基于PXIe总线技术的电场指纹检测系统设计.docx

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1、基于PXIe总线技术的电场指纹检测系统设计基于PXIe总线技术的电场指纹检测系统设计李焰吴承昊导语：近年来，无损检测设备向智能化、一体化方向开展。为进步实验室设备的智能化程度，笔者开发了基于PXIe总线技术的模块化电场指纹检测系统，将电场指纹检测所需的各种硬件和外围设备都集成在一个可挪动的机箱内，采用高精度数字万用表，在保证数据收集精度的情况下减小了鼓励电流，进而进步了电场指纹检测效率和平安性。1技术背景电场指纹法是20世纪90年代兴起的无损检测技术，是根据被测对象外表微小的电压变化，对金属构造的缺陷、裂纹、腐蚀以及它们的扩展情况进展高精度检测。这种方法可用来进展实时在线监测，检测精度和准确性

2、都很高，并且可以区分金属腐蚀的类型。但是，由于被检测区域的金属等效电阻非常小，因此，无论是从国外引进的设备，还是国内研制的设备，都是通过大幅进步电流强度来进步数据收集设备对响应电压的收集精度，鼓励电流一般为20250A。然而鼓励电流过大，轻易产生金属材料的焦耳热效应，给收集数据的温度补偿带来一定困难，并且鼓励电流的波动也会带来不容忽略的影响。因此，电场指纹技术对于温度补偿及电流稳定性都有很高的要求。此外，检测设备通常需要单独配置高输出电流电源，设备的集成度不高，操纵不便，而操纵人员的人身平安问题也需高度重视。近年来，无损检测设备向智能化、一体化方向开展。为进步实验室设备的智能化程度，笔者开发了

3、基于PXIe的模块化电场指纹检测系统，将电场指纹检测所需的各种硬件和外围设备都集成在一个可挪动的机箱内，采用高精度数字万用表，在保证数据收集精度的情况下减小了鼓励电流，进而进步了电场指纹检测效率和平安性。2检测系统的工作原理2.1电场指纹法的根本原理电场指纹法的根本原理可以用图所示的金属管道缺陷检测讲明。在待测管道的外表布置一个收集电极矩阵，当向管道加载鼓励电流后，在管道内部及外表会建立起一个特定的直流电场。当有腐蚀缺陷产生时，电力线在一定程度上受到干扰而发生变形，在腐蚀缺陷区域附近的电信号会发生细微的变化。通过比拟管道外表的这种部分电场特征曲线的微小变化，可以分析缺陷状况，为判定缺陷的深度、

4、取向等问题提供准确的数据支持。此外，通过获取金属外表各电极间的电位值随时间的变化，可以进一步判定管道腐蚀区域的减薄量。电场指纹无损检测技术的独特之处，是将检测电位变化与管道初始状态的电位值进展比拟。在初始状态，管道的几何外形未发生任何变化，也没有任何腐蚀情况的发生，可以为是非腐蚀状态的参考状态。可以把这种状态看作是管道的“指纹，电场指纹无损检测技术的名字由此而来。图1FSM技术示意图2.2PXIe总线技术PSI是一个基于PC技术的模块化I/O的标准，为基于PC的架构添加了集成的定时和同步功能、工业级的巩固设计，以及更多的通道数。在PXI标准设计中，需要一个专用的定时和触发总线，以进展不同模块之

5、间的同步。而PXIe技术是PXI平台的最新版本，除了PXI现有的定时和同步功能，PXIe还提供了附加的定时和同步功能。其采用差分时钟和同步，使PXIe系统中仪器时钟的抗噪声性能得以进步，并以更高的速率传输数据，实现了更高精度的测量。基于以上优点，我们利用PXIe总线模块化、集成性好、稳定性强的特点，根据电场指纹技术原理设计腐蚀监测系统，保证数据收集的同步性和实时性，进步系统的平安性和测试速度。3模块化电场指纹检测系统的搭建3.1硬件系统本监测系统的硬件局部遵循通用化、模块化、标准化的设计原那么搭建，包括电源控制、数据收集和温度补偿等模块。3.1.1电源控制模块电场指纹检测技术需要为收集电极矩阵

6、提供恒定且高精度的电流鼓励，以便收集到无误差的电压。本文选择NI公司的PXIe4112板卡作为检测系统的电源模块。PXIe4112是具有隔离输出的可编程直流电源，该电源控制模块在产生所设置的恒定直流电的同时，实时显示输出电流的大小，以便确认实际稳定工作时提供的电流符合检测要求。由于电源模块集成在PXIe机箱内，无需外接电源对被测金属构造进展鼓励，因此进步了检测系统的便携性和稳定性。3.1.2数据收集模块由于金属的电阻值通常很小，一般情况下收集电极矩阵中电极对之间的电阻值只有几十微欧，当鼓励电流流经金属管道之后，收集到的响应电压一般只有几十微伏1A的鼓励电流。在这种情况下，由于管道被腐蚀而引起的

7、电位差处于微伏的数目级，这就对数据的收集精度、信号提取和噪声过滤等方面有很高的要求。本文的数据收集模块由数字万用表模块PXIe4081及低噪声程控矩阵开关模块PXI2535组成。PXIe4081是精准的数字万用表，提供高分辨率数字万用表和数字化仪的测量功能。作为数字万用表使用时，PXIe4081可提供快速、准确的DC电压测试，分辨率可达10nV。PXI2535为低噪矩阵开关模块，可实现收集电极矩阵中电极对之间的快速切换，切换形式可根据需求自主编程设定。本文将PXIe4112、PXI2535和PXIe4081搭配使用，以创立12VDC的高密度自动化测试系统。由于数字万用表模块的电位测量精度极高，

8、无需供应大电流就可以准确地收集到所需电位信息，进步了设备的平安性和检测效率。3.1.3温度补偿模块电场指纹技术收集的是金属管道本身电阻与鼓励电流乘积而得到的电压信号，而金属材料的电阻率会随温度而变化。因此，恰当的温度补偿对保证测量精度非常重要。本文选择NI公司的9217板卡进展温度测量，并通过软件编程进展温度补偿。NI9217采用3线测量，可提供每通道1mA的电流鼓励，其整个操纵温度范围内的精度小于1。NI9217包含可溯源至NIST的校准，并具有通道地面接地双重隔离屏障，实现了平安性、抗干扰性和高共模电压范围。3.1.4模拟电压收集模块和模拟电流收集模块在检测现场，通常会使用多种不同类型的传

9、感器来获取对腐蚀经过有影响的环境参数及其变化，如溶解氧浓度、氧化复原电位、PH值等，并将其转换为模拟电压或者电流信号。通过同步收集这些模拟量信号并建立其与腐蚀速度的关联，可以准确地判定和分析不同环境因素的变化对腐蚀经过的影响。本文采用PXIe4309模拟电压收集模块和PXIe4303模拟电流收集模块实时测量腐蚀环境参数。PXIe4309和PXIe4303都是多通道、高精度、高采样率输入模块，可根据不同环境因素，搭配不同传感器来进展连接设置，并与其他模块集成在一个机箱内，保证收集数据的同步性。3.2软件系统检测系统的测控软件采用LABVIEW开发环境进展编写。LABVIEW使用图形化编辑语言G编

10、写程序，产生的程序是框图的形式。与C和BASIC一样，LABVIEW也是通用的编程系统，有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LABVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序的结果、单步执行等，便于程序的调试。本系统软件局部由作者自主开发完成，有很好的可扩展性，并且操纵简单。它包含了多条数据流，主数据流为收集矩阵电压信号的数据流，其他为温度等环境参数信号的数据流。数据流间互不干扰，时间上同步收集并进展存储。为了可以准确地定位部分腐蚀，根据电场指纹技术的检测原理，在软件中设置了初次扫描和重复扫描相结合的形式进展数据收集。数据收集流程图2所示。除了准确的收集流程外，还设

11、计了友好的人机交互界面见图3，进步了无损检测实验教学的效率。3.3系统验证图2数据收集流程图图3检测系统软件的人机交互界面通太多物理场耦合数值仿真软件及实验验证的方法验证检测系统的收集精度。检测材料为常见的金属材料Q235钢。3.4模块化电场指纹检测系统的优点 (1)低鼓励、高精度、一体化。本系统成功运用PXIe总线技术，将电场指纹检测系统的数据同步性、设备集成性大大进步，在进步数据收集精度的同时可以保证收集速率，进步了实验效率。应用低至1A的鼓励电流就可以准确收集数据，进步了系统的平安性这对实验教学非常重要。 (2)可扩展性好。用户可根据实验目的和测试需求，对本系统的软硬件进展修改和扩展，并

12、配置不同的环境参数传感器，以比照各种自然环境和工艺环境条件下金属设备、构件或者材料的腐蚀经过和规律，引导学生探究环境参数变化对腐蚀速度的影响。 (3)简单、方便、准确。检测经过的操纵简单，软件易于使用，初扫和复扫相结合的扫描方式可以及时、准确地判读部分腐蚀的位置及其特征参数，有助于进步实验教学效率，使学生更多关注实验内容，而不是烦恼怎样操纵仪器。4结语本文研制的模块化电场指纹检测系统将电场指纹技术与PXIe总线技术相结合，进步了电场指纹检测系统的集成性、准确性和平安性，符合无损检测设备的开展趋势，能有效配合无损检测相关课程的实验教学，显著进步实验效率，有益于推广电场指纹技术和丰富无损检测教学手段。声明：本文为转载类文章，如涉及版权问题，请及时联络我们删除2737591964，不便之处，敬请谅解！