开始按键确认？LCD检测界面Y产生PWM激励N键盘等待信号采样A/D转换N是否有按键按下？数据分析处理YLCD操作提示LCD结果显示按键输入检测参数结束
图8 软件应用程序流程
测试
测试过程如下： (1) 将各硬件器件连接、调试正常；在ADSI.2环境下运行软件系统程序，通过液晶显
示屏进入显示欢迎界面，之后进行检测参数的设定，包括设定频率、设定阻值、采样方式三种。激磁频率通过软件设定，频率为100一900Hz之间选择；设定阻值是通过不同的电阻产生大小不同的电流，然后作用于激励线圈上；采样方式中有幅值和相位两种形式，有单次采样与连续采样供选择，在试验中我们选择连续采样，通过幅值的变化来显示钢轨裂纹损伤。
(2) 设定好各参数后，调整检测探头之后开始检测。试验中我们将示波器的输入脚接
入到PWM输出口TOUT2，可以从示波器上观察输出波形的变化。
(3) 开始检测后，检测探头产生激励，同时检测线圈接收检测感应信号，经过置信号
处理后进行A/D数据转换，在屏幕上可以清楚的看到当探头经过钢轨裂纹时A/D数据显示线会有明显的突变。
谈谈电致和磁致伸缩材料功能
磁致伸缩材料
简介
磁致伸缩材料是指当磁性体的磁化状态发生改变时，其自身长度和体积发生变化的一类磁性材料。其中长度的变化称为线性磁致伸缩，体积的变化称为体积磁致伸缩。前者是由于结晶各向异性能和磁弹性能减少而产生的。在单晶中，线性磁致伸缩是各向异性的。后者是由于交换能的作用而产生的，是各向同性的。体积磁致伸缩较线磁致伸缩微弱得多，且用途少，因此通常所说的磁致伸缩都是指线磁致伸缩。通常用磁场下伸长量与原长度之比来确定磁致伸缩的大小，定义为磁致伸缩系数。从广义上讲，所有的磁性材料，包括顺磁体，抗磁体，以及亚铁磁体都是磁致伸缩材料。其中顺磁体和抗磁体材料的磁致应变通常很小，例如Pb在1T下仅有10-8的磁致伸缩。
国内现状
随着实用型磁致伸缩材料的出现和性能的不断提高，其应用范围更加广泛。在机器人、计算机、汽车、制动器、控制器、换能器、传感器、微位移器、阀、防震装置、超声波等领域磁致伸缩材料都发挥着重大作用。磁致伸缩材料的应用之一为地面波发生器，地面波发生器磁致伸缩材料无论在功率转换效率、响应频率、低压效果及可靠性方面都较传统压电陶瓷材料的性能优良。使用磁致伸缩材料制成的执行器(Actuator)来进行有源消振，可使飞机客舱内的噪声降低20分贝，达到豪华轿车内的低噪声水平；还可使普通轿车内的振动减弱30分贝。在超声技术上，使用磁致伸缩材料能制造出功率更大、变幅杆的位移更大的超声换能器；超声外科手术刀的尺寸比用压电陶瓷制成的超声手术刀小而效率更高。在位移控制系统、传感器技术、自动化与通信技术、阀门和流量控制方面也具有更加广阔的应用前景，薄膜和纳米超磁致伸缩器件也在研究之中。总之，随着探索研究的深入，越来越多的高性能的磁致伸缩材料不断的被开发应用。磁致伸缩材料在我们的生活中也起到越来越重要的作用。
目前国内企业生产的磁致伸缩位移传感器的关键材料居里温度低（Tc<160℃），且关键的磁致伸缩材料仍然依靠进口，国内中、高端产品市场依靠进口，价格十分昂贵。国内外现有生产的磁致伸缩材料及位移传感器的基础研究和运用性能研究均只涉及到常温的性能方向，对磁致伸缩材料及位移传感器的室温至高温特别是高温的性能研究尚未见文献报道。
磁致伸缩原理简介
铁磁材料和亚铁磁材料磁化状态的改变导致外型尺寸发生微小的变化，这一现象称为磁致伸缩效应，又称焦耳效应，也存在磁致伸缩逆效应。通常把沿外磁场方向的尺寸变形称为纵向磁致伸缩，与外磁场方向垂直的尺寸变形称为横向磁致伸缩，而铁磁体在被磁化时发生体积变形则称为体积磁致伸缩，一所说的磁致伸缩都是指纵向磁致伸缩。磁致伸缩材料的主要特性：
1）焦耳(Joule)效应：磁性体被外加磁场磁化时，其长度发生变化，可用来制作磁致伸缩制动器。 2）维拉里(Villari)效应：在一定磁场中，给磁性体施加外力作用，其磁化强度发生变化，即逆磁致伸缩现象，可用于制作磁致伸缩传感器。
3）d E效应：随磁场变化，杨氏模量也发生变化，可用于声延迟线。
4）威德曼(Viedemann)效应：在磁性体上形成适当的磁路，当有电流通过时，磁性体发生扭曲变形，可用于扭转马达。
5）Anti-Viedemann效应：使磁性体发生机械扭曲，且在二次线圈中产生电流可用于扭转传感器。
6）Jump效应：Tb系超磁致伸缩材料，外加预应力时，磁致伸缩随外场而有跃变式增加，磁化率也改变。
磁致伸缩材料的应用
利用磁致伸缩材料的磁致伸缩效应来测量某些非电量的磁致伸缩传感器的应用领域始于19世纪、发展于20世纪后期，其应用领域包括力学传感器领域、磁学领域、声学领域、微位移领域、医学领域及材料领域等。
1） 力学传感器
利用磁致伸缩材料的逆磁致伸缩效应可以开发多种力学传感器，用于扭矩、残余应力、振动及加速度等力学量的检测，这也是目前磁致伸缩技术应用较成熟的领域。
① 扭矩传感器
目前在工业上常用的三种磁致伸缩扭矩传感器是：非晶态合金扭矩传感器、非接触式扭矩传感器和传感器轴。 ② 应力及应变检测传感器
力和应力传感器广泛应用于诸如车辆主悬挂装置、发动机底座、主振动控制，桥
梁负载监测、加工控制、建筑抗震灾害及构件残余应力的检测和有效控制中。 ③ 防振、防噪传感器
此类传感器广泛应用于机器人及测震领域，如日本明治大学的学者研究了种超磁致伸缩防震装置用于原子能发电所的配电管系统，在此基础上还开发了于建筑施工的防震装置。美国利用稀土超磁致伸缩材料制成反噪声与噪声、拔振动与振动传感控制系统可使运载工具的噪声降低到20dB以下，使振动减少令人舒适的程度。国外还成功地利用Terfenol—Dyaqr制成了测地震波的装置。 2） 磁场传感器
目前商业用磁场传感器的结构形式多种多样(包括依赖于材料本身的磁致伸缩特性的传感器)，这在很大程度上是由于需要不同的传感器来检测不同强度和不同频率的磁场。最常用的结构是使用磁致伸缩材料覆盖光纤，而有些其它的磁场传感器则是基于单片集成电路的Terfenol—Dyaqr试件。目前基于磁致伸缩延迟线技术的磁场传感器也已通过实验认证。 3） 材料特性传感器
该传感器是一种非接触磁致伸缩传感器，它使用目标材料本身的磁致伸缩特性来激励能够被测量或监测的弹性波从而获得目标的特征。这个系统可以直接用于由磁致缩材料制成的目标或者非磁致伸缩试件，但后者的表面需要粘贴一层高磁致伸缩材料。
4） 位移和运动传感器
① 位移传感器
基于磁致伸缩效应的微位移传感器已广泛应用于机器人、超精密(准确度达1012q)机加工机床、红外线电子束、激光束扫描控制、照相机快门、精密流量控制和原子力显微镜等领域。
目前最通用的位移传感器是基于磁致伸缩波导器。这个系统是检测与所测目标相连的永久磁铁的位置，它可以自由地沿着磁致伸缩波导器的长度方向移动，利用Widemann效应，通过测量由于在波导器中应变脉冲所起的磁导率的变化而测量出声波，从而确定目标的位置。 ② 速度传感器
Fenn和Gerver研制一种基于偏置T-D作动器的永久磁铁速度传感器。此传感器被连接到使T-D磁芯产生应变的运动目标上。磁感应强度的变化借助于同T-D铁芯中的应变产生联系。由法拉第一楞次定律，在缠绕的检测线圈中将感应到与T-D线圈中的磁感应强度的时间变化率成比例的电压。这样传感器的输出电压就是一个与连接目标的速度成比例的信号。 5） 声频和超声传感器
磁致伸缩技术在声频和超声方面具有广泛的应用前景，目前世界各国利用稀士超磁
致伸缩材料开发一系列的水声换能器和电声换能器用于军事和民用领域。
电致伸缩材料
简介
在外电场作用下电介质所产生的与场强二次方成正比的应变， 称为电致伸缩。这种效应是由电场中电介质的极化所引起，并可以发生在所有的电介质中。其特征是应变的正负与外电场方向无关。在压电体中（见压电性），外电场还可以引起另一种类型的应变；其大小与场强成比例，当外场反向时应变正负亦反号。后者是压电效应的逆效应，不是电致伸缩。外电场所引起的压电体的总应变为逆压电效应与电致伸缩效应之和。对于非压电体，外电场只引起电致伸缩应变。
一般地，电致伸缩所引起的应变比压电体的逆压电效应小几个数量级。要在普通电介质中获得相当于压电体所能得到的大小的应变，外电场需高达10V/m。但在某些介电常数很高的电介质中，即使外电场低于10V/m，亦可获得与强压电体相近的机电耦合作用而提供技术应用。电致伸缩的另一个特点是在应用中其重现性较好。在外加强直流偏置电场作用下,对于叠加的交变电场,电致伸缩材料的机电耦合效应的滞后及老化现象比之常用的铁电性压电陶瓷要小得多。这个优点使得电致伸缩效应常用于压力测量、连续可调激光器、双稳态光电器件等方面。近年来，随着布里渊散射、次级光电效应的研究、激光自聚焦等非线性光学的发展，电致伸缩谐振子和传感器相继问世，电致伸缩现象逐渐引起了人们的关注。在外电场Ei作用下，记电介质的极化强度为Pj，则电致伸缩所引起的应变分量可写为 ?x?11(?x???y???z)??Ty ?yz??yz EG式中N和Q称为电致伸缩系数。每种系数各有81个，组成一个四阶张量，称为电
致伸缩张量。电介质的结构对称性可以使电致伸缩张量的非零独立分量大为减少。例如对于点群为Oh＝m3m的电介质立方晶体，非零独立分量只有两个，即N1111和N1112（或Q1111和Q1112）。这些系数可通过测量外电场（或极化强度）与应变的关系直接得到。
现状
目前关于电致伸缩材料的研究方向在于使其获得可与压电陶瓷相比拟的形变。已经在两个方面取得进展：制成了电致伸缩效应相当大而电滞后效应和老化现象都很小的材
料，以及采用独石电容器结构工艺使产生足够的应变所需的电压相当程度地降低。其中最为可取的是以铌镁酸铅为基体的弛豫型铁电陶瓷，这类材料正在用于制成电致伸缩换能器。
电致伸缩陶瓷
电致伸缩陶瓷微位移器是近年来发展起来的新型微位移器件，它具有体积小、承载力大、精度高、位移分辨率高和频率响应快等特点，并且发热量小，不产生噪声，成为目前很有前途的微位移执行器。由于在超精密控制和作用力小的场合具有较大的优势，它广泛应用于流体控制阀、声学仪器用换能器、计算机彩色打印机、线性电动机、自动装置用的多种执行器和微波声学等领域。它还在机床、机器人和汽车等技术中有着广泛应用。
与压电陶瓷和压电单晶所不同的是，电致伸缩材料不存在自发极化，这也意味着电致伸缩材料即使在很高的工作频率刚乃可表现为没有或很小的迟滞损失。而压电陶瓷因为自极化的微晶畴的影响，叠消了部分电致伸缩的效果，在施加静态电压时可表现为内电场，当作用动态驱动电压时，可明显表现为电压一作动器位移的迟滞回线。电致伸缩作动器位移迟滞回线包含的面积比压电作动器迟滞回线包含的面积小的多，通常电致伸缩作动器的迟滞在2%以内，而压电作动器可高达12%一15%。
同时在施加相同的阶跃的驱动电压的情况下，随着时间的延长，自极化程度增加，作动器的伸长量一直在变动，然而电致伸缩作动器因为没有自发极化，作动器伸长量的变动要小得多。有研究表明，压电陶瓷作动器在保持驱动电压不变的情况下，一个小时后的作动位移变化可达到15%，而电致伸缩作动器的作动位移变化大约在3%左右。
同时电致伸缩陶瓷最大的一个优点表现为在同样的电压驱动下，电致伸缩陶瓷可以获得更大的位移伸长量。同时电致伸缩陶瓷在压力作用下特性参数变化较小，而压电陶瓷由于在大应力作用下会出现退极化现象，作动器性能下降。但是电致伸缩陶瓷还有一个比较大的缺点就是受温度影响相大，通常在室温下工作。