半导体激光器温度控制系统设计与算法仿真

２０１３　仪表技术与传感器　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　２０１３　第５期　Ｎｏ．５　半导体激光器温度控制系统设计与算法仿真　汪灵，叶会英，赵闻　４５０００１）　（郑州大学信息工程学院，河南郑州摘要：针对半导体激光器冷却系统体积大、温控精度不高的缺点，采用ＡＲＭ微处理器配合集成数字温度传感器、半导　体制冷器和液晶显示器等设计一个半导体激光器的温度控制系统，建立系统的数学模型，并对其控制算法进行深入研究。　同时使用ＭＡＴｌａｂ进行仿真，并进行定性定量的分析比较，提出在ＡＲＭ芯片中使用模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ算法的温控方案，以提　高所设计的温度控制系统的控制精度和稳定性。　关键词：半导体激光器；温度控制；Ｓｍｉｔｈ算法；模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制　中图分类号：ＴＮ２４８．４　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２—１８４１（２０１３）０５—００９５—０４　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｄｉｏｄｅ　Ｌａｓｅｒ　ＷＡＮＧ　Ｌｉｎｇ，ＹＥ　Ｈｕｉ—ｙｉｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｗｅｎ　（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ　４５０００１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｏｄｅ　ｌａｓｅｒ（ＬＤ）ｈａｓ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｌａｒｇｅ　ｖｏｌｕｍｅ，ａｎｄ　ｌｏｗ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅ—　ｓｉｇｎｅｄ　ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　ＬＤ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＲＭ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ａｎｄ　ｓｅｍｉｃｏｎ—　ｄｕｃｔｏｒ　ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ＬＣＤ．Ｉｔ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ＭＡＴＬＡＢ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔＯ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ａｎｄ　ｍａｋｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｔａ—　ｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ　ｔｈｅ　ＡＲＭ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｕｓｅｄ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ，ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａ—　ｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　ｌａｓｅｒｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ；Ｓｍｉｔｈ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ・Ｓｍｉｔｈ　ｃｏｎｔｒｏｌ　０　引言　控制器　半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的ＰＮ结或　ＰＩＮ结为工作物质的一种小型化激光器，具有较高的电子一光　ｎ　子转换效率，但由于存在非辐射复合损耗、自由载流子吸收等　损耗机制，使相当部分注入的电功率转化为热量。随着温度的　升高导致激光器的阀值电流增加、输出功率降低、发射波长飘　移、模式的不稳定、严重影响器件的寿命，给应用带来很大的困　难，因此应对半导体激光器的温度进行精密控制。为了给半导　ＡＲＭ　导害垒矍｝制Ｉ『／Ｌ、　１电矗：一　面ｊ　司＜　…　控制量　　、一　体激光器提供稳定且能够精密调整的工作温度，设计了一个温　度控制系统，建立了温度控制系统的数学模型，并对系统的核　心部分的几种控制算法进行了分析和比较，并使用了ＭＡＴｌａｂ　图１　基于ＡＲＭ的半导体激光器温度控制系统框图　由图１所示的系统框图知半导体激光器温度控制单元的　控温过程，即首先温度传感器采集半导体激光器的温度，并将　此温度值经过信号处理电路的转换传送给ＡＲＭ芯片，ＡＲＭ将　采样温度与设定温度之间的差值作为控制器的输入，然后通过　模糊、ＰＩＤ以及Ｓｍｉｔｈ等控制算法对其计算处理产生相应的控　制量。控制变量经ＤＲＶ５９２的Ｈ桥驱动电路，输出电流驱动半　导体制冷器ＴＥＣ工作，对被控器件半导体激光器进行加热或制　冷，同时半导体激光器的温度又被温度传感器反馈到数据采样　电路中，从而调整输出电流的大小，直到半导体激光器的温度　的ＳＩＭＵＬＩＮＫ工具对算法进行了仿真。　１温控系统的理论分析　１．１温控系统的设计框图　如图１所示，该恒温控制系统由控制部分、数据采样部分、　输入输出部分、驱动部分组成。其中控制部分采用ＡＲＭ芯片　ＬＰＣ１７６８，它主要完成采样数据处理，以及根据控制算法计算输　出控制量的功能；数据采样部分采用集成的温度传感器来完成　温度数据采集的功能；输入输出部分分别使用了键盘和液晶显　示模块，由键盘设置半导体激光器的工作温度值，液晶显示模　稳定在设置的温度值。　控制部分的控制算法在整个温度控制单元中起着非常重　要的作用，它决定着系统运行的速度、分辨率以及系统的稳定　块同时显示半导体激光器的设定温度和实时温度值；驱动部分　采用ＤＲＶ５９２的Ｈ桥驱动电路，为控温执行器件半导体制冷器　ＴＥＣ　提供双向的、大小精密可调的驱动电流。　性等性能指标。所以，必须了解半导体激光器温度控制系统的　建模知识，还要重点对控制算法进行设计和仿真。　１．２温控系统的数学模型　基金项目：国家自然科学基金项目（Ｎｏ．６０８７１０３１）。　收稿日期：２０１２—０６—２９收修改稿日期：２０１３—０３—０６　在温度控制过程中由于涉及了温度采集器件和半导体制　冷器ＴＥＣ等很多器件，因此在Ｓ域建立了系统的数学模型，再　９６　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　进行拉式反变换可得到时域的阶跃响应。温控系统的数学模　式中：Ｋｐ为比例系数；Ｔ１为积分时间常数；　为微分时间常数　经过转换得到控制电路的传递函数为：　Ｃ－ｃ㈦＝　＋　式中：Ｋｌ：ＫＰ／　；ＫＤ＝ＫｌＪＴｎ．　曳ｆ１图２所示。其中Ｇ　（Ｓ）代表受控部件，由半导体制冷器、　温度传感器及其驱动电路组成；日（Ｓ）代表反馈部件；Ｇ　：（Ｓ）代　表控制部件；　（Ｓ）为预期控制量；Ｙ（Ｓ）为实际输出量。　＋７１”　２模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制算法的分析　２．１模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制器设计　图２半导体激光器温控系统的数学模型　系统中的温度传感器和半导体制冷器都具有热惯性。下　面建直半导体制冷器的数学模型　。　，设半导体制冷器的制热　系数为Ｋ　，传热系数为Ｐ，传热面积为　，未制热前温度为　，　制热后温度为Ｔ　，Ｑ为半导体制冷器单位时间产生的热量。根　据热力学知识得：　＋ＰＡ（　Ｔｏ）：ｏＱ（１）　根据电学知识知Ｑ　百Ｕ，所以Ｑ和ｕ成非线性关系，由半　导体制冷器的热惯性和非线性数据线性化处理知识，对Ｑ和ｆ／　进行线性化处理：　＝　一　ＩⅢｌｊ　Ｋ１　＋　（　．一Ｔｏ）＝ＫＩ　ａＡＴ＋　△　＝　ｕ＝　此得到半导体制冷器的温度变化量与加在两端的电压变化　量的传递函数为：　Ｇ㈦：　ＡＴ＝　（２）　进行化简处理得：　Ｇ㈦＝　＝　㈩　¨　令　＝Ｊｆ），　＝　则　Ｇ（ｓ）　导体制冷器上是１个具有热容量的对象，当系统通电以　后，它的温度逐渐升高。通过热传递和热辐射使上面的铜箔温　度也逐渐升高，温箱有一定的容量滞后；另外，用温度传感器测　温度时，信号传输具有一定的纯滞后；其余环节可视为比例　环节。所以，将半导体制冷器及铜箔及温度传感器视为１个一　阶惯性环节附加１个滞后环节的对象，其传递函数表示为　Ｇ（　）　ｅ一　式中：Ｔ．为半导体制冷器的时间常数；Ｐ为比例系数；　ｒ为纯滞　后时间常数；ｓ为复频域。　即图２中的受控部分Ｇ。（Ｓ）＝Ｇ（Ｓ）。　如图２所示的半导体激光器温度控制器数学模型中的控　制部件Ｇ　（Ｓ），其核心部分就是ＰＩＤ控制部分。ＰＩＤ的数学模　型为　ｕ＝　（ｅ＋　ｅｄ　＋　ｄｅ）　（４）　由模糊控制的相关原理以及模糊和ＰＩＤ组成的模糊ＰＩＤ　控制器　的原理，我们得知模糊控制对具有不确定性、非线忡　的控制对象有着良好的控制性能，但是，由于温控制系统具有　时变性和时滞等特性，而模糊控制难以描述时变性和时滞特　性，从而采用带模糊控制系统的温度控制系统不能获得良好的　控制效果。　为了提高模糊控制的性能，必须使模糊控制器具有很好的　自适应能力和超前的预测能力　。Ｓｍｉｔｈ挎制是一种用于时滞　对象的有效地控制方法，但它对被控对象的参数变化相、』，敏　感。为了有效地保证温控制系统的正常、高效运行，针对温拄　系统的不确定性、时变性、非线性和人时滞等特性，文『｝ｌ充分地　利用模糊控制系统良好的不确性、非线性的控制性能以埂　Ｓｍｉｔｈ方法对时滞性的补偿能力，提出了基于模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ　的控制算法。如图３所示，就是在常规ＰＩＤ控制与Ｓｍｉｔｈ预仙　控制的基础上，加入了模糊控制，从而提高控制系统的鲁棒性，　消除模型参数变化对系统的影响。　图３模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制器原理框图　从图３中可以看出，模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制器由３个部分组　成：模糊控制器、ＰＩＤ控制器和Ｓｍｉｔｈ预估控制器组成　其中，　模糊控制器以误差ｅ和误差变化率ｅｃ作为其输入，利用模糊推　理法对ＰＩＤ的３个参数（Ｋ，Ｋ，，Ｋ　）进行自整定，Ｓｍｉｔｈ预估控　制器对时滞进行修正。　图３中ＰＩＤ控制器的３个参数（Ｋ　，Ｔ，，Ｔ　）对控制性能的　影响很大。比例系数　，它的值的选取决定于系统的响应速　度；积分系数　，它主要是用来消除系统的稳态误差，积分作用　的强弱取决于积分时间常数　的大小；微分系数　，它的调整　主要是针对大惯性过程引入的，微分环节系数的作用在于改变　系统的动态特性。因此，应根据实际情况调整ＰＩＤ　３个参数，合　理的选择控制器的参数，以达到调节作用的实时最优。　根据上述ＰＩＤ控制器３个参数的性能影响和专家经验的　总结，可以得到ＰＩＤ参数Ｋ。、Ｋ．、　的自整定原则：　（１）当ｅ较大时，为了避免因开始时偏差ｅ的瞬间变大，可　能引起微分过饱和，而使控制作用超出许可范围，因此应取较　大的　和较小的　，同时为了防止积分饱和，避免系统响应出　现较大的超调，此时应去掉积分作用，取Ｋ．＝０。　（２）当ｅ和ｅｃ中等大小，为了使系统响应的超调减少，　、　３个参数都不能取大，应取较小的Ｋ　值，Ｋ　和　值的大　小要适中，以保证系统的响应速度。　第５期　汪灵等：半导体激光器温度控制系统设计与算法仿真　Ｇ㈤＝　ｅ一　（３）当ｅ较小，为了使系统具有良好的稳定性能，应增大　和　。值，同时为避免系统在设定值附近出现振荡，应适当地选　取Ｋ　值。　根据以上的整定规则，可以建立模糊控制器的模糊整定规　则　－ｓ　３以及隶属函数曲线。　２．２　Ｓｍｉｔｈ预估控制器分析　式中　ｒ为系统滞后时间常数，仿真时间为３０　Ｓ　仿真结果图如图５所示。　图３中的Ｓｍｉｔｈ预估控制的原理是通过被控对象的动态　性，利用预估模型进行补偿，使被控量反馈到控制器，从而改善　时滞控制系统的动态性能。其原理框图如图４所示。　图４　Ｓｍｉｔｈ预估控制器原理框图　如图４所示，预估算法是在反馈控制的基础上引入一个预　估补偿环节，以此来减小时滞系统的超调并增强系统的鲁棒　性　。　设具有时滞的被控特性的特性为：　Ｇ　（ｓ）＝Ｇ　（ｓ）ｅ～　（５）　式中：ｒ表示时滞性时间常数；ｅ…表示被控对象的时滞性部　分；Ｇ　（ｓ）表示控制器的传递函数；Ｇ　（ｓ）表示对象模型中不包　含时滞性部分的传递函数。　经过Ｓｍｉｔｈ预估补偿后，其闭路传递函数为：　Ｕ（ｓ）　＝　１　＋Ｇ　ｒ（ｓ）　（５）Ｇ　　㈤　ｅ　由式（６）可得系统的特征方程，如式（７）：　１＋Ｇｃ（Ｓ）ＧＰ（　）ｅ　＝０　（７）　在特征方程式（７）中，存在着ｅ　，即系统存在着时滞性。　为了有效的克服对系统的时滞性，引入一个Ｓｍｉｔｈ补偿函数　Ｇ　ｓ），如图４中所示。　为了能够补偿被控对象的时滞性，必须满足下面的关系　式：　＿ＧＰ㈤ｅ－－Ｔ￥＋Ｇｓ㈤－ＧＰ㈤　（８）　这样就可以得到系统的Ｓｍｉｔｈ预估函数表达式，如式（９）所示：　Ｇｓ（ｓ）＝Ｇ　（Ｓ）（１一ｅ一）　（９）　引入Ｓｍｉｔｈ补偿函数后，则被控系统闭路传递函数可以转　化为式（１０）：　Ｒ（ｓ）　＝　１　Ｇ　Ｓ　Ｇ　＋＿ｒ（）ｐ（ｓ）　、～　由式（１０）可以推导出系统的特征方程为：　１＋Ｇｃ（ｓ）Ｇ　（ｓ）＝０　（１１）　由式（１１）可知，在时滞系统中引入Ｓｍｉｔｈ预估控制后，其　特征方程中已经消除了被控对象的时滞性部分ｅ一，从而表明　了Ｓｍｉｔｈ预估控制方法可以有效地消除时滞性的影响。　３控制算法的ＭＡＴＩａｂ仿真与结果分析　为了说明模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制算法的效果，文中对传统　ＰＩＤ、模糊ＰＩＤ和模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ　３种控制算法进行了仿真。　使用ＭＡＴｌａｂ提供的ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真工具来完成。仿真中使用　的受控对象均为：　图５对象参数确定时的三种算法仿真结果　通过表１给出的性能指标的比较，三种控制算法中，模糊　ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ算法较其他两种算法表现出更加良好的控制性能，　响应速度相对较快，调节时间短，能迅速达到平衡状态，并且超　调量得到了有效控制，且稳态误差也为零。　表１性能指标比较　增大系统的滞后时间，取　ｒ：１０时，仿真结果如图６所示。　图６　ｆ＝１０三种算法的仿真结果　从图６中可以看出，在滞后作用增强的情况下，传统ＰＩＤ　控制系统出现了非常大的超调，且系统不稳定。下面给出在１０　Ｓ时，给系统加入一个幅值为０．１的阶跃扰动，改变时滞常数ｒ　时，即ｒ分别取５　Ｓ、１０　Ｓ、１５　Ｓ时，模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制系统的　响应曲线如图７所示。　馨　图７模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制系统在有扰动和时滞常数变化时的响应曲线　从图７中看出，模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制系统在时滞常数变化　时系统的响应曲线形状基本没有变化，并且在有干扰出现时也　能很快的恢复，表现出较好的动态性能，模糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制　９８　Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ａｎｄ　Ｓｅｎｓｏｒ　系统对参数的变化适应能力强，有较好的抗干扰能力，且鲁棒　性较好。　４结束语　ｅｒ　ｕｓｉｎｇ　ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ：Ｊｏｕｍａｌ　Ｏｆ　Ｅｎ—　ｅｒｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２（２６）：１２６９—１２８３．　［３］　Ｓａｎｔｏｓａ　Ｍ，Ｄｅｘｔｅｒ　Ａ　Ｌ．Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ａ　ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｆｕｚｚｙ　ＰＩＤ　ｓｃｈｅｄｕｌｅｒ．Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ，２００２，１０：１１４７—１１５２．　文中针对半导体激光器的温度控制系统具有热惯性、时滞　性和非线性等特点，传统的ＰＩＤ控制很难精确的对其进行控　制，而模糊控制又难以描述时变和时滞特性，从而提出了一种　［４］　杨明伟，许文海，唐文彦．热电制冷器的等效电路模拟与分析．红　外与激光工程，２００７，３６（２）：２８１—２８５．　带有Ｓｍｉｔｈ预估的模糊ＰＩＤ控制器，在模糊控制模块中加入了　参数自整定，在主环中加入了Ｓｍｉｔｈ预估控制器，从而提高了控　制系统的适应能力。对所设计的半导体激光器温度控制系统　建立数学模型，并对３种控制算法进行仿真比较，结果表明，模　糊ＰＩＤ—Ｓｍｉｔｈ控制系统比传统ＰＩＤ和模糊ＰＩＤ具有更好的控　制效果，它不仅具有模糊ＰＩＤ的优点，且当时滞参数变化时，对　温控系统时滞性也进行了补偿，具有很好的适应能力和鲁棒　［５］ＬＩＮＥＹＫＩＮ　Ｓ，ＹＡＡＫＯＶ　Ｓ　Ｂ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｃｏｏｌｅｒｓ　ｂｙ　ａ　ｓｐｉｃＥ－ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ—ｃｉｒｃｕｉｔ　ｍｏｄｅ１．ＩＥＥＥ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，２００５，３（２）：６３—６６．　［６］　赵瑞军，王先来．模糊ＰＩＤ控制器在空调温度控制中的应用．计算　机仿真，２００６，２３（１１）：３１１—３１３．　［７］　单春贤，陈万家，彭杰．模糊ＰＩＤ在焕热站温度控制系统中的设计　与仿真．仪表技术与传感器，２０１１（９）：７９—８２．　［８］　文定都，何玲．基于Ｓｍｉｔｈ模糊ＰＩＤ控制算法的炉温控制系统。仪　表技术与传感器，２００９（４）：１０７—１０８．　［９］　王娟，张涛，徐国凯。鲁棒控制理论及应用．北京：电子工业出版　社，２０１１．　性，同时使得系统的过渡时间更短，更有效地提高了稳态性能。　参考文献：　［１］　黄岳巍，崔瑞祯，巩马理，等．基于ＴＥＣ的大功率ＬＤ恒温控制系　统的研究．红外与激光工程，２００６，３５（２）：１４３—１４７．　［２］　ＣＨＥＮ　Ｋ，ＬＩＮ　Ｇ．Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｕｌｔｉｐｌＥ．ｍｏｄｕｌｅ　ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｉｒｃ　ｃｏｏｔ．　作者简介：汪灵（１９８８一），硕士研究生，主要研究方向为嵌入式技术，新　型传感理论与技术。Ｅ—ｍａｉｌ：９９０１５７６８０＠ｑｑ．ｃｏｒｎ　（上接第６６页）　最小值（最大值）减去　信号基准值的绝对值，ＡＢｚ等于探头　扫过缺陷时缺陷信号峰峰值之差的绝对值。从图６（ａ）可以看　到当裂纹长度大于２０　ｍｍ时，Ｂｘ信号随着深度的增加并没有明　因此就出现了上述情况。　在一块４５号钢上加工五条长度为２０　ｍｍ，宽度为０．５　ｍｍ，　而深度分别为１　ｍｍ、２　ｍｍ、３　ｍｍ、４　ｍｍ、５　ｍｍ的五条裂纹，在另　一显的变化，Ｂｚ信号随着深度的增加有线性增加的趋势。从图６　（ｂ）可以发现当裂纹深度相同而长度大于２０　ｍｍ时，Ｂｘ信号和　Ｂｚ信号并没有随裂纹的长度增加发生明显的变化。　根据交变漏磁检测的原理，设计了漏磁检测系统，并根据　块４５号钢上加工五条深度为２　ｍｍ，宽度为０．５　ｍｍ，而长度　分别是１０　ｍｍ、２０　ｍｍ、３０　ｍｍ、４０　ｍｍ、５０　ｍｍ的五条裂纹，采用　以上检测系统，沿ａ路径对两块４５号钢上的裂纹进行扫描，并　６结束语　记录数据。　在工件上方检测到的Ｂｘ、Ｂｚ特征信号以及所构成的缺陷环综　螽薹　二＝＝　ｌ０　２０　３Ｏ　４０　合判断是否有裂纹的存在。通过对相同长度不同深度和相同　深度不同长度的两组裂纹检测分析发现：（１）检测到的Ｂｚ信号　随着裂纹深度的增加而增加；（２）当裂纹长度小于２０　ｍｍ时，裂　纹长度对Ｂｘ信号影响较大；当裂纹长度大于２０　ｍｍ时，裂纹的　长度对Ｂｘ信号影响较小；（３）在裂纹深度相同的情况下，Ｂｚ信　号基本不随裂纹的长度变化而变化。　参考文献：　［１］　ＧＯＴＯＨ　Ｙ，ＴＡＫＡＨＡＳＨＩ　Ｎ．Ｓｔｕｄｙ　Ｏｉｌ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｉｎ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｐｌｕｒｌａ　ｃｒａｃｋｓ　ｂｙ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　ｆｌｕｘ　ｌｅａｋａｇｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ：３一Ｄ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｅｄｄｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，２ＯＯ３，３９（３）：１５２７１５３０－６５８．　螽　Ｉ　挚　长度／ｍｍ　［２］李家伟，陈积懋．无损检测手册．北京：机械工业出版社，２００２．　［３］　康中尉，交变漏磁检测在螺纹缺陷检测中的应用．无损检测，　２００７，２９（５）：２６８—２７１．　［４］　康中尉，罗飞路，陈棣湘，等．基于场量测量和频率扫描技术的交变　漏磁无损检测系统研究．测试技术学报，２００６，２０（２）：１２８—１３２．　［５］　ＧＯＴＯＨ　Ｙ，ＴＡＫＡＨＡＳＨＩ　Ｎ．Ｐｒｏｐｏｓａｌ　ｏｆ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｐｌｕｒｌａ　ｃｒａｃｋｓ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｄｅｐｔｈ　ｂｙ　ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　ｌｆｕｘ　ｌｅａｋａｇｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ：３一Ｄ　ｎｏｎｌｉｎ—　ｅａｒ　ｅｄｄｙ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，　（ｂ）相同深度不同长度裂纹　图６不同长度深度测得电压值　２００４，４０（２）：６５５—６５８．　［６］郭勇，肖明清，谭靖，等．ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５１及其应用．电子技术，　２００１（２）：５４—５６．　如图６所示。其中ＡＢｘ等于探头扫过缺陷时缺陷信号