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1、基于常用建筑钢材检测中片上可编程系统技术的应用摘耍：随着我国经济建设体制改革，质量是工程建设的重耍方针， 而建筑材料是质量的根本。在建筑业，钢材的应用至关重要，而钢材质量 的优劣更是起决定作用。评价其质量的优劣的方法有两种，一种是检验其 物理性能，另一种是检验其化学性能。本文对片上可编程系统技术在钢材 检测上的具体应用作出详细阐述，希望对读者有所指导作用。关键词：建筑钢材片上可编程系统无损检测LCD控制器1、常用建筑钢材分类1.1按外形和粗细分常用建筑钢材按外形和粗细分为光圆钢筋和螺纹钢筋。1. 1. 1光圆钢筋热轧光圆钢筋：截血为圆形，且表血为光圆的钢筋混凝土配筋，经热 轧成型并口自然冷却的
2、成品光圆钢筋。低碳钢热轧圆盘条：截面为圆形， 大多通过卷线机卷成盘卷供应，故称盘条。低碳钢热轧圆盘条是由屈服强 度较低的碳素结构钢热轧制成的盘条。1. 1.2螺纹钢筋螺纹钢筋包括人字纹、螺旋纹、月牙纹钢筋。1.2按力学性能（屈服强度和抗拉强度）分I级，屈服强度235N/mm2和抗拉强度370N/mm2, HPB235。II级，屈服强度335N/mm2和抗拉强度510N/mm2, HRB335oIII级，屈服强度370N/mm2和抗拉强度570N/mm2, HRB400。IV级,屈服强度540N/mm2和抗拉强度835N/mm2, HRB540。1.3按生产工艺分常用建筑钢材按生产工艺可分为钢筋
3、和钢丝。热轧钢筋、冷拉钢筋、热处理钢筋、冷轧螺纹钢筋。预应力混凝土结构中用碳素钢丝即用优质碳素结构钢圆盘条冷拔而成，可作钢弦、钢丝束、钢丝等。预应力混凝土结构用刻痕钢丝即用上述钢丝经刻痕而成。预应力混凝土用钢绞线即用上项（碳素钢丝）绞捻而成。冷拔低碳钢丝即用普通低碳钢的热轧盘圆冷拔而成。热处理钢筋、冷轧螺纹钢筋可用于预应力混凝土结构。2、系统的总体结构不同钢铁原材料或者零部件由于物理特性的差别，比如钢铁的成分、 各种成分的含量和退火筹，导致其在外部电磁场作用下，感应电流以及初 始幅值磁导率的差异体现尤为明显。该系统止是利用这种电磁感应现象, 检测钢件的混料、硬度和裂纹。由于钢件的多样性,直接通
4、过测量某种钢 件的感应电流以及初始幅值磁导率是不现实，分辨率也不高，无法保证准 确度。采用差动测量方式，即测量平衡钢件和被测钢件感应电流以及初始幅 值磁导率的差值，就解决钢件多样性的问题。只要选择好合理的平衡钢件, 即测量过程中不发生溢出现象，就解决了分辨率不高的问题。因此,该系统 采用了差动测量方式，系统的结构框图如图1所示。该系统使用两只套筒式探头，在其中一个探头中放置被测钢件，在另 外一个探头中放置平衡钢件。系统通过直接数字频率合成器 (DOS, Di rectDi gi tai Synthesizer)模块和数模转换电路产生两路波形，再 经过放大电路，向两支探头发送足够的激磁信号。被测
5、钢件和平衡钢件获 得不同的感应信号，经过减法电路和放大电路等预处理过程，提高两者之 间的差异。经过模数转换电路，利用CPLD完成信号采集和数字滤波后，由NiosII 软核处理器分析和处理。最后通过数码管和LED直接显示被测工件的成分、 硬度或裂纹等数值，或者根据“超上限”、“合格”、“超下限”三种类别来 重新选择平衡工件，然后再进行分选。3、硬件系统的设计本系统在设计过程中充分利用SOPC的技术优势进行系统的软、硬件 协同设计。硬件系统采用CycloneTTEP2C8芯片实现。系统硬件主要包含 两部分，系统配置和外围硬件电路。硬件系统框图如图2所示。外围硬件电路主要由电源电路、人机交互电路、存
6、储电路、模数/数 模转电路、预处理电路和算法加密电路组成。电源电路负责系统的稳定供 电,包括电池供电电路和市电电路两个部分。人机交互电路主要通过输入和输出电路实现，输入电路是由各种按键 组成;输出电路是通过液晶屏LCD、数码管和LED筹组成。存储电路由配置 芯片EPCS和存储芯片SDRAM构成。配置芯片具有掉电不消失的特点，不仅 保存FPGA的配置逻辑信息，还保存程序数据。存储芯片SDRAM提供Nios软核处理器运行时的程序和数据空间。模 数/数模转电路主要完成模拟信号和数据信号之间的相互转换，模数转换 器件采用DAC904芯片，配合DDS模块产生激磁波形;数模转换器件采用 AD9240芯片，
7、负责采集感应电流幅度。感应信号预处理模块使用专门的硬件电路处理感应信号，可以很好地 滤除部分干扰信号。算法加密电路由CPLD芯片完成，采用EPM570。它不仅 完成算法加密，还负责把采集数据存入SDRAM中。系统配置采用SOPCBuilder系统开发工具来实现，利用它可以迅速完 成系统功能部件的集成。系统功能部件可以利用开发工具中提供的T卩核, 比如Nios软核处理器;还可以根据需求,开发自定制的IP核，比如数据采 集模块IP核和DDS模块IP核。采用SOPC技术,将系统设计所需求的IP 核通过Avalon总线构建成一个完整的处理系统,在一片FPGA芯片中实现。Nios软核处理器是处理核心，其
8、他IP核是功能控制器,控制外部硬件 设备的运作或者控制完成某种功能。由于Nios软核处理器及其它提供的 IP核都使用Avalon总线接口规范，因此自定制的IP核在设计过程中也采 用了该总线规范。3. 1 DDS模块IP核影响检测钢材精度的因素很多，而激磁频率和激磁强度的选择非常关 键。系统对频率的精度和稳定度都有较高的耍求,在检测过程中，常用多种 不同频率和相位的信号。传统的波形发生器都是由模拟的电路实现，易受 到硬件电路的限制,精度低，灵活性差。DOS技术核心是通过波形存储器的地址变化，输出数据也随之跟着变 化,从而实现波形变化。DDS具有变频范围广、频率步进小、幅度和频率精 度高、相位可控等优点，可产生任何波形。
