一、引 言
X射线探伤仪可广泛用于航空、航天、造船、化工、锅炉、机械制造、国防工业等部门,利用材料厚度不同对X射线吸收程度的差异,通过X射线透视摄片,从软片上显示出材料、零部件及焊缝内部缺陷、根据观察其缺陷的性质、大小和部位来评定材料或制品质量,从而防止由于材料内部缺陷,加工不良而引起的重大事故。本机的X射线发生器采用气体绝缘和阳极接地方式。以8098单片机为主要芯片组成的微机系统承担X射线探伤仪的控制、调节、检测、显示,保证X射线探伤仪不出现误动作和透照工艺的准确执行。用单片机可以方便地对X射线管的电压、电流进行调节,对工作时间进行有效的记录,自动控制X射线管的老练过程,系统备有3个老练程序,可根据实际使用记录情况自动进行老练工作,不必人工进行干预,工作稳定可靠。
二、系统功能
可人工设置kV值,微机自动控制kV、mA值保证不受电源电压波动的影响。系统可随时对kV、mA值进行测量,超过正常值时自动发出声音报警、停机。透照时间最大可设定5min,最小为6s,单位间隔1kV,并进行智能化显示。系统具有停机记忆程序。每次开机输入kV值设定后,系统自动检测上一次工作时间,根据实际情况自动进行老练训练,老练完毕后方可进行工作。透照开始后,系统自动进行减计时显示,到达预置时间后,自动停机。输入采用4×4薄膜小键盘,输出采用6位8段LED显示。系统采用光电隔离电路,抗干扰性强,适合恶劣现场使用。
三、硬件设计
8098单片机是准16位机,具有16位内部总线和8位外部总线,它有高速输出输入通道,可用来记录外部事件的发生时间,高速脉冲发生器可输出高速触发脉冲,4个16位软件定时器可同时工作。片内的232个寄存器文件即可以作普通寄存器又具有累加器功能,同时还具有监视定时器,可直接使用高级语言开发调试,因此很适合用于此系统。系统硬件框图如图1所示。
系统采用可控硅单相桥式整流电路,整流后的电压经LC滤波回路,滤波后变为平滑直流,该直流电压经可控硅变频回路斩成频率可变的单相方脉冲,送至高压脉冲变压器作为X射线发生器的电源。X射线发生器灯丝电压的提高或降低时,即进行kV值的设置,以适应不同厚度材料的摄片要求。为了稳定mA值必须改变单相脉冲频率。8098的高速输入端HSI0、HSI1和HSI2用以监测温度、kV、mA值的状态。温度、kV、mA的采样值为电压信号。kV、mA值通过LM331 V/F转换器经光电耦合器TLP521-4输入。温度信号是由X射线发生器内的温度传感器提供的,一旦出现过温现象,系统能自动切断高压,以确保系统安全。同时HS05输出高电平,启动声音报警。HSO0、HSO1、HS02和HS03输出脉冲信号经四光电耦合器TLP521-4输出,连接可控硅的控制极控制导通角,通过对脉冲频率高低的变化,可调节kV、mA值的稳定和控制对kV值的人工输入设定。
程序存储器EPROM选用2764,锁存器选用74LS373,键盘和显示接口选用了8279,可以减少占用CPU的工作时间和简化软件编程,不用考虑消除键盘输入抖动的措施,从状态字节就可以知道是否有键按下,从输入格式就可以知道矩阵键盘中哪行哪列的键按下,然后用散转指令就可以转入相应的键处理程序。
DS1216是一个日历时钟器件,它是由非易失存储器控制电路和嵌入式锂电池构成的CMOS集成器件,封装在28脚的双列直插式外壳中。它背上还带有一个28脚插座。存放中间数据的RAM选用6264,可直接插在DS1216的背上。DS1216内部含有一个切换开关,使它能分别从外部电源或内部电池获得供电。该开关的自身压降小于0.2V。它内部的失压控制电路能监视外部电源的变化,当系统电源下降到4.25V以下时,它能控制切换开关动作,将芯片转换成由内部锂电池供电,同时禁止对RAM芯片的任何写操作,从而可以保证它背上的RAM中的数据不会丢失。DS1216能提供百分之一秒、秒、分、小时、星期、日期、月和年等信号。每月误差在1min内。在年月信号控制下,能自动对每月天数进行调整。包括闰年调整,时钟可运行24h制或带上下午指示的12h。
为了防止电源的干扰,系统设计了3个分开的12V和一个5V电源,将高压部分的数据采集的电源和数字电路部分的电源隔开,大大减少了干扰信号对测量的影响。
四、软件设计
软件采用结构化程序设计方法和模块化技术。共有主控制模块、日历时钟模块、数据采集、计算处理模块、老练程序模块、数字滤波模块和键盘输入、数显输出模块。主控制模块完成的主要任务流程如图2所示。
日历时钟模块存有10年的日历、时钟运行程序。在系统关闭时,由DS1216内的锂电池提供电源支持时钟运行。
数据采集和计算处理模块,利用中断查询方式进行数据采集,通过比较计算输出控制信号。老练程序模块中包含3个不同的老练程序,一号老练程序控制kV值电压从130kV升至250kV需要20min,二号老练程序控制kV值电压从130kV升至250kV需要10min,三号老练程序控制kV值电压从130kV升至250kV需要8min。由于老练工作可经保证X射线管的寿命,因此本系统工作前必须按设定好的程序进行。
数字滤波模块采用算术平均法进行数字滤波。每次采集4个数值,去掉最大和最小值,剩下的两个数相加求平均,避免采样值在干扰信号峰值和谷点带来的误差。
本文作者：靳张铝
