基于微控制器的便携式共面电容无损检测系统

发布时间：2021-07-07 18:54

　　设计了基于电容成像原理的便携式无损检测系统,以STM32F446微控制器为核心,具有操作简便的可交互主机和可更换的电容探头,可实现对反映缺陷信息的微小电容信号的实时精确测量。系统软件以相互独立的功能程序为基础,并由实时操作系统调度。系统用户界面友好,支持测量信号的实时处理,可以以云图和峰值图的形式显示缺陷的位置和尺寸信息,并具有历史数据存储和调出功能。测试结果表明,系统可对非导电材料缺陷进行快速无损检测,兼具教学实验价值和现场适应性。 

【文章来源】：实验技术与管理. 2020,37(11)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

实验系统硬件框架图

系统软件以STM32Cube F4软件包、触摸屏驱动包、Free RTOS软件包为基础。其中，STM32Cube F4软件包提供微控制器编程所需的硬件抽象层库文件；触摸屏驱动包提供ILI9486显示控制芯片和XPT2046触摸控制芯片的驱动程序；Free RTOS软件包为开源软件，为系统提供稳定可靠的实时操作系统内核。系统软件的各项功能均按照可调度的任务形式部署在实时操作系统上，各个任务通过内核的任务调度机制统一管理。系统软件的主要任务包括系统开机自检、桌面环境初始化、传感器通信、数据动态显示、数据后台记录和系统参数设置等，如图2所示。2 检测系统硬件设计

共面电容传感器因其结构简单、无需耦合、非接触及单面检测等优势，广泛用于非导电材料缺陷的无损检测。前期研究表明，电极面积、形状、间距等设计参数可直接影响穿透深度、灵敏度、信号强度等检测性能指标，需根据被测对象和目标缺陷进行设计与优化[8-11]。图5为所设计电容传感器及其主要参数示意图，该传感器为双层印刷电路板，三角形覆铜面作为激励和接收电极，形成电容的测量电极对，印刷电路板背面覆铜并接地以屏蔽干扰。其主要参数包括：b为三角形电容极板底边长，h为三角形电容极板高度，L为电容传感器基板宽度，W为电容传感器极板高度，s为激励与接收极板之间距离，测量电极对由屏蔽电极包围（宽度常选用1 mm）。针对不同的检测对象与目标缺陷，可通过设计参数的改变与配合，有针对性地完成探头传感部分的设计。图4 供电电路

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于I2C总线实验设计[J]. 宣慧,孙佳昊,程实,蔡艳婧,胡传志.  实验技术与管理. 2020(01)
[2]基于STM32的综合实验平台设计[J]. 肖艳军,毛哲,温博,周围,孙凌宇,孟召宗,刘伟玲.  实验技术与管理. 2019(12)
[3]基于STM32F767的在线光离子化气相色谱仪设计[J]. 孙里,王晓荣,赵玲宝,邵林莉,莫小凡,吴棋.  仪表技术与传感器. 2019(12)
[4]Capacitive Imaging Technique for the Inspection of Composite Sucker Rod[J]. Kefan Wang,Xiaokang Yin,Chen Li,Wei Li,Guoming Chen.  Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2019(06)
[5]基于电容传感器的湿度检测系统的设计[J]. 苏宝林.  仪表技术与传感器. 2018(07)
[6]基于STM32F4的便携式示波器数据处理端设计[J]. 王立华,张恒,孙少通,扈玮,张瑞.  仪表技术. 2017(12)
[7]基于共面电容传感器的便携式预应力管道灌浆质量检测系统设计[J]. 李楠,曹明琛,刘逵,刘秀成.  北京工业大学学报. 2016(06)
[8]基于正交试验方法的相邻电容传感器优化设计[J]. 龚裕,朱海业,李楠.  北京工业大学学报. 2015(01)
[9]基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计[J]. 杨伟,肖义平.  微型机与应用. 2014(20)
[10]几何参数设计对相邻电容传感器性能的影响[J]. 李楠,韩颖.  西南交通大学学报. 2014(02)



本文编号：3270180