基于LabVIEW的電磁渦流阻抗信號(hào)的分析與顯示

基于LabVIEW的電磁渦流阻抗信號(hào)的分析與顯示基于LabVIEW的電磁渦流阻抗信號(hào)的分析與顯示摘要電磁渦流檢測(cè)方法是無(wú)損檢測(cè)的主要方法之一，用于檢測(cè)導(dǎo)電性材料，無(wú)需耦合，檢測(cè)起來(lái)十分方便并能節(jié)省時(shí)間。本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)是與另外一個(gè)同學(xué)合作設(shè)計(jì)出一個(gè)六組差分探頭的電磁渦流探傷儀器。本人的主要任務(wù)是軟件部分，即利用LabVIEW設(shè)計(jì)出一套可用于六組差分探頭電磁渦流探傷儀器的信號(hào)的分析與顯示的程序。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的探頭部分將使用六組電感線圈和ADG508ACJZ多路復(fù)用芯片以及AD620放大芯片構(gòu)成一個(gè)六組差分探頭，其中AD620放大芯片做前置放大器；之后利用MFLI鎖相放大器和數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行信號(hào)的提取與A/D轉(zhuǎn)換；最后利用基于LabVIEW軟件的編程對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析與顯示。關(guān)鍵詞：虛擬儀器；LabVIEW；差分探頭；渦流檢測(cè)AnalysisandDisplayofElectromagneticEddyCurrentImpedanceSignalbasedonLabVIEWAbstractElectromagneticeddycurrenttestingisoneofthemainmethodsofnondestructivetesting.Itisusedtodetectconductivematerialswithoutcoupling.Itisveryconvenientandcansavetime.Mygraduationprojectistodesignanelectromagneticeddycurrentflawdetectioninstrumentwithsixgroupsofdifferentialprobesincooperationwithanotherstudent.Mymaintaskisthesoftwarepart,thatis,usingLabVIEWtodesignasetofprogramsthatcanbeusedtoanalyzeanddisplaythesignalsofsixgroupsofdifferentialprobeelectromagneticeddycurrentinspectioninstruments.Theprobepartofthisgraduationprojectwillusesixgroupsofinductancecoils,ADG508ACJZmultiplexingchipandAD620amplifierchiptoformasixgroupsofdifferentialprobes,inwhichtheAD620amplifierchipisusedasapreamplifier.Afterthat,MFLIphase-lockedamplifieranddataacquisitioncardareusedtoextractandA/Dconvertsignals.Finally,theprogrambasedonLabVIEWsoftwareisusedtoanalyzeanddisplaythedigitalsignal.Keywords:Virtualinstruments;LabVIEW;Differentialprobe;Eddycurrenttesting目錄TOC\o"1-3"\h\u300891前言 前言1.1電磁渦流檢測(cè)介紹電磁渦流檢測(cè)無(wú)損檢測(cè)五大常規(guī)檢測(cè)方法方法之一，與其他檢測(cè)方法相比，電磁渦流檢測(cè)可以不接觸物體表面而對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，是一種非接觸式的檢測(cè)方式，其利用的原理是電渦流效應(yīng)。電渦流效應(yīng)是指當(dāng)傳感線圈中通有交變電流時(shí)，會(huì)在傳感線圈周圍產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，當(dāng)傳感線圈靠近被測(cè)工件時(shí)，會(huì)使被測(cè)工件內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，電渦流也將產(chǎn)生一個(gè)與傳感線圈磁場(chǎng)方向相反的新磁場(chǎng)，從而反過(guò)來(lái)影響傳感線圈，使傳感線圈電感量、阻抗等發(fā)生變化。因此，當(dāng)被測(cè)工件表面或者內(nèi)部有缺陷時(shí)，將會(huì)引起工件的電阻率、磁導(dǎo)率發(fā)生變化，從而使傳感線圈的阻抗發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量傳感線圈的阻抗的變化就能得知被測(cè)工件是否有缺陷。按需要檢測(cè)的工件的形狀不同，可以使用不同形式的線圈,通常有探頭式線圈、插入式線圈和穿過(guò)式線圈3種形式的線圈。探頭式線圈方便用于對(duì)工件進(jìn)行局部探測(cè)，將探頭式線圈放置在金屬板或弧度大的管上即可，可用于檢查飛機(jī)渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片上的疲勞裂紋；插入式線圈也叫內(nèi)部探頭，常用插入式線圈檢測(cè)各種管道內(nèi)壁的腐蝕程度等；穿過(guò)式線圈常用來(lái)檢測(cè)管材外壁、棒材和線材等，使用時(shí)將被測(cè)工件按穩(wěn)定的速度通過(guò)線圈。渦流法主要用來(lái)檢測(cè)生產(chǎn)線上的金屬管、棒、線以及大批量的零件如軸承鋼球、汽門等，也可用來(lái)測(cè)量涂膜和鍍層的厚度。渦流檢測(cè)既有優(yōu)點(diǎn)又有缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是渦流檢測(cè)檢測(cè)工件時(shí)不需要接觸工件，操作起來(lái)干凈方便，易于自動(dòng)化，同時(shí)對(duì)表面缺陷也比較敏感，用于檢測(cè)表面缺陷相當(dāng)合適；但是電磁渦流檢測(cè)只能夠檢測(cè)導(dǎo)體，且對(duì)比較深的缺陷很不敏感，使得渦流檢測(cè)具有一定的局限性。1.2本課題國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及對(duì)所研究問(wèn)題的認(rèn)識(shí)渦流檢測(cè)作為一種方便快速的檢測(cè)方法，被現(xiàn)代工業(yè)廣泛應(yīng)用，尤其在航空等領(lǐng)域。隨著工業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代科技的廣泛應(yīng)用，使得多數(shù)檢測(cè)工作都需要在線檢測(cè)，智能性渦流檢測(cè)儀，是現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的必然產(chǎn)物。信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得很多虛擬產(chǎn)物得以發(fā)展，各種虛擬語(yǔ)言、軟件被應(yīng)用于各種地方，虛擬儀器也是在這種環(huán)境下誕生的。虛擬儀器可以使用計(jì)算機(jī)的顯示功能模擬出傳統(tǒng)儀器的顯示面板，同時(shí)虛擬儀器可以運(yùn)用各種軟件功能來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)下位機(jī)硬件的控制，節(jié)約了成本，也省去了制造硬件所需要的開(kāi)支。LabVIEW是由美國(guó)儀器（NI）公司開(kāi)發(fā)的圖形化程序開(kāi)發(fā)環(huán)境。像C語(yǔ)言一樣，LabVIEW也有一個(gè)可以完成任何編程任務(wù)的龐大函數(shù)庫(kù)，是通用的編程系統(tǒng)。LabVIEW的函數(shù)庫(kù)包括串口控制，GPIB，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)顯示及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是要利用計(jì)算機(jī)、LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)以及數(shù)據(jù)采集卡建立一套多探頭電磁渦流檢測(cè)系統(tǒng)。1.3本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的本人的畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)出一套程序，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電磁渦流阻抗信號(hào)的分析與顯示。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的六差分探頭由六祖電感線圈和ADG508ACJZ多路復(fù)用芯片以及AD620放大芯片構(gòu)成，然后使用MFL鎖相放大器將從探頭接收到的混有噪音的缺陷信號(hào)提取出來(lái)，之后使用數(shù)據(jù)采集卡將缺陷的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為缺陷的數(shù)字信號(hào)，最后利用LabVIEW編寫一套能夠?qū)θ毕莸臄?shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和顯示的程序。2本設(shè)計(jì)2.1探頭部分本次畢業(yè)設(shè)計(jì)打算做一個(gè)擁有六差分探頭的電磁渦流儀器，主要用到的材料為：ADG508ACJZ多路復(fù)用芯片、AD620放大芯片、12個(gè)帶有磁芯的電感線圈、若干電容、電阻以及細(xì)電線、電路板一個(gè)等。2.1.1交流電橋設(shè)計(jì)渦流檢測(cè)線圈可以接成各種電橋模式，電橋式渦流探頭一般采用雙線圈模式，對(duì)稱接著電橋電路中，電橋電路一端與激勵(lì)電壓U相連，一端與地相連，電橋中部的A、C兩點(diǎn)為輸出電壓端。（如圖1.1所示）圖1.1交流電橋由圖可知輸出電壓Uo大小為A、C兩點(diǎn)的電壓差，于是可得：（式1.1）設(shè)兩個(gè)100歐姆的電阻阻抗大小為Z，兩個(gè)電感阻抗大小分別為Za和Zc；便可得:（式1.2）由此可見(jiàn)，當(dāng)時(shí)，Uo便與Uc相等，輸出電壓Uo便等于零。當(dāng)我們制作探頭時(shí)，用12個(gè)型號(hào)一模一樣的工字形帶磁芯探頭，便可在硬件上大致達(dá)成此條件。當(dāng)然，材料不可能會(huì)精細(xì)到一模一樣，這時(shí)需用軟件使得探頭信號(hào)輸出為0（此原理軟件部分會(huì)詳細(xì)講到）。2.1.2多路復(fù)用芯片由于本次設(shè)計(jì)為六探頭電磁渦流檢測(cè)儀器，因此為了更好的控制六個(gè)探頭工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到了DG508ACJZ多路復(fù)用芯片（如圖1.2所示）。此芯片有16個(gè)引腳：其中A0、A1、A2為選位端，En端為高電平時(shí)有效，例如當(dāng)En、A0、A1、A2為1100時(shí)，代表選擇S1閉合，S2至S8斷開(kāi)；V+、V-分別給+15V與-15V電壓，GND接地；D為選位端的另一端，工作簡(jiǎn)化圖如圖1.3所示。圖1.2DG508ACJZ多路復(fù)用芯片圖1.3多路復(fù)用芯片工作簡(jiǎn)化圖多路復(fù)用芯片的D端與橋式電路的A點(diǎn)（C點(diǎn)）相連，S1至S8這一端與電感線圈相連，便可達(dá)到用DG508ACJZ多路復(fù)用芯片控制6個(gè)探頭的目的（簡(jiǎn)化圖如圖1.4）。圖1.4多路復(fù)用芯片與電橋的連線簡(jiǎn)圖2.1.3AD620放大芯片AD620是可通過(guò)調(diào)節(jié)外部電阻控制放大倍數(shù)的放大芯片，此芯片共有八個(gè)引腳(如圖1.5所示）：其中Rg端接一個(gè)電阻，此電阻可控制放大倍數(shù)可控制芯片對(duì)輸入信號(hào)的放大倍數(shù)，之后會(huì)細(xì)講；-IN與+IN接輸入信號(hào)，即橋式電路A、C兩端的電路；V-與V+分別于-15V與+15V電壓相連；REF端接地；OUT端為放大后信號(hào)的輸出端，此引腳接一個(gè)500歐姆電阻后接地，電阻另一端為輸出端（電路簡(jiǎn)化圖如圖1.6所示）。圖1.5AD620放大器芯片圖1.6AD620放大器芯片各引腳功能Rg的阻值大小與AD620放大器芯片的放大倍數(shù)成反比，通過(guò)改變Rg阻值大小，就可以改變AD620放大器芯片的放大倍數(shù)。不僅如此，Rg的值還可以確定了前級(jí)運(yùn)算的跨導(dǎo)，當(dāng)Rg減小時(shí)，AD620放大器的放大倍數(shù)將會(huì)增加，對(duì)輸入三極管的跨導(dǎo)也會(huì)增加，這具有很多優(yōu)點(diǎn)：AD620放大器的放大倍數(shù)增大，使其開(kāi)環(huán)增益也增大，從而減少了與增益有關(guān)的誤差；同時(shí)主要由芯片內(nèi)部輸入三極管集電極電流和基極電阻確定的輸入電壓噪聲也會(huì)減少。芯片內(nèi)部增益電阻R被精確為24.7K歐姆，可通過(guò)以下公式計(jì)算芯片運(yùn)放增益G。(公式見(jiàn)式1.3）（單位為歐姆）(式1.3)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使用的阻值大小為2000歐姆，可以算出芯片放大倍數(shù)為：所以本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用的AD620差動(dòng)放大芯片放大倍數(shù)為25.7。2.1.4探頭總結(jié)論文中所設(shè)計(jì)的電磁渦流儀器探頭為絕對(duì)式點(diǎn)探頭，利用DG508ACJZ多路復(fù)用芯片來(lái)控制六個(gè)探頭依次工作。六個(gè)探頭采用的是橋式電路，每個(gè)探頭由兩個(gè)相同的帶有磁芯的電感線圈組成，當(dāng)沒(méi)有缺陷時(shí)，兩個(gè)線圈的阻抗相同，此時(shí)輸出電壓為零，當(dāng)有缺陷時(shí)，這種平衡將會(huì)被打破，輸出電壓將會(huì)改變，將輸出的信號(hào)在經(jīng)過(guò)AD620差動(dòng)放大芯片，使缺陷信號(hào)變大，便是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)探頭的工作原理（探頭實(shí)物圖如圖1.7）。圖1.7探頭實(shí)物圖2.2鎖相放大器在如今的物理和工程實(shí)驗(yàn)室中，鎖相放大器是最被廣泛使用的通用儀器，其作用是用來(lái)測(cè)量電信號(hào)的幅值和相位，更準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，是用來(lái)測(cè)量特定頻率的信號(hào)的幅值和相位。例如，當(dāng)測(cè)量一個(gè)待測(cè)信號(hào)的幅值和相位時(shí)，大的信號(hào)很容易測(cè)量，示波器就可以勝任，但當(dāng)信號(hào)很微小時(shí)，待測(cè)信號(hào)會(huì)與雜波混合在一起，很難區(qū)分，這時(shí)，結(jié)合了時(shí)域和頻域分析技術(shù)的鎖相放大器的作用就能夠表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)鎖相放大器工作時(shí)，鎖相放大器接會(huì)接收帶有由電源引起的噪音的待測(cè)輸入信號(hào)和參考信號(hào)，參考信號(hào)的頻率與待測(cè)輸入信號(hào)頻率相同。根據(jù)傅里葉理論，可以將帶有噪音的待測(cè)輸入信號(hào)看成是無(wú)數(shù)個(gè)正弦信號(hào)和余弦信號(hào)的和，則可以認(rèn)為帶有噪音的待測(cè)輸入信號(hào)為：首先鎖相放大器會(huì)選擇參考信號(hào)附近的濾波帶寬內(nèi)的信號(hào)，對(duì)其他頻率的信號(hào)即噪音進(jìn)行過(guò)濾。因?yàn)榇郎y(cè)輸入信號(hào)與參考信號(hào)頻率相同，因此留下的正是我們需要的待測(cè)輸入信號(hào)，設(shè)待測(cè)輸入信號(hào)為：；參考信號(hào)為：；之后鎖相放大器會(huì)將待測(cè)輸入信號(hào)與參考信號(hào)送入混頻器，在混頻器會(huì)將兩路信號(hào)相乘。將與相乘，即：（式2.1）其中利用的是三角函數(shù)的積化和差公式。從公式中我們可以看出，混頻之后的信號(hào)可以分為兩部分：一部分是直流信號(hào)：另一部分是頻率為原頻率兩倍的交流信號(hào)。從頻域角度來(lái)看混頻的結(jié)果就是得到了一個(gè)頻率為0的直流信號(hào)和一個(gè)頻率為原來(lái)兩倍的交流信號(hào)，然后將混頻后的信號(hào)再進(jìn)行一次低通濾波就可以將高頻的交流信號(hào)去掉，得到直流信號(hào)，設(shè)這個(gè)信號(hào)為X，則。之后將與另一個(gè)信號(hào)進(jìn)行混頻，此信號(hào)與參考信號(hào)的相位差90度，即：（式2.2）同樣的，進(jìn)行一次低通濾波過(guò)濾掉高頻交流信號(hào)，留下直流信號(hào)，設(shè)這個(gè)信號(hào)為Y，則。之后從鎖相放大器輸出的就是X和Y兩路信號(hào)，其中X是由cosine波形混頻給出兩個(gè)傅里葉分量的一個(gè)；另一個(gè)線性獨(dú)立的傅里葉分量Y是由sine波形（即cosine相位延遲90°）混頻得出的。當(dāng)我們有了X和Y，鎖相放大器就可以計(jì)算幅值（見(jiàn)式2.3）和相位角（見(jiàn)式2.4）。幅值為：（式2.3）相位角為：（式2.4）由上面兩個(gè)公式就能夠得到待測(cè)輸入信號(hào)的幅值特性和相位特性。圖2.1鎖相放大器工作原理本次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用鎖相放大器主要是為了提取微弱的缺陷信號(hào)，因?yàn)殡娔X電源等干擾，不免會(huì)出現(xiàn)噪聲，在將信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換前提取缺陷信號(hào)就是用鎖相放大器的目的，之后將X和Y兩路直流分量傳入數(shù)據(jù)收集卡進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。下圖為本次畢設(shè)所用到的鎖相放大器的實(shí)圖。圖2.2鎖相放大器實(shí)圖2.3數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡的主要功能就是A/D轉(zhuǎn)化，也就是模數(shù)轉(zhuǎn)化。因?yàn)殡娔X只能接收有限的的二進(jìn)制編碼，因此就由數(shù)據(jù)采集卡來(lái)將從傳感器（六通道電感探頭)傳來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣量化轉(zhuǎn)變?yōu)橛邢迋€(gè)有效數(shù)字的數(shù)，之后再將量化信號(hào)經(jīng)過(guò)編碼器轉(zhuǎn)化為電腦可接收的二進(jìn)制信號(hào)，之后傳輸?shù)诫娔X上位機(jī)進(jìn)行分析顯示。通俗來(lái)講，數(shù)據(jù)采集卡就是連接電腦與外部物理世界的重要橋梁。本次畢設(shè)用數(shù)據(jù)采集卡是為了將從鎖相放大器接收的X和Y兩路模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，傳遞到電腦端。本次畢設(shè)用到的數(shù)據(jù)采集卡實(shí)圖如下圖所示。圖3.1數(shù)據(jù)采集卡實(shí)圖接下來(lái)，介紹一下數(shù)據(jù)采集卡的原理與產(chǎn)生誤差因素。2.3.1定理采樣采樣就是利用采樣脈沖序列，從測(cè)量信號(hào)中提取出一系列的離散值，使之成為采樣信號(hào)的過(guò)程。原理就是將要輸入的模擬信號(hào)與采樣函數(shù)（周期單位脈沖序列）相乘，使模擬信號(hào)變?yōu)殡x散信號(hào)。因此對(duì)于信號(hào)采樣來(lái)說(shuō)，采樣頻率的選擇非常重要，若采樣頻率過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致采樣的間隔過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致離散時(shí)間序列不能夠正確的反應(yīng)輸入模擬信號(hào)的波形的特征，并且在頻域處理時(shí)還會(huì)出現(xiàn)頻率混淆現(xiàn)象，導(dǎo)致混疊；但如果采樣頻率過(guò)高，將會(huì)使采集的數(shù)據(jù)過(guò)多，數(shù)據(jù)量過(guò)大，導(dǎo)致電腦在分析這些數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)占據(jù)更多的內(nèi)存和時(shí)間。因此采樣頻率過(guò)大過(guò)小都會(huì)造成不便之處，因此這里就有一個(gè)采樣定理，又稱香農(nóng)定理，定理規(guī)定要求采樣頻率f要大于兩倍的原始信號(hào)的最高頻率，才能使所得到的采樣序列正確的復(fù)原原始信號(hào)。當(dāng)然在實(shí)際情況中不可能無(wú)止限的提高采樣頻率，因此往往會(huì)在信號(hào)進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)化器之前先通過(guò)一個(gè)模擬低通濾波器，去除頻率過(guò)高的雜波，以此降低原始信號(hào)的最高頻率，從而降低了采樣頻率的要求；或者也可在A/D轉(zhuǎn)化器后連接一個(gè)數(shù)字式低通濾波器，低通濾波器的截至頻率通常選用信號(hào)分析中的最高頻率，將高頻雜波去除。2.3.2量化誤差量化就是將采樣信號(hào)進(jìn)行舍入后使之變?yōu)橛邢迋€(gè)數(shù)字的數(shù)。量化過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生誤差，因?yàn)樾盘?hào)在處理數(shù)據(jù)時(shí)，字節(jié)長(zhǎng)度總是有限個(gè)的，字節(jié)長(zhǎng)度越大，量化時(shí)的精準(zhǔn)度就越高，此過(guò)程產(chǎn)生的誤差被稱為是量化誤差。2.3.3A/D轉(zhuǎn)化器的技術(shù)指標(biāo)分辨率：用輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示。輸出二進(jìn)制的位數(shù)越多，其量化誤差就越小，分辨力也就越好。常用的位數(shù)有8位、10位、12位、16位等。轉(zhuǎn)換速度：指轉(zhuǎn)換一次所用的時(shí)間，如1ms（1KHZ）；10ms（100KHZ）。轉(zhuǎn)換速度也快，采樣信號(hào)可用的最大頻率越大。模擬信號(hào)輸入范圍：指可轉(zhuǎn)化的信號(hào)大小的范圍，如5V、+/-5V等。2.4LabVIEW軟件部分本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的程序時(shí)通過(guò)LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)編程而成，LabVIEW是實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境（LaboratoryVirtualInstrumentEngineeringWorkbench）的簡(jiǎn)寫，是NI公司的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品。與C++等不同，LabVIEW采用的是G語(yǔ)言，是圖形化軟件開(kāi)發(fā)集成環(huán)境，它可以把復(fù)雜繁瑣的程序用簡(jiǎn)單易懂的圖標(biāo)表示出來(lái)，被廣泛應(yīng)用。LabVIEW的功能十分強(qiáng)大。與其它計(jì)算機(jī)語(yǔ)言一樣，LabVIEW也具有龐大的函數(shù)庫(kù)，是一種通用編程系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存等功能。LabVIEW用G語(yǔ)言編寫的程序被稱為虛擬儀器VI，分為程序框圖和前面板兩部分：程序框圖里是囊括了本工程所需的各種程序；前面板為控制與顯示部分，其外觀與真實(shí)儀器外觀類似。在前面板中，控件模擬了儀器輸入裝置并把數(shù)據(jù)提供到程序框圖中，然后數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)各種各樣的程序，之后再輸出到前面板的顯示控件中。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用LabVIEW虛擬儀器平臺(tái)模擬了電磁渦流儀器的控制面板（如圖4.1所示），由圖可以看出本次電磁渦流檢測(cè)儀器的虛擬前面板共有7個(gè)顯示控件，其中右邊的六個(gè)分別為六個(gè)探頭的8字形電感圖，左邊那個(gè)大的顯示控件為六合一電感信號(hào)圖像。圖4.1(程序控制面板）從圖10可以看出，本顯示面板除了有7個(gè)顯示控件外，還有5個(gè)輸入控件，其作用依次為：X值增加（如圖4.2）、Y值增加（如圖4.3）、平衡控件BALANCE（如圖4.4）、刷新控件REFRESH（如圖4.5）以及停止控件STOP（如圖4.6）。圖4.2X值增加控件圖4.4Y值增加控件圖4.5平衡控件圖4.6刷新控件圖4.7停止控件由于本次軟件程序繁多，為了方便控制管理，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)將軟件部分分為了兩部分，一部分為主要程序部分，一部分為將主要程序數(shù)據(jù)傳輸?shù)那懊姘宓倪^(guò)渡程序。接下來(lái)我會(huì)先詳細(xì)講解如何將從信息收集卡接收的信號(hào)還原并顯示，之后我會(huì)一一對(duì)應(yīng)的介紹本軟件的平衡功能以及其它功能。2.4.1對(duì)信號(hào)的還原并顯示從上文的鎖相放大器與數(shù)據(jù)收集卡我們已經(jīng)知道，傳輸?shù)诫娔XLabVIEW程序的信號(hào)有X與Y，其中X是缺陷信號(hào)被cosine信號(hào)調(diào)解出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集卡A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)；而Y是缺陷信號(hào)被sine信號(hào)調(diào)解出來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)收集卡A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)。X和Y與原信號(hào)的關(guān)系在鎖相放大器部分已經(jīng)講過(guò)，現(xiàn)在需要他們還原待測(cè)信號(hào)的幅值特性，此時(shí)就需要一個(gè)實(shí)部虛部至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)。（如圖4.8所示）圖4.8實(shí)部虛部至極坐標(biāo)轉(zhuǎn)換函數(shù)其中，也就是可以反映待測(cè)信號(hào)也就是缺陷信號(hào)的幅值大小，程序如下圖所示。圖4.9還原待測(cè)信號(hào)幅值特性程序六個(gè)探頭的程序通過(guò)一個(gè)for循環(huán)合并在一起，等六個(gè)探頭的信號(hào)都收集分析好之后將六個(gè)探頭的r通過(guò)一個(gè)合并信號(hào)函數(shù)直接傳輸?shù)讲ㄐ螆D表上，就可以觀察到六個(gè)探頭的檢測(cè)的時(shí)域信號(hào)。圖5.1還原待測(cè)信號(hào)幅值特性及顯示程序圖5.2顯示六差分探頭輸入的待測(cè)信號(hào)的幅值特性的波形圖表除了信號(hào)的時(shí)域圖，還需將缺陷信號(hào)用一種方式保存起來(lái)，因此還有一個(gè)用輸入信號(hào)X做橫坐標(biāo)，輸入信號(hào)Y做縱坐標(biāo)的信號(hào)分析圖，這個(gè)圖的目的是為了直觀的觀察出缺陷信號(hào)的相位信息。首先我們需要設(shè)定一定維數(shù)，也就是保存缺陷信號(hào)點(diǎn)數(shù)的空間大小，用一個(gè)初始化數(shù)組函數(shù)將數(shù)據(jù)全部變?yōu)榱?，之后?jīng)過(guò)一個(gè)替換數(shù)組子集函數(shù)（見(jiàn)圖5.3）將初始化的0替換成缺陷信號(hào)，之后將缺陷信號(hào)通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)ExpressVI模塊（見(jiàn)圖5.4）將缺陷信號(hào)轉(zhuǎn)化成轉(zhuǎn)換成可與ExpressVI配合使用的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)類型傳輸?shù)紼xpressXY圖進(jìn)行顯示。（程序見(jiàn)圖5.5；顯示界面見(jiàn)圖5.6）圖5.3替換數(shù)組子集函數(shù)圖5.4轉(zhuǎn)換至動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)ExpressVI模塊圖5.5待測(cè)信號(hào)保存程序圖5.6保存顯示待測(cè)信號(hào)的ExpressXY圖2.4.2控制六個(gè)探頭依次工作程序上文已經(jīng)提到，本次電磁渦流檢測(cè)儀器擁有6個(gè)探頭，這六個(gè)探頭需依次工作，完成檢測(cè)。為了能夠控制六個(gè)探頭，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用了DG508ACJZ多路復(fù)用芯片（如圖1.2所示），該芯片可控制8條路線，每次可閉合一條路線，8條路線由選位端A0、A1、A2和使能端EN決定。本次設(shè)計(jì)中的六個(gè)探頭所選用的引腳依次為S5、S6、S7、S2、S3、S4（之所以這樣選擇是為了制作探頭時(shí)連線方便），相當(dāng)與要使EN端一直置于高電平，A2、A1、A0依次為100、101、110、001、010、011，循環(huán)往復(fù)，使得6個(gè)探頭依次工作。圖1.2DG508ACJZ多路復(fù)用芯片控制6個(gè)探頭工作的軟件程序由一個(gè)For循環(huán)加一個(gè)平鋪結(jié)果構(gòu)成，其中For循環(huán)標(biāo)明為6次循環(huán)，每一次循環(huán)都代表著一個(gè)探頭，左下角的i表明為循環(huán)的次數(shù)，第一次循環(huán)時(shí)，可以看出EN、A2、A1、A0依次為1100，也就是S5閉合，即第一個(gè)探頭工作，這樣依次循環(huán)下去，直到六個(gè)探頭都工作，然后繼續(xù)下一次循環(huán)（程序如下圖所示）。圖5.7控制第一個(gè)探頭工作程序圖5.8控制第二個(gè)探頭工作程序圖5.9控制第三個(gè)探頭工作程序圖6.1控制第五個(gè)探頭工作程序圖6.2控制第五個(gè)探頭工作程序圖6.3控制第六個(gè)探頭工作程序從上圖可以看出，選址數(shù)據(jù)輸入到下位機(jī)后延遲了5毫秒，這才從下位機(jī)接收反饋信號(hào)上來(lái)，這是因?yàn)閿?shù)據(jù)采集卡在進(jìn)行命令接收和執(zhí)行時(shí)會(huì)需要一定的時(shí)間，5毫秒這是為了等這一時(shí)間，使軟件與硬件同步。若是沒(méi)有這5毫秒的時(shí)間，從Analoginput輸入的信號(hào)將會(huì)是上一個(gè)探頭的信號(hào)，到了空間頁(yè)面，顯示就會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。2.1.3平衡功能平衡是每次檢測(cè)前都要做的事情，前文講過(guò)該電磁渦流檢測(cè)儀器的每個(gè)探頭都是由兩個(gè)一模一樣的帶磁芯電感線圈構(gòu)成，其工作原理用了電橋電路的原理：兩個(gè)一模一樣的線圈在同一塊工件上沒(méi)有缺陷地方時(shí)，線圈中的阻抗大小也會(huì)相同，使得輸出電壓為0，當(dāng)遇到缺陷時(shí)，會(huì)打破這種平衡，使兩個(gè)電感線圈的阻抗值不同，就會(huì)輸出不為0的信號(hào)。但是世界上沒(méi)有完全一模一樣的東西，更別說(shuō)普通的電感線圈，加上該探頭為手工制作，精確度并不高，因此不能在硬件上讓其輸出信號(hào)一開(kāi)始為0，所以便使用軟件使其檢測(cè)工件時(shí)在沒(méi)有缺陷的位置信號(hào)輸出為0。平衡系統(tǒng)軟件由一個(gè)條件結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分為假條件下執(zhí)行的程序（見(jiàn)圖6.4）與在真條件下執(zhí)行的程序（見(jiàn)圖6.5），其控件位置如圖6.6所示。圖6.4假條件下執(zhí)行的程序圖6.5真條件下執(zhí)行的程序圖6.6平衡控件位置使用本電磁渦流檢測(cè)儀器檢測(cè)前，先將探頭平放在被檢工件無(wú)缺陷處，在沒(méi)有按BALANCE布爾控件之前，該程序是在假的程序框圖中運(yùn)行的（如圖6.4），當(dāng)按了BALANCE布爾器件之后，使得布爾器件變?yōu)檎?。布爾器件變?yōu)檎鏁r(shí)，使得程序框圖中的布爾表現(xiàn)為真，通過(guò)一個(gè)局部變量將真常量輸入到主程序框圖中，真常量會(huì)與假常量相比較，經(jīng)過(guò)一個(gè)比較函數(shù)（如圖6.7），F(xiàn)代表為假，與真相比，自然不等于為真，比較函數(shù)會(huì)輸出一個(gè)真常量輸入到條件結(jié)構(gòu)選擇器中，使得條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行真條件下的程序（過(guò)程見(jiàn)圖6.8）。圖6.7比較函數(shù)圖6.8軟件平衡功能執(zhí)行過(guò)程在真條件下的程序（如圖6.5），目的是為了收集一次探頭在被檢工件無(wú)缺陷處的信號(hào)，這樣，當(dāng)前面板的BALANCE控件再次回到原處時(shí)，和真常量傳遞的原理一樣，會(huì)將假的信號(hào)輸入條件結(jié)構(gòu)的選擇器中，使條件結(jié)構(gòu)執(zhí)行假條件下的程序。在假條件下的程序，會(huì)繼續(xù)輸入探頭在被檢工件相同無(wú)缺陷處的信號(hào)，與在真的條件下輸入的信號(hào)相同，此時(shí)用減函數(shù)使兩者相減（見(jiàn)圖6.9），便可使輸出為0，從而達(dá)到平衡目的。圖6.9平衡過(guò)程的減函數(shù)2.1.4放大信號(hào)功能電磁渦流儀器在進(jìn)行檢測(cè)工件時(shí)，遇到深度寬度不同的缺陷，所反饋的信號(hào)大小也各不相同為了能夠方便控制缺陷信號(hào)，使之在前面板上適當(dāng)?shù)娘@示出來(lái)，便需要信號(hào)大小調(diào)節(jié)功能。該功能按件分為X值增加控件XGAIN與Y值增加控件YGAIN（如圖7.1）,這兩個(gè)控件可以通過(guò)調(diào)節(jié)表針?biāo)傅臄?shù)值來(lái)控制信號(hào)的放大倍數(shù)。圖7.1信號(hào)放大控件位置當(dāng)改變指針?biāo)傅臄?shù)值時(shí)，該控件會(huì)向程序框圖輸入一個(gè)數(shù)值，通過(guò)一個(gè)共享變量輸入到主程序中（過(guò)程見(jiàn)圖7.2），在主程序中將使用一個(gè)乘法運(yùn)算使該數(shù)值與信號(hào)輸入的數(shù)值相乘，達(dá)到擴(kuò)大信號(hào)的目的。圖7.2信號(hào)放大過(guò)程2.1.5刷新功能刷新功能的控件如圖7.3所示，當(dāng)該布爾原件轉(zhuǎn)換為真時(shí)，會(huì)向程序框圖內(nèi)輸入一個(gè)真常量，過(guò)程見(jiàn)圖7.4。圖7.3刷新功能控件位置圖7.4刷新程序執(zhí)行過(guò)程之后該真常量會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)或語(yǔ)句（或語(yǔ)句：輸入值兩個(gè)都為假，輸出為假，其中一個(gè)為真則輸出為真），使或語(yǔ)句向while循環(huán)的條件接線端輸入真，使while循環(huán)停止，再次將REFRESH布爾控件復(fù)位時(shí)，重新開(kāi)始循環(huán)。這個(gè)功能可以確保保存缺陷信號(hào)的ExpressXY圖（如圖5.6所示）內(nèi)存位置不會(huì)被填滿，當(dāng)位置填滿時(shí)，即使沒(méi)有刷新控件按下，它也會(huì)自動(dòng)刷新。如圖41中的循環(huán)次數(shù)i，當(dāng)循環(huán)次數(shù)i的值大于了DISPLAYPOINTS所輸入的數(shù)組大小，一樣會(huì)向或語(yǔ)句輸入一個(gè)真，使得while循環(huán)停止。2.1.6暫停功能該功能的布爾器件位置如圖42所示，按下該按件時(shí)，會(huì)向程序框圖中輸入真（如圖7.5），使while循環(huán)暫停。圖7.5暫?？丶恢脠D7.6暫停軟件執(zhí)行過(guò)程3結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)利用電感線圈及DG508ACJZ多路復(fù)用芯片組成了擁有六條通路的電感探頭，用AD620放大芯片作為前置放大電路用于放大缺陷的微弱信號(hào)；之