基于感应线圈的钢丝绳损伤检测系统设计.docx

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1、钢丝绳广泛应用于矿山、交通运输、旅游等国民经济各主要行业，发挥着极为关键的作用。钢丝绳作为工程承载的关键构件，在使用过程中极易发生磨损、锈蚀、疲劳、断丝等各种形式的机械损伤，导致其安全承载能力下降，造成安全隐患。钢丝绳安全检测的原理、方法和技术的研究是非常重要的课题，具有重大的社会经济意义。因此，钢丝绳损伤检测已被世界各国高度重视，成为世界性的，既有理论意义又有实用价值的重要研究课题。对钢丝绳进行饱和励磁是能够准确检测到钢丝绳损伤信号的前提。本文基于磁路和磁场理论，建立了钢丝绳损伤的磁路计算模型，对影响励磁器性能的各种因素进行了分析，设计制作了永磁式周向多回路励磁器。在此基础上，采用了高性能的

2、集成单感应线圈对钢丝绳损伤漏磁场进行检测，设计出了信号预处理电路，提出了基于感应线圈钢丝绳损伤检测方法，在此基础上，提出以AT89C52单片机为微处理器的钢丝绳断丝信号特征量数据采集系统以及基于虚拟仪器技术对钢丝绳的损伤信号进行数据的定量识别与分析显示。关键词：钢丝绳；断丝；励磁器；感应线圈；单片机ABSTRACTThesteelwireropeiswidelyusedinmining,transportation,tourismandothermajorindustriesofthenationaleconomy,playinganextremelycriticalrole.Asthekey

3、componentofengineeringbearing,thewireropeisveryeasytobreak,rust,fatigue,brokenwireandotherformsofmechanicaldamageintheprocessofuse,resultinginadecreaseinitssafetycarryingcapacity,resultinginsafetyhazards.Thestudyoftheprinciple,methodandtechnologyofsafetydetectionofwireropeisaveryimportantsubjectandh

4、asgreatsocialandeconomicsignificance.Therefore,thedetectionofwireropedamagehasbeenattachedgreatimportancetotheworld,boththeoreticalsignificanceandpracticalvalueofimportantresearchtopicsSaturatingexcitationofwireropeisaprerequisiteforaccuratedetectionofwireropedamageSignaLBasedonthetheoryofmagneticci

5、rcuitandmagneticfield,thispaperestablishesamagneticpathcalculationmodelforwireropedamage,analyzesvariousfactorsaffectingtheperformanceofexciters,anddesignsandproducespermanentmagneticci*cularmulti-loopexcitations.Onthisbasis,thehigh-performanceintegratedsingle-sensingcoilisusedtodetectthewireropedam

6、ageleakagemagneticfield,thesignalpre-processingelectricwayisdesigned,themethodofwireroperopedamagedetectionmethodbasedontheinductioncoilisproposed,onthisbasis,thedatacollectionsystemofwireropewirebrokenwiresignalwithAT89C52microcontrollerasmicroprocessorisproposed,andthequantitativeidentificationand

7、analysisofthedamagesignaldatabasedonvirtualinstrumenttechnology.Keywords:wirerope;wirebreak;Excitation;Inductioncoil;microcontroller目录第一章绪论61.1 本课题研究的背景61.2 课题研究的出发点71.3 钢丝绳损伤检测的研究现状81.4 本文的主要研究工作9第2章钢丝绳损伤电磁检测原理及磁场信号特征分析102.1 钢丝绳的结构组成和基本特性102.3 铁磁性材料缺陷的漏磁场信号特征112.4 钢丝绳断丝损伤的漏磁场信号特征13第3章钢丝绳的磁化理论与励磁器设计

8、173.1 磁化回路的基本内容173.2 钢丝绳励磁的相关内容研究193.2.1 钢丝绳磁化方式选择193.2.2 励磁回路分析213.3 励磁器结构设计243.3.1 磁化强度的选择243.3.2 极靴的材料和尺寸253.3.3 极靴间距L263.3.4 衔铁的材料和尺寸27第4章感应线圈检测器及电路系统设计284.1 感应线圈检测器无损检测的基本原理284.1.1 感应线圈检测器的基本概述284.1.2 永磁式励磁感应线圈检测器的工作原理284.2 感应线圈检测器的基本特性参数294.3 感应线圈检测器的设计314.3.1 检测器设计类型的确定314.3.2 检测器的安放与布置324.4

9、检出信号的电路处理系统334.4.1 钢丝绳检测信号的特点及对积分电路的要求334.4.2 设计具有非线性反馈的高稳定积分电路33第5章基于AT89C52单片机的钢丝绳损伤信号采集系统设计365.1 数据采集系统简介365.2 钢丝绳损伤检测信号的特征量375.3 AT89C52单片机功能简介375.4 采集系统硬件设计385.4.1 单片机主控模块395.4.2 A/D转换模块405.4.3 距离检测模块415.4.4 通信模块425.4.5 特征值检波模块445.5 数据采集系统软件设计455.5.1 系统工作原理455.5.2 程序模块组成455.5.4 INTn中断服务程序485.5.

10、5 Tl中断服务程序515.5.6 CPU抗干扰措施51结论52致谢53参考文献错误！未定义书签。附录错误！未定义书签。第1章绪论1.1 本课题研究的背景钢丝绳广泛应用于冶金、交通运输、旅游等重要经济行业，起着非常重要的作用。钢丝绳的绳股结构复杂，工作环境恶劣，易于出现磨损、锈蚀、断丝等损伤，导致其强度下降，牵引钢丝绳的安全使用和检测技术越来越多地引起人们的关注。因此，如何对钢丝绳合理的使用以发挥其最大的使用价值，同时又对钢丝绳的安全隐患防范于未然等问题的研究就成了我们必须面对的一个难题。尽管我们对钢丝绳的使用方法不断的进行优化，但在其安全性能评估与报废年限预判这方面的局限性很大。我国现有的关

11、于“钢丝绳行业安全规程及国家检测标准”主要是基于钢丝绳损伤检测结果而制定的。想要实现钢丝绳的合理使用，并发挥其最大使用价值，同时还确保其安全性，就要求我们在现在的标准上不断提高检测技术与检测精度，使得检测结果更具客观性，更贴近真实工作状态，更符合我们对钢丝绳的合理使用与安全要求。1.2 课题研究的出发点首先，分析目前出现的损失检测技术在原理上存在的问题以及钢丝绳的结构特点。由测试理论和技术的改进，开发了一种高可靠性、在线量的智能测试仪，尽可能客观地反映钢丝零件的损伤你可以。能根据受伤情况预测钢丝的安全性，以避免事故风险，保证人员安全。其次，再确定本次毕业设计的研究方向后，设计过程中势必会涉及到

12、多学科的内容，这就需要将这些学科的内容进行合理的整合，以达到知识理论的综合运用的目的。例如利用力学知识分析钢丝绳的受力及损失情况；利用电磁学知识设计分析励磁与检测器件的工作特性；利用电学知识设计信号采集与处理、信号调理与分析电路；利用微机原理与接口技术设计硬件电路的驱动设备。最后，综合设计整个检测装备系统，结合软、硬件的使用，完善钢丝绳检测应用技术，提高钢丝零件的准确性，尽量避免人为因素的影响，实现记录过程的智能化，进一步提高钢丝零件安全性研究的可行性。(1)本课题主要是理论上的研究，但研究的基础是无损检测技术。与此同时设计中的多学科内容地相互渗透，也是对多学知识的熟悉与再运用。(2)本课题的

13、研究以工程应用为背景，对开发和研制钢丝绳安全检测装置具有实际的指导作用。(3)对预防钢丝绳的使用损害事故，减少资源浪费，保障人身安全具有积极作用。1.3 钢丝绳损伤检测的研究现状根据钢丝部分是否损坏，钢丝安全检测方法可分为有损检测法和无损检测法。有损检测法是通过对待检钢丝绳进行拉断或疲劳试验来测试钢丝绳的剩余强度。无损检测法应能反映介质对钢丝部分的损伤状态，而不损伤钢丝部分，再利用传感器检测介质的动态变化信息，以此得到钢丝绳的损伤信号，对损伤信号进一步分析处理，最后评估出钢丝绳的损伤状态和安全性能。虽然无损检测法相比于有损检测方法更被钢丝绳使用单位接受，但是现有的损伤检测设备还无法有效地识别钢

14、丝绳的各类缺陷，检测结果可靠性较低，使得大多数钢丝绳使用单位仍将其作为一种辅助检测手段，主要检测手段仍以人工目视检测法为主。虽然目前无损检测法对钢丝绳的损伤检测效果不佳，但该方法可以实现高速非接触检测，具有较大发展前景，仍然是实现钢丝绳在线检测的必然发展方向。表11常用的钢丝绳无损检测方法方法测量原理优点缺点固体声测法在断丝发生的瞬间记录下纵向脉冲分量可以连续自动记录断丝还仅限于实验室，仪器硬件费用较高人工目视法通过目视缓慢的检测钢丝绳表面损伤简单易行效率低，人为因素影响大，不能观察内部损伤X射线法用强X射线垂直于钢丝绳照射识别效果好设备维护费用高，长时间曝光不能连续测量磁性法测定漏磁场、主磁

15、通及漏磁成像等方式能较为全面的检测处各类损伤检测精度一般电涡流法电涡流效应可检测出断丝存在集肤效应，影响检测效果振动测试法横向激励振动波在绳中传播可检测出钢丝绳横截面积变化区缺陷分辨力不够磁致伸缩法磁致伸缩效应无需穿过钢丝绳对小的断口和缺陷分辨力不够电流法测定固定钢丝绳长的欧姆电阻能判断出断面状况需同时测量移动钢丝绳的应力、温度、伸长量针对钢丝绳的无损检测，按照其检测原理的不同，大致可以分为固体声测法、人工目视法、X射线检测法、磁性法、电涡流检测法、振动检测法、磁致伸缩检测法、电流法等，如表1.1所示。由于钢丝绳具有良好的导磁性能，特别适合使用电磁无损检测方法进行损伤检测，电磁检测法成本低、易于实现，且无论内外部缺陷都能检测的到，是目前钢丝绳无损检测的主流方法。1.4 本文的主要研究工作1、查阅国内外关于钢丝绳损伤检测的文献资料，掌握研究现状，写出综述材料。2、分析钢丝绳损伤电磁检测的基本原理，推导励磁回路参数计算公式，设计永久磁铁式励磁器。3、研究钢丝绳损伤的磁场信号特征及损伤信号检测与处理技术。4、设计双排差动感应线圈检测器及信号处理电路，设计电路板。5、设计基于AT89C52单片机的检测信号采集与转换的软、硬件