摘 要:文章介绍了HY-6070数据采集卡的性能、特点及选择数据采集卡时主要的技术依据,并着重介绍了HY-6070数据采集卡在钢管漏磁探伤中应用时硬件的设置、接口信号安排及Windows 98操作系统对硬件操作的特点。在编写该数据采集卡的设备驱动程序时,对以中断方式进行数据采集、数据处理进行了研究。
关键词:数据采集 漏磁探伤 数据采集卡 中断
Abstract:The capability and characteristics of the data acquisition card of HY-6070 and the main tech-nological indices in choosing the data acquisition card are introduced. The arrangement of the hard-ware and interface signals is described as the HY-6070 card is applied in magnetic leakage detection,and the characteristic of the operation on the hardware of Windows98 is discussed. In compiling theVxD of the HY-6070 card,the interrupt operation mode is adopted for the data acquisition and pro-cessing,and the result is satisfying.
Key words:data acquisition; magnetic leakage detection; the card of data acquisition; interrupt
由于漏磁探伤具有速度快、灵敏度高等优点,所以在无损检测中得到广泛的应用[1~3]。随着计算机应用的普及及其价格的下降,为检测监控的可视化提供了条件。为实现检测监控的可视化,将计算机引入漏磁探伤系统,这就需要一个数据采集卡,将传感器获得的模拟信号转变成数字信号以便计算机进行处理。选择数据采集卡种类主要技术指标是:转换时间、转换精度及输入通道数。转换时间和采样频率有关,在探头扫查速度为40 m/s时,最高灵敏度对应的最小可检出缺陷信号持续时间为0.5 ms,为采集到此类缺陷,数据采集卡采样频率最小为2 000 Hz, HY-6070虽然是数据采集卡中的低端产品,但是它的A/D转换时间为25μs,最高采样频率能够达到4×104次/秒,转换精度为12 bit,具有16路单端输入模拟信号通道,能够满足使用的需要,而且具有较高的性价比,所以在漏磁探伤系统中选用该数据采集卡。
1 HY-6070简介
HY-6070是IBM-PC/XT/AT总线兼容通用数据采集控制板,该板为用户提供了单端16路数据采集输入通道,通过硬件设置,模拟电压信号输入范围是±10 V、±5 V、±2.5 V、0~5 V和0~10 V。典型的精度优于±0.03%,分辨率12 bit,A/D转换时间为25μs。此板除提供了一路12 bitD/A转换模拟电压输出通道,还为用户提供8 bit数字量输入与输出通道,信号接口符合TTL电平标准。另外,HY-6070板上有一片8235可编程计数/定时芯片,它的1、2通道级联使用,用来产生触发A/D转换的时钟信号,其中0通道保留给用户自行使用。数据采集卡的板基地址也可以由硬件设置,地址设置范围在200H~3FFH之间,HY-6070A/D转换电路触发工作方式有3种:软件触发、定时触发及外部事件触发。A/D转换完成后,数据传输工作方式有查询和中断两种方式。HY-6070数据采集卡具有8个寄存器,即模拟输入信号通道选择寄存器、A/D转换完成标志寄存器、A/D或D/A转换低8位数据寄存器、A/D或D/A转换高4位数据寄存器、命令寄存器、数字量输出寄存器、数字量输入寄存器和8253寄存器[2]。
2 数据采集卡的设置与接口信号安排
数据采集卡除了要将传感器获得的缺陷信号进行采样和模数转换外,还要将探头与钢管的耦合信息传送给计算机。另外,由于需要对缺陷进行打标标示,即由计算机获得缺陷信息后,向该数据采集卡发送打标信息,由数据采集卡向打标器发送打标指令。对信号的安排,如图1所示。由传感器获得的模拟量缺陷信号经放大器放大滤波后通过单端16路数据采集输入通道输入到数据采集卡,耦合信号(即探头工作信号)通过8 bit数字量输入与输出通道输入到数据采集卡,打标指令经过12 bitD/A转换模拟电压输出通道输出。通过硬件设置,将输入电压范围选择为0~5 V,数据采集卡基地址设置为
3 软件设计
作为高速数据采集处理,对响应时间要求较高。Windows98应用程序只使用了处理器4个特权级中的2个特权级:最高特权级(0特权级)和最低特权级(3特权级)。而对Windows98硬件操作采取了屏蔽策略,使用抢占式多任务机制,系统接管全部硬件资源,程序在CPU的Ring3级上运行,无法直接与硬件打交道,无法进行中断实时处理[4]。Windows 98操作系统对底层操作的屏蔽是通过向应用程序提供虚拟环境中的虚拟机来实现的。虚拟机是系统创建的假象,其资源是硬件(包括一部分软件)资源的仿真。虚拟机管理器利用系统硬件创建了几个相互独立的虚拟机,实现硬件资源的仿真[5]。对于标准硬件设备,Windows 98提供相应的虚拟设备驱动程序(VxD)来模拟硬件设备及控制硬件设备,硬件生产厂家也可以提供相应的虚拟设备驱动程序[6]。对于非标准设备,要求使用者自己编写相应的虚拟设备驱动程序,利用VtoolsD软件包可以方便快捷地开发VxD。硬件中断事件由VPICD(虚拟可编程中断控制器)负责管理,并通过编写虚拟设备驱动程序实现对中断信号的响应,实现IRQ(中断请求响应)的虚拟化。VxD将决定如何处理硬件中断以及如何调用虚拟机中的中断函数,它是实现虚拟机管理软件的一部分,可以直接访问硬件[7]。VxD中断处理需要进行的操作包括:①进行数据接收、缺陷宽度确定及缺陷深度判断。②将处理后的数据发送给应用程序,并在屏幕上显示检测情况。程序流程图,如图2所示。
在信号电平小于切割电平时向应用程序发送零数据,当信号电平大于切割电平时,说明有缺陷。在信号电平持续高于切割电平时,向应用程序发送零数据,同时求取缺陷电平的最大值和缺陷宽度,再进行缺陷深度的判别。当缺陷信号低于切割电平时,通过检查宽度来判断是否是一个缺陷结束,如果是则把缺陷深度、缺陷电平的最大值及缺陷宽度发送给应用程序,同时将有关参数复位,否则继续向应用程序发送零数据。
4 结束语
按照上述讨论方式对HY-6070进行设置,并编写HY-6070的VxD驱动程序,处理A/D转换完成硬件中断。对查询和中断进行了对比实验,当设置采样4 000次/秒时,查询方式只采集到约3 200次,而中断方式采集了4 000次。结果表明,采用HY-6070以中断方式进行数据采集时不漏检、数据采集的重复性好,完全满足采集需要。而采用查询方式数据漏检较多。
[参 考 文 献]
[1] 何辅云.钢管磁法高速探伤仪的研制[J].合肥工业大学学报(自然科学版),1998,21(1):90-95
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