无损检测技术及应用

王志芹

摘 要：探伤仪控制器的核心功能是通过两路D/A输出模拟电压，间接控制加在阴极射线管上的高压和灯丝电流，以改变X射线的穿透能力和密度。同时为了使射线管能够稳定运行，利用A/D采集实时电压、电流值构成了闭环控制系统。为了使用户能够方便地使用，设计了友好的操作界面和灵活的操作方法。提供了充足的故障检测端口及安全锁。设定数值时使用编码器旋钮，使操作变得相当便捷。加入软件看门狗，防止在强电磁环境中系统死机。使用VB制作了上位机监控软件，可方便地对探伤仪进行控制。使用PROTEL2004 DXP制作印制电路板，提高系统的集成程度。

关键词：探伤仪控制器；A/D采集；D/A输出；软件看门狗

一、研究的意义及必要性

無损检测技术是产品质量控制中不可缺少的基础技术，随着产品复杂程度的增加和对安全要求的更加严格，为了保证产品质量，非常有必要对产品进行全面检测，而这些检测又必须是非破坏性的。因此无损检测技术在产品质量控制中发挥的作用越来越重要，在企业中，已经成为保证产品质量的有力手段。

无损检测的目的三个主要方面。一是质量管理，每一种产品均有其使用性能要求，这些要求通常在该产品的技术文件中规定。无损检测的只要目的之一就是对原材料、半成品、成品以及产品构件提供实时的工序质量控制，例如缺陷情况、组织状态、涂镀层厚度监控等。二是质量鉴定，已制成的产品需要进行最终检验，亦即质量鉴定，特别是那些将在高应力、高温、高循环载荷等复杂恶劣条件下以及恶劣环境中工作的零部件或构件等，仅仅靠一般的外观检查、尺寸检查、破坏性抽检等是远远不够的，在这方面，无损检测技术表现出能够百分之百地全面检查材料内外部的无比优越性。三是在役检测使用无损检测技术对运行期间或正在运行中的设备构件进行经常性的或者定期的检查，能及时发现影响设备继续安全运行或使用的隐患，防止事故的发生。例如疲劳损伤，或者产品中原有的微小缺陷在使用过程中扩展成为危险性缺陷等等。

二、系统技术指标

D/A输出范围：KV值输出为 0V — 3.98V，mA值输出 0V — 4.38V。

A/D输入范围：KV值输入为 0V — 5V， mA值输入 0V — 5V。

系统电源：5V 12V

DA输出0V-3.98V的电压所对应的KV值。将其分四段进行线性化，分别写出其线性函数，然后通过程序将其实现。

DA输出0V-4.38V的电压所对应的mA值。将其分七段进行线性化，分别写出其线性函数，然后通过程序将其实现。

三、系统总体设计

（一）总体设计思想

由于控制对象为高压变压器的输出电压和阴极射线管的灯丝电流，同时为了使被控对象的电压、电流保持恒定，采用闭环控制。

根据厂家要求，整个系统包括单片机最小系统，A＼D采集模块、D/A输出模块、液晶显示模块、故障检测模块、掉电检测模块、上位机监控模块、按键、安全锁与编码器模块。

（二）系统流程图

系统流程图如图3-1所示。

四、系统详细设计与实现

（一）最小单片机系统设计

通过系统总体分析，选用STC12C5A60AD作为本系统的主控制器。其处理速度是普通51单片机的12倍，内置8路十位精度A/D，转换速度小于4微秒。有EEPROM，和60K的程序存储器，并有低压检测功能。

（二）串口模块

主要完成程序的下载以及与上位机的通信。可通过上位机监控探伤仪的各种参数。

（三）D/A模块

D/A模块的两路输出，一路输出0V – 3.98V的模拟电压间接控制30KV – 225KV的高压 ，另一路输出0V – 4.38V模拟电压间接控制灯丝的0mA – 7.0mA电流。

（四）故障检测模块

故障检测模块主要完成对外部各种故障的检测，任何一个故障出现都会使单片机产生一个中断，然后再在中断服务程序中查询到底是哪个故障所产生的中断，然后做出相应的处理和显示。

（五）液晶显示与掉电检测模块

液晶显示模块主要完成KV、mA、定时、状态、动态图的显示。右侧的掉电检测模块是在外部电源掉电的瞬间，单片机产生中断，将当前数据保存起来，此段时间由电容供电。

五、整机测试

1.控制面板说明

面板上有KV、mA 、定时以及是否关闭定时的设定按钮。F1-F6六个功能按钮，其中F6为大小焦点转换按钮，可调节X射线的发射角度。大焦点允许电流最大为7mA，小焦点为2.8mA，程序已将其设定死，防止设置越限。

左下脚为安全锁，当操作人员暂时离开时将其打倒OFF上，则面板被锁定，所有功能键失效，以防他人随意操作。 右下角绿色按钮为KV开按钮，红色按钮为KV关按钮。

2.主界面

左边是设定值右边是当前值，min 为定时时间，一般为10分钟。由于射线管长时间工作会烧坏，所以只能间断性工作，定时时间一到会自动关闭高压。TV状态为：关闭 表示允许定时，反之不定时。

右边图画框第一个为射线状态图，当开高压时射线图闪烁。第二个为大小焦点转换状态图，与功能键F6相对应，实现大小焦点切换，当前状态为大焦点。第三个为循环水状态图，当循环水停时，该图会自动闪烁。第四个为报警灯，当有故障产生时该图闪烁，并且高压会自动关闭。

参考文献：

[1].李喜孟主编.无损检测，北京：机械工业出版社，2001；

[2].赵熹华主编.焊接检验，北京：机械工业出版社，1992；

[3].梁启涵主编.焊接检验，北京：机械工业出版社，1980；

[4].李传军主编.单片机原理及应用 河南：河南科学技术出版社，2007。