用和推廣 國(guó)內(nèi)不少單位又相繼研制成功了多種型號(hào)的管材渦流探傷設(shè)備 如 列等5在 80 年代 隨著進(jìn)一步對(duì)渦流的認(rèn)識(shí) 許多國(guó)家在 阻抗分析法 的基礎(chǔ)上進(jìn)一步開展了渦流檢測(cè)的研究工作 使渦流檢測(cè)儀器的研制有一個(gè)飛躍 研制出的渦流檢測(cè)儀器從一維顯示發(fā)展到二維顯示更加準(zhǔn)確直觀反映出檢測(cè)的結(jié)果但是 由于當(dāng)時(shí)的數(shù)字芯片集成度不高 使檢測(cè)儀器的成本很高 價(jià)格很昂貴南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 3 這種技術(shù)的儀器只在部分非常重要的檢測(cè)場(chǎng)合使用 使這類的儀器在市場(chǎng)上數(shù)量很小 在某種程度上阻礙渦流技術(shù)在實(shí)際工程中的應(yīng)用 隨著對(duì)渦流技術(shù)的深入研究 各種新型的渦流技術(shù)被應(yīng)用到實(shí)踐中 如多頻渦流技術(shù) 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流技術(shù) 柔性陣列傳感器技術(shù) 技術(shù)的進(jìn)步進(jìn)一步促進(jìn)了儀器的發(fā)展 各種多頻渦流檢測(cè)儀 遠(yuǎn)場(chǎng)渦流儀也相繼出現(xiàn) 計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步也對(duì)渦流儀器的研究產(chǎn)生了很大的影響 集成電路技術(shù) 單片機(jī)技術(shù)也越來越多的使用到了渦流檢測(cè)儀器中 大大提高了儀器的檢測(cè)速度和可靠性6到 90 年代和 21 世紀(jì)初 隨著工業(yè)電腦的發(fā)展 很多渦流檢測(cè)儀器采用該技術(shù)應(yīng)用于開發(fā) 電腦式 的數(shù)字渦流檢測(cè)儀器和其他用途的設(shè)備 在國(guó)內(nèi) 以愛德森 廈門 電子有限公司為主導(dǎo)的集成度很高的數(shù)字化渦流檢測(cè)儀器 如現(xiàn)在用途較為廣泛的 列的數(shù)字渦流檢測(cè)設(shè)備 在便攜式儀器方面 我國(guó)自行研制與生產(chǎn)的早期便攜式渦流探傷儀有門第二電子儀器廠 和 軍第一研究所 等 這些儀器能檢測(cè)鐵與非鐵磁性零件的表面缺陷 并具有手動(dòng)提離補(bǔ)償能力 當(dāng) 為國(guó)際 20 世紀(jì) 70 年代水平 隨后 空一所又研制成功 國(guó)內(nèi)第一臺(tái)便攜式變頻渦流探傷儀 性能達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品 如美國(guó)司的 0 世紀(jì) 80 年代中期水平 為了進(jìn)一步改進(jìn)編寫式渦流儀的提離補(bǔ)償?shù)恼{(diào)整 南昌航空工業(yè)學(xué)院研制的 渦流儀 成功的利用單片機(jī)進(jìn)行控制 實(shí)現(xiàn)了提離效應(yīng)的自動(dòng)補(bǔ)償和零點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)整 性能與德國(guó) 20世紀(jì) 80 年代產(chǎn)品 當(dāng) 近年來愛德森公司和空軍第一研究所聯(lián)合研制的 能全數(shù)字渦流探傷儀 將先進(jìn)的 術(shù)與渦流檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合 成功的在渦流檢測(cè)儀上實(shí)現(xiàn)了阻抗平面顯示和時(shí)基掃描 但是從國(guó)內(nèi)總體研究來看 儀器的便攜性與智能化方面并不十分理想 儀器體積偏大 不便于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的攜帶 現(xiàn)代的便攜式探傷儀大都采用單片機(jī)做控制處理 在編寫程序方面比較簡(jiǎn)單而且成本低 但是對(duì)于編寫復(fù)雜的系統(tǒng) 單片機(jī)有點(diǎn)困難 同時(shí)由于單片機(jī)大都為 8 位機(jī) 且處理速度一般不會(huì)高于 50測(cè)速度普遍不高 而且對(duì)于使用電池供電的便攜式儀器來說功耗比較大 不利于便攜式儀器的野外長(zhǎng)時(shí)間使用 本課題研究采用 處理器 在速度上 00據(jù)字長(zhǎng) 32 位 是單片機(jī)的四倍 在處理優(yōu)勢(shì)上為以后的進(jìn)一步發(fā)展留于余量 在耗電量上 理器內(nèi)核采用 電 待機(jī)電流最低只有 3部資源包括齊全 如 以太網(wǎng) 音頻 形驅(qū)動(dòng)等多媒體功能 采用高速 理器與嵌入式系統(tǒng)相結(jié)合 真正實(shí)現(xiàn)儀器的智能化 小型化 人性化7 8 9南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 4 流檢測(cè)技術(shù)是建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的一種無損檢測(cè)方法 渦流檢測(cè)適用于導(dǎo)電材料 當(dāng)載有交變電流的檢測(cè)線圈靠近導(dǎo)電試件時(shí) 由于線圈磁場(chǎng)作用 試件會(huì)感應(yīng)出渦流 而渦流的大小 相位及流動(dòng)形式又會(huì)受到材料導(dǎo)電性能等的影響 檢測(cè)時(shí)由于導(dǎo)體自身各種因素 導(dǎo)電率 磁導(dǎo)率 形狀 尺寸 缺陷等 的變化導(dǎo)致感生電流變化 利用這種變化來判斷導(dǎo)體性質(zhì) 狀態(tài) 在實(shí)際工程中利用渦流原理可以解決金屬材料探傷 測(cè)厚 分選等問題 使這種技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空 航天 機(jī)械 汽車 石化和鍋爐壓力容器等工業(yè)部門1,2當(dāng)前 渦流檢測(cè)技術(shù)已成為五種常規(guī)無損檢測(cè) 技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分 ,隨著工業(yè)的發(fā)展 ,特別是航空 ,核工業(yè)等對(duì)渦流檢測(cè)提出了更高的要求 ,同時(shí) ,隨著電子技術(shù) ,尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展 ,渦流檢測(cè)方法和設(shè)備也在不斷地改進(jìn)和更新 渦流檢測(cè)在準(zhǔn)確性 ,可靠性和重復(fù)性方面都取得了快速的發(fā)展 渦流設(shè)備正朝著智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展 ,儀器性能不斷的穩(wěn)定和完善 嵌入式技術(shù)也是近些年來得到快速發(fā)展和應(yīng)用的計(jì)算機(jī)技術(shù) 嵌入式技術(shù)是以應(yīng)用為中心 以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ) 軟硬件可剪裁 適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能 可靠性 成本 體積 功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)10由于嵌入式系統(tǒng)具的這些優(yōu)點(diǎn) 近些年 嵌入式系統(tǒng)在軍事國(guó)防 消費(fèi)電子 信息家電 網(wǎng)絡(luò)通信工業(yè)控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用 本課題將基于 嵌入式系統(tǒng)引入渦流檢測(cè)設(shè)備中 會(huì)使的檢測(cè)方式更加的智能化 檢測(cè)設(shè)備更加的小型化 檢測(cè)過程更加的人性化 制出一臺(tái)掌上型全數(shù)字化渦流檢測(cè)儀 具有檢測(cè)速度快 體積小 功耗低操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn) 該檢測(cè)儀擬具有以下指標(biāo) 1 尺寸 80 110 40 2 激勵(lì)頻率 100調(diào) 3 增益 10 進(jìn) 0.5 4 報(bào)警方式 扇形 方框 并且報(bào)警區(qū)域可調(diào) 5 顯示方式 時(shí)基掃描顯示或阻抗平面顯示 6 屏幕顯示 彩色 3207 可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和圖形 并可查看 回放 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第一章 緒論 5 8 電池采用高容量可充電鋰電池供電 9 工作溫度范圍 0 據(jù)此 課題擬以下面幾個(gè)方面來開展 (1) 提離效應(yīng)抑制方法研究與軟硬件的實(shí)施 (2) 渦流檢測(cè)儀檢測(cè)探頭設(shè)計(jì) (3) 渦流檢測(cè)儀硬件電路設(shè)計(jì) 制板 調(diào)試 (4) 統(tǒng)的移植 形界面支持系統(tǒng)的安裝 渦流檢測(cè)程序的編寫與調(diào)試 章小結(jié) 本章綜述了電渦流檢測(cè)技術(shù)與應(yīng)用的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 論述了渦流檢測(cè)儀的發(fā)展過程及發(fā)展趨勢(shì) 闡述了渦流檢測(cè)對(duì)于國(guó)家工業(yè)發(fā)展的重要意義 介紹了嵌入式系統(tǒng)與新型 理器在渦流檢測(cè)儀的中使用 結(jié)合課題項(xiàng)目給出了本論文的總體框架 提出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 渦流無損檢測(cè)理論基礎(chǔ) 6 第二章 渦流無損檢測(cè)理論基礎(chǔ) 于電磁感應(yīng) 當(dāng)金屬處在變化著的磁場(chǎng)中或相對(duì)于磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí) 金屬體內(nèi)會(huì)感生出漩渦狀流動(dòng)的電流 稱為渦流 渦流檢測(cè)是渦流效應(yīng)的一項(xiàng)重要應(yīng)用其原理如圖 2示 在圖 (a)中 線圈 1 接交流電源 線圈 2 接上負(fù)載 成回路 當(dāng)線圈 1 中電流變化時(shí) (a) (b) 由于互感 線圈 2 中產(chǎn)生變化的感生電動(dòng)勢(shì)和感生電流 又由于互感 線圈 2 中變化的感生電流又在線圈 1 中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì) 使線圈 1 中的電流發(fā)生變化 若改變線圈 2 中負(fù)載 線圈 1 中的電流會(huì)隨著發(fā)生變化 根據(jù)歐姆定律 線圈 1 中的電流與電壓關(guān)系為 111 2式中1E 兩端的電壓 1I 中的電流 1Z 中的阻抗 由上式可知 當(dāng)電源電壓1E 一定時(shí) 電流1I 隨阻抗1Z 增大而減小 因此測(cè)出線圈 1 中電流1I 的變化 便可得知其阻抗1Z 的變化 進(jìn)而探知線圈 2 中負(fù)載 變化 若用金屬塊來代替線圈 2 如圖 (b)所示 當(dāng)線圈中電流變化時(shí) 由于電磁感應(yīng) 則會(huì)在金屬試塊中產(chǎn)生渦流 渦流的大小 分布 等與金屬試塊的狀況有圖 2流檢測(cè)的原理 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 渦流無損檢測(cè)理論基礎(chǔ) 7 關(guān) 當(dāng)金屬試塊中存在缺陷或電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率等物理性能發(fā)生變化時(shí) 試塊中的渦流就會(huì)發(fā)生變化 而渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)反作用于線圈 使線圈阻抗發(fā)生變化 因此 測(cè)定線圈阻抗的變化 就可得知金屬試塊中缺陷或其他物理性能變化的情況 流檢測(cè)中 工件要檢測(cè)的信號(hào)是來自檢測(cè)線圈的阻抗或次級(jí)線圈感應(yīng)電壓的變化 由于影響阻抗和電壓的因素很多 各因素的影響程度不同 因此 要從這諸多的因素中提取出有意義的檢測(cè)信號(hào) 渦流檢測(cè)設(shè)備必須具備對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理的功能 以達(dá)到消除干擾信號(hào)的目的 在渦流檢測(cè)的發(fā)展過程中 曾經(jīng)提出過多種消除干擾因素的手段和方法 但直到阻抗分析法的引進(jìn) 才使渦流檢測(cè)技術(shù)得到了重大的突破和廣泛應(yīng)用 阻抗分析法是以分析渦流效應(yīng)引起線圈阻抗的變化及相位變化之間的密切關(guān)系為基礎(chǔ) 從而鑒別各影響因素效應(yīng)的一種分析方法 從電磁波傳播的角度來看 這種方法實(shí)質(zhì)上是根據(jù)信號(hào)有不同相位延 遲的原理來區(qū)別工件中的不連續(xù)性 因?yàn)樵陔姶挪ǖ膫鞑ミ^程中 相位延遲是與電磁信號(hào)進(jìn)入導(dǎo)體中的不同深度和折返來回所需的時(shí)間聯(lián)系在一起的 到目前為止 阻抗分析法仍然是渦流檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的一種方法 在阻抗分析法的發(fā)展過程中 由于福斯特的開拓工作和實(shí)用性資料的積累 在一般的實(shí)際應(yīng)用中 以福斯特建立的阻抗分析法表述較為著稱 下面依照該法進(jìn)行討論 (一 ) 渦流簡(jiǎn)化模型 在實(shí)驗(yàn)中 采用的是空心放置式線圈 即放置在試件表面上進(jìn)行渦流檢測(cè)的線圈 又稱點(diǎn)式線圈或探頭 下面就針對(duì)這種線圈進(jìn)行分析 一般情況下 這種檢測(cè)線圈即產(chǎn)生激勵(lì)渦流的磁場(chǎng)又接受渦流的反磁場(chǎng) 它的主件是一只固定于框架上的扁平線圈 如圖 2示 圖 2渦流傳感器原理圖 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 渦流無損檢測(cè)理論基礎(chǔ) 8 當(dāng)檢測(cè)線圈端平行的靠近被檢測(cè)導(dǎo)體表面時(shí) 線圈中的激勵(lì)電流 在導(dǎo)體中就激發(fā)出渦流 i 若平面導(dǎo)體比線圈端面大得多 其中的渦流可看成無數(shù)個(gè)載流螺線圈 而每個(gè)螺線圈的渦流是不同的 且同一個(gè)螺線管上渦流也是不同 這些渦流激發(fā)的反磁場(chǎng) H 傳遞了有關(guān)被測(cè)導(dǎo)體的物理性質(zhì)電導(dǎo)率 磁導(dǎo)率 及導(dǎo)體表面處不連續(xù)性的信息 渦流的反磁場(chǎng)作用于檢測(cè)線圈 使其阻抗發(fā)生變化 這個(gè)變化是由于渦流效應(yīng)引起的 它包含了被測(cè)導(dǎo)體中的有關(guān)信息 (二 )等效電路 當(dāng)被測(cè)導(dǎo)體簡(jiǎn)化成一個(gè)渦流環(huán)后 則檢測(cè)線圈與渦流環(huán)的等效電路如圖 2示 這是人們熟悉的空心變壓器的等效電路1用相量表示電流 電壓 在圖 2b) 中 由回路電流法得 =+=+0)()(222112111式中1別是線圈空載狀態(tài) 即不與導(dǎo)體耦合 時(shí)的線圈損耗電阻和線圈的自感2渦流環(huán)的電阻和電感 M 是線圈與渦流環(huán)之間的互感 令111111=+= 線圈空載阻抗11=為空載的感抗 222222=+= = 為渦流環(huán)的感抗 12稱為耦合電抗 式 2化為 1212111= 0222112=+解得 (a) (b) 圖 2測(cè)線圈與渦流環(huán)的等效電路 圖 2測(cè)線圈等效電路 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第二章 渦流無損檢測(cè)理論基礎(chǔ) 9 11111222111222121111+=2由式 2以畫出檢測(cè)線圈的等效電路 如圖 2示 它是由檢測(cè)線圈的自阻抗和因與渦流環(huán)耦合增加的阻抗11Z 串聯(lián)而成11Z 稱為渦流環(huán)對(duì)檢測(cè)線圈的反射阻抗 它反映了被測(cè)導(dǎo)體上的渦流場(chǎng)對(duì)檢測(cè)線圈的影響 引入了反射阻抗11Z 以后 我們就把檢測(cè)線圈與渦環(huán)兩個(gè)本來相連的耦合回路 見圖 2題變成了單個(gè)等效檢測(cè)線圈回路問題 (三 反射阻抗與視在阻抗 22222211+= 式中R 和X 稱為渦流環(huán)對(duì)檢測(cè)線圈反射電阻和反射電抗 且有 222222= 2222222= 2由式 2以看出 反射電抗 0改為15200,2M 體含義為控制串口為口 串口速率為 115200存大小為 32 / 備 這里主要根據(jù)自己的開發(fā)板或儀器的配置來設(shè)置 擇 于目標(biāo)板上沒有 以去掉 對(duì) 支持掉 修改內(nèi)核支持的 小 改為自己的 建時(shí)指定的大小 配置完內(nèi)核之后 內(nèi)核仍然以源代碼的方式存在 不能直接下載到嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)行 因此 必須對(duì)內(nèi)核進(jìn)行編譯 生成最終在目標(biāo)板上運(yùn)行的可執(zhí)行代碼 編譯內(nèi)核分以下三步進(jìn)行 (1)執(zhí)行以下命令正確設(shè)置編譯內(nèi)核所需的附屬文件 進(jìn)行依賴性編譯 # 4核配置界面 圖 4核配置界面 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 45 (2)執(zhí)行以下命令 刪除原來的編譯結(jié)果以及一些舊的數(shù)據(jù)文件 #3)執(zhí)行以下命令 生成可執(zhí)行內(nèi)核映像文件 : #成上述命令之后會(huì)在 /生成一個(gè)內(nèi)核映像文件 后通過 絡(luò)協(xié)議就可以下載內(nèi)核到 執(zhí)行 文件系統(tǒng)的建立32文件系統(tǒng)是指在一個(gè)物理設(shè)備上的任何文件組織和目錄 它構(gòu)成了 統(tǒng)上所有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ) 序 庫(kù) 系統(tǒng)文件和用戶文件都駐留其中 因此它是系統(tǒng)中龐大復(fù)雜且又是最為基本和重要的資源 對(duì)于一個(gè)嵌入式系統(tǒng) 僅包含內(nèi)核是不夠的 還必須有文件系統(tǒng)的支持 持的文件系統(tǒng)有很多種比如 件系統(tǒng) ,初的 件系統(tǒng) ),件系統(tǒng) ), 網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) ), 高性能文件系統(tǒng) ), 件系統(tǒng) ) 速文件系統(tǒng) )等等 通常在 采用的文件系統(tǒng)構(gòu)成如圖 4示 圖 4常用文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 表 4目錄的基本功能 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 46 是通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口另一條是通過文件管理器接口 設(shè)備驅(qū)動(dòng)的接口 是從文件管理器 繼承下來的 所以這些 有 ,等與文件 似的接口 導(dǎo)啟動(dòng)時(shí) 默認(rèn)使用的文件系統(tǒng)是根文件系統(tǒng) 對(duì)于 來說 根文件系統(tǒng)一般在本地磁盤中 而對(duì)嵌入式系統(tǒng)來說 一般以其它形式存在 是指使用系統(tǒng)的一部分內(nèi)存空間來模擬一個(gè)用戶熟悉的磁盤分區(qū) 用戶在 進(jìn)行的所有操作都與傳統(tǒng)的磁盤文件操作一樣 兩種 一種可以格式化 加載 但是大小固定 這在 已經(jīng)支持 另一種是內(nèi)核 支持的 通過 者 們不能被格式化 但大小可以隨所需的空間而增加或減少 比較靈活 在嵌入式 可以作為根文件系統(tǒng)的設(shè)備有很多 除了上述 的虛擬文件系統(tǒng) 有 的只讀文件系統(tǒng) 以加載到本機(jī)的網(wǎng)絡(luò)文件系統(tǒng) 有在 實(shí)現(xiàn)的可讀寫文件系統(tǒng) 等 根文件系統(tǒng)都至少包含以下幾項(xiàng) (1)基本文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) (2)至少包含目錄 / 這些目錄的功能如圖所示 目錄 描述 放基本的命令 靜態(tài)文件 放設(shè)備文件 統(tǒng)配置文件 本的共享庫(kù)和內(nèi)核文件 件系統(tǒng)的臨時(shí)掛載點(diǎn) 移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的掛載點(diǎn) 外的應(yīng)用程序軟件包 本的系統(tǒng)命令 時(shí)文件 級(jí)文件系統(tǒng)架構(gòu) 放變動(dòng)性的數(shù)據(jù) 戶主目錄 可選 戶主目錄 可選 統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)服務(wù) 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 47 (3)一些基本的應(yīng)用程序和命令支持 如 ls mv 等 (4)最低限度的配置文件支持 如 rc (5)最基本的設(shè)備支持 如 /* / (6)程序運(yùn)行所需的基本庫(kù)函數(shù) 對(duì)于嵌入式 說 最常用的根文件系統(tǒng)是 文也采用 果從頭開始制作 要建立根文件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 準(zhǔn)備鏈接庫(kù) 使用 作系統(tǒng)應(yīng)用程序 準(zhǔn)備所需的設(shè)備文件等等 過程比較繁瑣 一般情況下可以從開發(fā)系統(tǒng)提供商那里獲得一個(gè)已經(jīng)做好的 后根據(jù)自身系統(tǒng)的實(shí)際要求對(duì)已有的 行增減 移植一個(gè)新的 基本過程如下 (1)解壓 d 2)將 載到指定目錄 比如 #o 樣我們就能在 錄下看到 包含的各個(gè)子系統(tǒng)了 比 如 /等 (3)往相應(yīng)目錄中復(fù)制或刪減部分文件 得到自己所需要的配置 并對(duì)新的行壓縮 (4)寫在目錄 連接 #此 得到了 核和根文件系統(tǒng) 一個(gè)基本的嵌入式 統(tǒng)就構(gòu)建成功了 在 動(dòng)后 通過 關(guān)命令將內(nèi)核映像文件和根文件系統(tǒng)下載到目標(biāo)板的 就可以在目標(biāo)板上運(yùn)行嵌入式 作系統(tǒng)了 章主要介紹了嵌入式系統(tǒng)的選擇與配置 包括常用的一些嵌入式操作系統(tǒng)的介紹 嵌入式系統(tǒng)的組成 入式操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 及 入式操作系統(tǒng)的配置與移植 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 48 桌 面 管 理 系 統(tǒng)用 戶 模 型窗口模型顯示模型操作系統(tǒng)硬件平臺(tái)第五章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 前幾章章我們介紹了便攜式渦流檢測(cè)儀的硬件電路與嵌入式操作系統(tǒng)的移植 在此基礎(chǔ)之上 本章將分層次介紹基于嵌入式操作系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 包括形界面操作系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)程序的編寫 應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)等一系列軟件設(shè)計(jì) 3 34嵌入式系統(tǒng)的出現(xiàn)至今己經(jīng)有 30 多年的歷史了 嵌入式技術(shù)也歷經(jīng)了幾個(gè)發(fā)展階段 隨著后 代的到來 嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用要求越來越高 應(yīng)用范圍越來越普及 這樣 字符界面和簡(jiǎn)單的圖形界面不再能滿足一些嵌入式系統(tǒng)的要求 而現(xiàn)在有些嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)具有類似于 的美觀華麗的 面 縮寫 即圖形用戶界面 這是用于提高人機(jī)交互友好性 易操作性的計(jì)算機(jī)程序 它是建立在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)上的產(chǎn)物 圖形用戶界面是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的重大成就之一 它極大地方便了非專業(yè)用戶的使用 人們不再需要死記硬背大量的命令 而可以通過窗口 菜單方便地進(jìn)行操作計(jì)算機(jī) 或嵌入式產(chǎn)品 目前較為流行的嵌入式 一個(gè)圖形用戶界面系統(tǒng)通常由三個(gè)基本層次組成 它們是顯示模型 窗口模型和用戶模型 用戶模型包含了顯示和交互的主要特征 因此圖形用戶界面這一圖 5圖形用戶界面系統(tǒng) 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 49 術(shù)語有時(shí)也僅指用戶模型 圖 5出了圖形用戶界面系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu) 5由北京飛漫軟件技術(shù)有限公司開發(fā)的 國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的幾大國(guó)際知名自由軟件之一 面向?qū)崟r(shí) (入式系統(tǒng)的輕量級(jí)圖形用戶界面支持系統(tǒng) 1999 年初遵循 款發(fā)布第一個(gè)版本以來 廣泛應(yīng)用于手持信息終端 機(jī)頂盒 工業(yè)控制系統(tǒng)及工業(yè)儀表 便攜式多媒體播放機(jī) 查詢終端等產(chǎn)品和領(lǐng)域 目前 成為跨操作系統(tǒng)的圖形用戶界面支持系統(tǒng)可在 操作系統(tǒng)以及 臺(tái)上運(yùn)行 ; 己驗(yàn)證的硬件平臺(tái)包括 68K(等等 幾乎所有的 碼都采用 C 語言開發(fā) 提供了完備的多窗口機(jī)制和消息傳遞機(jī)制以及眾多控件和其它 素 支持各種流行圖像文件以及 外 比較其它的 統(tǒng) 其引人矚目的特性和技術(shù)創(chuàng)新主要有 : (1) 一個(gè)輕量級(jí)的圖形系統(tǒng) ; (2) 完善的對(duì)中日韓文字 輸入法的多體字和多字符集支持 ; (3) 提供圖形抽象層 (及輸入抽象層 (以適應(yīng)嵌入式系統(tǒng)各種顯示和輸入設(shè)備 ; (4) 提供 種不同架構(gòu)的版本以滿足不同的嵌入式操作系統(tǒng) ; (5) 提供了豐富的應(yīng)用軟件 其商業(yè)版本提供了手機(jī) 產(chǎn)品 媒體及機(jī)頂盒類產(chǎn)品以及工業(yè)控制方面的諸多程序 ; 6 37應(yīng)用程序定義了一組輕量級(jí)的窗口和圖形設(shè)備接口 利用這些接口 每個(gè)應(yīng)用程序可以建立多個(gè)主窗口 然后在這些主窗口中創(chuàng)建按鈕 編輯框等控制 為用戶提供了豐富的圖形功能 以顯示各種格式的位圖并在窗口中繪制復(fù)雜圖形 嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系如圖 5示 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 50 基于 的 可移植層 可將特定操作系統(tǒng)及底層硬件的細(xì)節(jié)隱藏起來 而上層應(yīng)用程序則無需關(guān)心底層的硬件平臺(tái)輸出和輸入設(shè)備 另外有的運(yùn)行模式 (進(jìn)程 線程 )概念 也為跨操作系統(tǒng)的支持提供了便利與 樣的類 作系統(tǒng)相比 一般意義上的傳統(tǒng)嵌入式操作系統(tǒng)具有一些特殊性 舉例而言 諸如 S- 操作系統(tǒng)通常運(yùn)行在沒有 存管理單元 用于提供虛擬內(nèi)存支持 )的 ;這時(shí)往往就沒有進(jìn)程的概念 而只有線程或者任務(wù)的概念 這樣 統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境也就大相徑庭29因此 為了適合不同的操作系統(tǒng)環(huán)境 我們可將 (l)行在 的程序可以在不同的線程中建立多個(gè)窗口 但所有的窗口在一個(gè)進(jìn)程或者地址空間中運(yùn)行 這種運(yùn)行模式非常適合于大多數(shù)傳統(tǒng)意義上的嵌入式操作系統(tǒng) 比如 S- 等 當(dāng)然 在 能以模式運(yùn)行 (2) 反 的每個(gè)程序是單獨(dú)的進(jìn)程 每個(gè)進(jìn)程也可以建立多個(gè)窗口 合于具有完整性的嵌入式操作系統(tǒng) 比如嵌入式 (3)種運(yùn)行模式下 以以獨(dú)立進(jìn)程的方式運(yùn)行 既不需要多線程也不需要多進(jìn)程的支持 這種運(yùn)行模式適合功能單一的應(yīng)用場(chǎng)合 比如在一些使用 嵌入式產(chǎn)品中 因?yàn)楦鞣N原因而缺少線程庫(kù)支持 或者線程庫(kù)存在缺陷 這時(shí) 就可以使用 開發(fā)應(yīng)用軟件 但不論采用哪種運(yùn)行模式 上層應(yīng)用軟件提供了最大程度上的一致性 只有少數(shù)幾個(gè)涉及初始化的接口在不同運(yùn)行模式上有所不同 68嵌入式系統(tǒng)的關(guān)系圖 南昌航空大學(xué)碩士學(xué)位論文 第五章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 51 體軟件層設(shè)計(jì) 應(yīng)用程序件系統(tǒng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序等底層接口硬件設(shè)備其他內(nèi)核組件用戶層核心層硬件層系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)將以嵌入式 核心系統(tǒng) 調(diào)用 發(fā)包設(shè)計(jì)圖形用戶界面 然后用 C 語言開發(fā)后端程序模塊來實(shí)現(xiàn)渦流檢測(cè)系統(tǒng)的信息傳遞數(shù)據(jù)采集 文件傳輸 圖形顯示和設(shè)備控制等功能 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 5示 該系統(tǒng)應(yīng)用程序是建立在基于操作系統(tǒng)與 形界面支持系統(tǒng)之上的 其中直接與底層硬件接觸的是設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序 包括鍵盤 顯示屏 器件 渦流檢測(cè)儀的軟件主要有兩個(gè)部分組成 一個(gè)是建立在嵌入式操作系統(tǒng)之上的應(yīng)用程序 它主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)監(jiān)控 人機(jī)界面的對(duì)話 對(duì)采樣數(shù)據(jù)的濾波程序?qū)u流采樣值進(jìn)行提離抑制 渦流檢測(cè)圖形顯示及其他功能的控制等 另一個(gè)存在于操作系統(tǒng)內(nèi)核中的底層驅(qū)動(dòng)程序 包