鋼絲繩斷絲無(wú)損檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)

1、 基于漏磁檢測(cè)的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)器設(shè)計(jì)摘 要隨著當(dāng)今社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，鋼絲繩在各個(gè)領(lǐng)域的使用越來(lái)越廣泛，同時(shí)它的安全性與可靠性也受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。通過(guò)對(duì)鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)的分類、發(fā)展以及趨勢(shì)的介紹，分析了鋼絲繩故障在線監(jiān)測(cè)的情況。本設(shè)計(jì)以漏磁檢測(cè)為基礎(chǔ)，使用霍爾傳感器SS495A檢測(cè)漏磁信號(hào)，利用傳感器模擬的漏磁信號(hào)，即給電路直接輸入電壓信號(hào)，通過(guò)后續(xù)電路和軟件的處理之后，完成了基于漏磁檢測(cè)的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)設(shè)計(jì)。信號(hào)處理的系統(tǒng)主要由放大電路及低通濾波電路組成，能夠完成對(duì)鋼絲繩斷絲信號(hào)的放大與濾波，經(jīng)過(guò)放大和濾波處理的電壓信號(hào)通過(guò)ADC0809進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)換后的信息傳輸?shù)紸T89C51單

2、片機(jī)，經(jīng)過(guò)軟件編程處理后，由單片機(jī)控制的數(shù)碼管將電壓的具體數(shù)值顯示出來(lái)，并通過(guò)LED燈亮滅的數(shù)量來(lái)判斷鋼絲繩的斷絲情況。編寫(xiě)后的單片機(jī)程序首先在Proteus軟件上仿真，從理論上實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)顯示的功能。在仿真成功的基礎(chǔ)上，根據(jù)所繪制的系統(tǒng)原理圖在萬(wàn)能板上搭建硬件電路，同時(shí)進(jìn)行了調(diào)試，最終達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。本文的設(shè)計(jì)不但可以檢測(cè)出鋼絲繩的內(nèi)部缺陷，同時(shí)能夠定量檢測(cè)鋼絲繩的金屬截面積?？蓪?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的在線全繩檢測(cè)，工作效率較高，基本不會(huì)受到人為因素的影響，結(jié)合人工檢查及檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析可有效的評(píng)估鋼絲繩的損傷程度與強(qiáng)度損失狀況。關(guān) 鍵 詞：鋼絲繩，霍爾傳感器，檢測(cè)，A/D轉(zhuǎn)換，單片機(jī)BROKEN W

3、IRE ROPE NON-DESTRUCTIVE TESTING DEVICE DESIGNABSTRACTWith the continuous progress of science and technology in today's society, the use of wire rope in various fields more and more widely, and its security and reliability have been more and more attention. Through the introduction of the classi

4、fication, development and trend of nondestructive testing of wire rope, this paper analyzes the situation of the on-line monitoring of the fault of the wire rope. The design of leakage magnetic detection based, magnetic flux leakage signals using Hall sensor SS495A detection, using analog sensors MF

5、L signals, namely to the circuit directly input signal voltage, followed by subsequent circuit and software processing, completed the based on leakage magnetic detection of wire rope nondestructive testing (NDT) design.Signal processing system mainly by the amplifying circuit and low pass filter cir

6、cuit, able to complete the wire rope broken wire signal amplification and filtering, after amplification and filtering processing of voltage signal through the ADC0809 for a / D conversion, the conversion after the information is transmitted to the single chip microcomputer AT89C51, after processing

7、 programming software and controlled by single chip microcomputer, digital tube display the specific values of voltage, and through the LED lamp light quantity to extinguish to judge the broken wire rope.After the preparation of the microcontroller program first in the Proteus software simulation, f

8、rom the theory to achieve A/D conversion and data display function. On the basis of successful simulation, the hardware circuit is built on the basis of the principle of the system, and the debugging is carried out to achieve the expected goal.The design of this paper not only can detect the interna

9、l defect of the steel wire rope, but also can detect the metal section area of the wire rope. Can achieve real-time online rope detection, high work efficiency, basically not by the influence of human factors, combined with manual inspection and test data analysis can effectively evaluate the wire r

10、ope damage degree and strength losses.KEY WORDS：Wire rope ,Hall sensor, test,A / D conversion, AT89C51目 錄摘 要IABSTRACTII第一章緒論111123第2章 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)的分類5第3章 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)7§3.1 斷絲的漏磁場(chǎng)檢測(cè)7§3.2 鋼絲繩磁化方法8§3.3 檢測(cè)元件9§3.3.1 感應(yīng)法9§3.3.2 霍爾效應(yīng)法10第4章 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)12§4.1 信號(hào)調(diào)理電路12§4.2 SS495A霍爾傳感

11、器特點(diǎn)12§4.3 放大電路13§4.3.1 LM741運(yùn)算放大器15§4.3.2 電源供應(yīng)器15§4.4 濾波電路16第5章 硬件電路及軟件設(shè)計(jì)18§5.1 AT89S5118§5.2 ADC080921§5.3 硬件電路調(diào)試23§5.4 程序流程圖設(shè)計(jì)27結(jié) 論28參考文獻(xiàn)29致 謝30附 錄31第一章緒論 本課題源自自然科學(xué)基金與部、省、市級(jí)以上科研課題。 鋼絲繩作為一種當(dāng)前最重要的設(shè)備之一，因其有抗疲勞的強(qiáng)度高、抗拉力強(qiáng)度高、彈性高、重量輕、工作可靠性高、承載及過(guò)載能力大、在運(yùn)行條件下工作不產(chǎn)生噪聲等很多優(yōu)

12、點(diǎn)，其在冶金、礦產(chǎn)、建筑等經(jīng)濟(jì)重要行業(yè)與部門(mén)的運(yùn)輸、抬升等裝備中得到了非常廣泛應(yīng)用，例如各種起重機(jī)、電梯、提升機(jī)等都較多地使用了鋼絲繩。然而，其作為一種工程承載機(jī)構(gòu)，在其使用的過(guò)程中，由于各種因素必然會(huì)引起疲勞、磨損甚至拉斷等情況，其工作狀況會(huì)關(guān)系到設(shè)備和人身的安全。 隨著當(dāng)今社會(huì)的高速發(fā)展，礦山、港口、建筑及其它各行業(yè)的起重牽引等設(shè)備逐漸大型化，鋼絲繩變得越來(lái)越長(zhǎng)，直徑越來(lái)越大。人工的目視檢查方法已無(wú)法滿足現(xiàn)代化設(shè)備對(duì)鋼絲繩檢測(cè)及診斷的要求，而目前己使用的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)方法存在以下主要的問(wèn)題：檢測(cè)可靠性不高，智能化較低，人為影響大，檢測(cè)的結(jié)果客觀性不足，同時(shí)提供的損傷信息不完整，不能對(duì)鋼絲繩

13、損傷情況做出全面估計(jì)。因此，有必要在現(xiàn)有探傷設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出高可靠性、高性能的智能化檢測(cè)設(shè)備來(lái)適應(yīng)當(dāng)前檢測(cè)的要求1。 在二十世紀(jì)六十年代初，我國(guó)才開(kāi)始鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)相關(guān)技術(shù)研究。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)自行研制開(kāi)發(fā)的鋼絲繩探傷設(shè)備通常只檢測(cè)單一因素（主要為斷絲）的儀器。到70年代初，我國(guó)研制出了第1代TGS型鋼絲繩的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。 八十年代，華中理工大學(xué)的楊叔子等人進(jìn)行了鋼絲繩的在線檢測(cè)研究，其重點(diǎn)為斷絲定量檢測(cè)。他們使用的是漏磁通法，通過(guò)稀土永久磁鐵對(duì)進(jìn)行鋼絲繩勵(lì)磁，使用集成的霍爾元件以及聚磁技術(shù)來(lái)測(cè)量被測(cè)鋼絲繩周圍各方向的磁場(chǎng)信號(hào)，利用碼盤(pán)來(lái)控制采樣間距，通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)處理之后，同時(shí)對(duì)鋼絲繩勵(lì)磁磁路、

14、信號(hào)的處理等方面進(jìn)行了研究，他們首先研制完成了MTC-94鋼絲繩探傷設(shè)備，能夠定性檢測(cè)鋼絲繩存在的局部異常和缺陷。到八十年代末，他們又研制成功了GDJY系列的鋼絲繩斷絲定量檢測(cè)設(shè)備，該設(shè)備是使用便攜機(jī)為檢測(cè)平臺(tái)的檢測(cè)儀器。到1992年底，GDJY-鋼絲繩斷絲定量檢測(cè)設(shè)備通過(guò)了相關(guān)技術(shù)鑒定，該設(shè)備在探傷傳感器上利用了“聚磁”技術(shù)來(lái)檢測(cè)鋼絲繩的漏磁場(chǎng)，是漏磁探傷檢測(cè)技術(shù)的一次突破。因?yàn)槠涮岣吡嗽O(shè)備的智能化水平，成功完成了鋼絲繩檢測(cè)信號(hào)等距采樣，同時(shí)可以對(duì)斷絲信號(hào)得特征進(jìn)行提取、對(duì)斷絲檢測(cè)信號(hào)的定量識(shí)別完成了有效的探索，從而完成對(duì)斷絲的定量檢測(cè)，因此該技術(shù)在當(dāng)時(shí)已經(jīng)處在了國(guó)際領(lǐng)先的水平，為鋼絲繩檢測(cè)

15、技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展做了重大貢獻(xiàn)。 八十年代末其，河南洛陽(yáng)的澗西機(jī)電研究所成功研制了GXT斷絲檢測(cè)設(shè)備。該裝置使用自主研發(fā)的動(dòng)態(tài)感應(yīng)線圈來(lái)在線檢測(cè)，該設(shè)備主要用在檢測(cè)鋼絲繩局部的損傷，在當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)影響較大。1986年煤礦撫順?lè)衷簭膰?guó)外引進(jìn)了LMA-250鋼絲繩探傷設(shè)備，同時(shí)與哈工大合作，利用單片機(jī)系統(tǒng)研發(fā)成功了GST系列鋼絲繩探傷設(shè)備。該設(shè)備在當(dāng)時(shí)是國(guó)內(nèi)第1臺(tái)能夠同時(shí)進(jìn)行LF與LMA檢測(cè)的探傷裝置，其性能已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際同產(chǎn)品的水平。之后國(guó)內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)了部分相似的產(chǎn)品，也可以同時(shí)定量檢測(cè)LF與LMA。此外，在九十年代末期，東北大學(xué)對(duì)以聲發(fā)射技術(shù)為基礎(chǔ)的鋼絲繩斷絲檢測(cè)作了試驗(yàn)性研究。 我國(guó)在鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)

16、的研究起步較晚，但在近幾年來(lái)，模式識(shí)別技術(shù)及人工智能已經(jīng)逐漸應(yīng)用到了鋼絲繩的定量判別中，成功完成了鋼絲繩斷絲數(shù)量的精確識(shí)別、鋼絲繩截面直徑非接觸測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了斷絲與磨損的整體檢測(cè)。 當(dāng)前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備是華中科技大學(xué)研制成功的的MTC型鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。晉城煤業(yè)集團(tuán)與華中科技大學(xué)共同研制成功的MTC-B鋼絲繩檢測(cè)儀，采用了磁性檢測(cè)方法來(lái)檢測(cè)鋼絲繩存在的各種缺陷，其原理為沿著鋼絲繩的軸向來(lái)磁化一段鋼絲繩，若被檢測(cè)鋼絲繩有缺陷，則鋼絲繩的表面會(huì)出現(xiàn)漏磁或?qū)е卤淮呕摻z繩的磁路內(nèi)部磁通變化，利用磁敏感元件來(lái)檢測(cè)這部分磁場(chǎng)的畸變，就能夠得到相關(guān)鋼絲繩缺陷的信號(hào)。該設(shè)備可以定量檢測(cè)鋼絲繩內(nèi)外部

17、存在的斷絲，定量檢測(cè)因銹蝕、磨損、變形等原因?qū)е碌匿摻z繩金屬截面積的變化量。 九十年代初我國(guó)開(kāi)始對(duì)漏磁檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析和研究,并且于2002 年成功研制出了鋼板與管道的腐蝕漏磁檢測(cè)設(shè)備, 但總體的技術(shù)水平較發(fā)達(dá)國(guó)家相對(duì)落后。近些年來(lái),在國(guó)內(nèi)無(wú)損檢測(cè)方面的工作人員共同努力下, 已經(jīng)有很多高校及科研單位在該方面獲得了可喜成果, 進(jìn)一步縮小了與國(guó)際水平差距。目前國(guó)內(nèi)從事研究漏磁檢測(cè)的高校主要有華中科技大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等。其中華科大的楊叔子等學(xué)者, 在儲(chǔ)罐底板的漏磁檢測(cè)研究及管道的漏磁檢測(cè)傳感器的研發(fā)、鋼絲繩漏磁檢測(cè)等方向進(jìn)行了很多研究工作, 通過(guò)ANSYS軟件對(duì)傳感器勵(lì)磁設(shè)備參數(shù)對(duì)鋼板的

18、局部磁化的影響進(jìn)行了分析, 同時(shí)完成設(shè)計(jì)了相對(duì)應(yīng)的漏磁檢測(cè)傳感器等工作; 清華大學(xué)的李路明等學(xué)者研究了管道漏磁探傷方法, 鐵鑄件漏磁探傷的方法, 其使用了有限元分析法研究了永磁體的幾何參數(shù)對(duì)管道磁化情況的影響, 分析了漏磁探傷中各量間的關(guān)系, 例如物體表面的裂紋寬度對(duì)漏磁場(chǎng)Y 分量的影響; 交直流的磁化問(wèn)題, 對(duì)于漏磁檢測(cè)中交流磁化如何選擇磁化電流的頻率問(wèn)題, 同時(shí)分析選取磁化頻率的原則問(wèn)題等; 沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)楊理踐等學(xué)者研究了以單片機(jī)控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的管道漏磁檢測(cè)系統(tǒng), 討論了小波包技術(shù)在管道漏磁分析中的應(yīng)用, 利用時(shí)域分析對(duì)管道的漏磁信號(hào)進(jìn)行了處理; 合肥工業(yè)大學(xué)何輔云使用了多路缺陷信號(hào)滑環(huán)傳

19、送技術(shù)進(jìn)行漏磁探傷，同時(shí)研制成功了管線的漏磁無(wú)損檢測(cè)裝置; 上海交通大學(xué)的金建華對(duì)管道缺陷的漏磁檢測(cè)進(jìn)行了研究, 利用小波分析技術(shù)對(duì)漏磁檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行了去噪處理, 并將巨磁阻傳感器應(yīng)用到了漏磁檢測(cè)中, 研制成功了適用于輸氣管道、輸油管道的專用檢測(cè)傳感器;軍械工程學(xué)院研制成功的裂紋漏磁檢測(cè)儀可以對(duì)鋼質(zhì)構(gòu)件的內(nèi)部和表面裂紋定量檢測(cè); 中科院金屬所蔡桂喜對(duì)漏磁與磁粉探傷對(duì)裂痕缺陷的檢出能力作了研究分析, 并利用環(huán)電流模型計(jì)算了各種槽形矩形缺陷所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng), 得出了漏磁與磁粉2種方法不適用于裂痕縫隙較窄的疲勞裂紋檢測(cè)的結(jié)論。 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)是為了檢測(cè)出鋼絲繩工作的條件與狀況，用來(lái)對(duì)鋼絲繩進(jìn)行合理、可

20、靠、科學(xué)的使用，必要時(shí)需要通過(guò)更換鋼絲繩來(lái)避免事故的發(fā)生。本課題所研究的領(lǐng)域今后還有待進(jìn)一步研究，有很多的改善工作需要努力，包括：（1）進(jìn)一步的研究如何判斷鋼絲繩故障類型的評(píng)價(jià)方法與檢測(cè)原理，更精準(zhǔn)地估算鋼絲繩的剩余壽命和剩余強(qiáng)度；（2）可以研究如何將傳感器單勵(lì)磁改為雙勵(lì)磁；（3）將現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)進(jìn)一步地融合到鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)中，將人工智能及信號(hào)處理等技術(shù)跟鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)的實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，這樣才能滿足各個(gè)行業(yè)的實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)要求，能夠提供完整、有效的損傷信息，完成鋼絲繩的無(wú)損檢測(cè)任務(wù)。 第2章 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)的分類傳統(tǒng)鋼絲繩的檢測(cè)方式是利用人工目測(cè)掛紗來(lái)檢測(cè)斷絲，利用游標(biāo)卡尺來(lái)測(cè)量截面直

21、徑。鋼絲繩的表面出現(xiàn)斷絲情況時(shí)，應(yīng)力作用會(huì)使鋼絲繩向外發(fā)散，導(dǎo)致斷絲露出于繩外，這是最原始的檢測(cè)方法人工目視法。人工目視方法的的進(jìn)行過(guò)程如下：工作人員處于鋼絲繩的旁邊位置，手拿紗然后捋摸目標(biāo)鋼絲繩，鋼絲繩同時(shí)以檢測(cè)的速度移動(dòng)，如果此時(shí)出現(xiàn)了掛紗，則可懷疑出現(xiàn)斷絲，同時(shí)被測(cè)將鋼絲繩固定在此位置進(jìn)行觀察。該方法只可以檢查出外部的斷絲，且此斷絲已經(jīng)向外翹起，同時(shí)鋼絲繩的運(yùn)行速度不可以過(guò)快，又不能太慢，太慢的話會(huì)影響檢測(cè)的效率，另外檢測(cè)人員需要精神的集中，勞動(dòng)的強(qiáng)度很大。因此該方法有很多不足的地方。盡管人們?cè)摲椒▽?duì)鋼絲繩的檢查結(jié)果越來(lái)越不滿意，但目前依然有許多的鋼絲繩的用戶沿用該方式。 隨著鋼絲繩的生

22、產(chǎn)材料與生產(chǎn)水平的進(jìn)步，其結(jié)構(gòu)變得逐漸復(fù)雜化，其損傷狀況也更多的表現(xiàn)為繁雜性和多樣性，對(duì)損傷的檢測(cè)難度也越來(lái)越大；同時(shí)，鋼絲繩表面的潤(rùn)滑導(dǎo)致表面會(huì)形成一層的油泥，這都給目視的檢測(cè)帶來(lái)較大困難。對(duì)于該情況，利用目視的檢測(cè)方法只能對(duì)鋼絲繩進(jìn)行逐段的清理后再進(jìn)行檢查，但其內(nèi)部存在的損傷仍無(wú)法被發(fā)現(xiàn)，這就需要設(shè)計(jì)出其他有效的檢測(cè)方法。鋼絲繩的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是指在不對(duì)鋼絲繩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞的情況下，使用某種方法對(duì)鋼絲繩的內(nèi)部情況、機(jī)械特性以及工作的狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)根據(jù)檢測(cè)所得的結(jié)果與規(guī)定的準(zhǔn)則對(duì)鋼絲繩的情況做出評(píng)估。目前鋼絲繩的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有很多種。根據(jù)鋼絲繩具體損傷的特性, 可以把鋼絲繩損傷歸為截面損耗

23、和局部缺陷兩種。局部損傷為在鋼絲繩的局部所發(fā)生的損傷, 其包括銹蝕、內(nèi)外部的斷絲和局部形變等主要狀況, 特征是鋼絲繩截面突然變小。截面損耗為鋼絲繩軸向的較長(zhǎng)范圍內(nèi)，有效的金屬截面積逐漸變少, 包括長(zhǎng)距離的銹蝕、磨損以及繩徑變細(xì)等情況, 特征是鋼絲繩金屬截面在長(zhǎng)的范圍內(nèi)減小。一部分檢測(cè)方法因?yàn)榧夹g(shù)或原理上的約束在工程中很難應(yīng)用，目前還只是處于實(shí)驗(yàn)室的研究中。目前，能夠在工程上廣泛使用的方法之一是電磁檢測(cè)法1。第3章 鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)§3.1 斷絲的漏磁場(chǎng)檢測(cè)漏磁檢測(cè)的原理圖如圖3-1所示。圖3-1漏磁檢測(cè)原理鐵磁性材料自身磁導(dǎo)率較空氣磁導(dǎo)率要高至少一百倍。磁場(chǎng)中鐵磁材料的表面發(fā)生

24、缺陷時(shí)，由于該材料的局部磁導(dǎo)率下降，一些磁場(chǎng)會(huì)從材料中漏出來(lái)，然后利用霍爾傳感器來(lái)檢測(cè)這部分外泄的磁場(chǎng)。本文的設(shè)計(jì)利用霍爾元件的聚磁檢測(cè)原理和陣列組合檢測(cè)相組合的方式，陣組檢測(cè)是指沿著鋼絲繩的軸向，每隔固定的距離放置2個(gè)檢測(cè)環(huán)，每個(gè)環(huán)上分別安裝若干個(gè)霍爾元件，將兩個(gè)環(huán)上處于同軸向剖面的2個(gè)檢測(cè)元件所得到的信號(hào)進(jìn)行加法或差分計(jì)算處理，以消除所產(chǎn)生的噪聲。只利用多元件相結(jié)合檢測(cè)的方法時(shí)，隨鋼絲繩直徑的增大，元件數(shù)量的增加；利用檢測(cè)信號(hào)的疊加來(lái)去除繩間漏磁場(chǎng)的影響時(shí)，檢測(cè)元件放置需要滿足特定的精確度要求。聚磁檢測(cè)的方法利用聚磁器來(lái)采集被測(cè)漏磁場(chǎng)，可以有效地增加損傷漏磁場(chǎng)的測(cè)量靈敏程度，且通過(guò)聚磁器之

25、后，磁場(chǎng)情況被輸入到霍爾元件中去，檢測(cè)到的是鋼絲繩沿著軸向的漏磁場(chǎng)平均分布的量。結(jié)果分析可以看出，鋼絲繩斷絲所造成的漏磁檢測(cè)，用高性能的導(dǎo)磁材料所做成的聚磁器呈現(xiàn)圓形。聚磁器的放置方式是包圍在鋼絲繩的外圍，沿鋼絲繩的軸向進(jìn)行成對(duì)順次安裝，在這兩環(huán)的凸臺(tái)之間安裝測(cè)量用的霍爾元件2。§3.2 鋼絲繩磁化方法無(wú)損檢測(cè)中磁化是完成檢測(cè)的基礎(chǔ)，磁化決定了被測(cè)的對(duì)象是否能夠產(chǎn)生可以被分辨和可以被測(cè)量的信號(hào)，同時(shí)可以影響檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)的特性與被測(cè)信號(hào)特性。基于測(cè)量目的和被測(cè)對(duì)象特性，選擇需要采用的磁化方式是磁化關(guān)鍵所在。在鋼絲繩的電磁無(wú)損檢測(cè)原理實(shí)際應(yīng)用時(shí)，鋼絲繩磁化的方法有很多種，從被選勵(lì)磁源性質(zhì)

26、化分，分為直流勵(lì)磁法和交流勵(lì)磁法。其中交流勵(lì)磁法會(huì)在鋼絲繩的表面引起渦流和集膚效應(yīng)，目前己被逐漸的淘汰。 依據(jù)所使用直流勵(lì)磁源的差異，可將直流勵(lì)磁的方法化分為永久磁鐵的勵(lì)磁和直流有源的勵(lì)磁，直流有源勵(lì)磁的勵(lì)磁強(qiáng)度能夠進(jìn)行調(diào)整，但是通常重量很大且結(jié)構(gòu)較為繁雜，并且運(yùn)行時(shí)還需要提供相應(yīng)的直流電源裝置。永久磁鐵勵(lì)磁強(qiáng)度通常無(wú)法調(diào)節(jié)，在產(chǎn)生同樣的勵(lì)磁下，對(duì)于直徑小于40mm的鋼絲繩，使用永久磁鐵的勵(lì)磁在重量、使用方便性以及成本上，相比于直流有源的勵(lì)磁方式都具有較大的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)新型永磁材料的研制和實(shí)際應(yīng)用，永久磁鐵勵(lì)磁方式在很多領(lǐng)域正逐漸地替代直流有源勵(lì)磁。根據(jù)上述的優(yōu)點(diǎn)，在鋼絲繩的斷絲傳感器勵(lì)磁中，

27、本文設(shè)計(jì)將采用永久磁鐵當(dāng)做勵(lì)磁源。目前的磁化鋼絲繩所使用的勵(lì)磁回路通常由軟磁連接體、永久磁鐵、極靴、氣隙、鋼絲繩等部分構(gòu)成都如圖3-2示。勵(lì)磁回路需要以最低成本、最優(yōu)性能、最小重量，使鋼絲繩磁場(chǎng)強(qiáng)度滿足本設(shè)計(jì)所需要的要求。為了降低勵(lì)磁回路的體積，以增加回路的性能，通常選用具有高矯頑力、高剩磁特性的材料。根據(jù)鋼絲繩探傷檢測(cè)的實(shí)際情況，考慮各類永磁材料的自身特性，本設(shè)計(jì)選用稀土材料所制成的磁鐵是較為理想的。稀土永磁材料的矯頑力較大，剩磁也較高，基本可以保證鋼絲繩磁化的要求，并且其最大磁能積和磁穩(wěn)定性都比較優(yōu)良，溫度系數(shù)較低，可以在大溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。采用釹鐵硼稀土材料作為本文設(shè)計(jì)的回路勵(lì)磁源，。

28、此外，釹鐵硼磁鐵作為一種鐵基材料，成本較為低廉。圖3-2永磁勵(lì)磁回路軟磁材料作為勵(lì)磁回路中用來(lái)形成磁線通路的的一部分，在勵(lì)磁回路中具有改變磁線方向的作用，以降低回路磁阻，增大主要部件磁通密度，用來(lái)聚集磁場(chǎng)。軟磁材料磁軛通常選用飽和磁通密度和磁導(dǎo)率都較高的材料。本文設(shè)計(jì)選用的軟磁材料為工業(yè)純鐵。§3.3 檢測(cè)元件漏磁場(chǎng)的測(cè)量利用磁敏感元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般采用的是霍爾效應(yīng)法和感應(yīng)法。§3 感應(yīng)法感應(yīng)法是利用感應(yīng)線圈來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的，利用感應(yīng)線圈來(lái)檢測(cè)鋼絲繩的損傷的具體原理如圖3-3所示。當(dāng)鋼絲繩相對(duì)于勵(lì)磁器和線圈移動(dòng)，鋼絲繩會(huì)被勵(lì)磁器分段磁化到飽和的狀態(tài)，如果鋼絲繩有損傷的話，其內(nèi)部的

29、磁通量必然會(huì)減少，會(huì)使感應(yīng)的線圈產(chǎn)生輸出電壓，通過(guò)對(duì)得到的電壓信號(hào)進(jìn)行處理，可以評(píng)估鋼絲繩損傷的情況。當(dāng)具有損傷鋼絲繩相對(duì)感應(yīng)線圈進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，感應(yīng)線圈會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。即： (2-1)式中：N為感應(yīng)線圈的匝數(shù)；d/ds為鋼絲繩內(nèi)磁通量相對(duì)于鋼絲繩的運(yùn)動(dòng)距離變化率；v為鋼絲繩相對(duì)于感應(yīng)線圈移動(dòng)速度。由式(2-1)可得，當(dāng)線圈的運(yùn)動(dòng)速度和匝數(shù)固定時(shí)，感應(yīng)線圈的輸出電動(dòng)勢(shì)可以反映鋼絲繩中磁通量軸向變化量。在檢測(cè)的過(guò)程中鋼絲繩的移動(dòng)為非勻速運(yùn)動(dòng)，同時(shí)鋼絲繩會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)，以及其它的各種因素影響，必然會(huì)引起所測(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與實(shí)際所發(fā)出的電動(dòng)勢(shì)存在一定的差異但是要做到勻速運(yùn)動(dòng)難度極大。同時(shí)還要求檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)速度

30、必須要大于0.4m/s，否則會(huì)丟失信號(hào)。從而給定量的檢測(cè)帶來(lái)較大困難，因此該法目前正逐漸淘汰，同時(shí)業(yè)界在找尋更為有效的方法。圖3-3全磁通檢測(cè)法原理§3 霍爾效應(yīng)法霍爾效應(yīng)法是利用霍爾元件來(lái)進(jìn)行檢測(cè)的，其不會(huì)受到檢測(cè)移動(dòng)速度變化量的影響，并且能夠測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)度絕對(duì)值。如圖3-4所示，若垂直磁場(chǎng)的導(dǎo)體中流過(guò)電流，在垂直磁場(chǎng)和電流方向會(huì)有電場(chǎng)，并且在其兩端會(huì)有電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，該現(xiàn)象被稱為霍爾效應(yīng)?；魻栃?yīng)是由于半導(dǎo)體或金屬的載荷子受到外加磁場(chǎng)的作用引起的。圖3-4霍爾效應(yīng)原理圖設(shè)I為電流的強(qiáng)度，K為Hall靈敏度的系數(shù)，B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，為Hall元件平面法線與B之間的夾角，則Hall元件的輸出

31、霍爾電壓可表示為。K由Hall元件的尺寸、材質(zhì)以及工作環(huán)境的溫度等決定。在工作環(huán)境的溫度固定情況下，其可被視為一個(gè)常數(shù)。在元件的放置位置已經(jīng)確定且不變時(shí)，若霍爾元件利用恒流源進(jìn)行供電，I為一定值，則式中的跟B成正比關(guān)系，這就是Hall元件的線性輸出特性。通過(guò)應(yīng)用該原理，只要能夠檢測(cè)霍爾元件兩端輸出電壓，就可以得到鋼絲繩內(nèi)部的斷絲損傷信號(hào)。因此，霍爾元件的輸出電壓能夠線性地反映出鋼絲繩表面的漏磁情況2。第4章 信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)§4.1 信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)的預(yù)處理電路是整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，主要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)整、除噪等處理。在鋼絲繩的無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)中，信號(hào)預(yù)處理電路應(yīng)滿足如下要求和功能

32、：（1）能夠?qū)鞲衅魉敵龅臋z測(cè)電壓信號(hào)進(jìn)行盡量不失真的放大和濾波等處理，信號(hào)的電平能夠達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換的工作范圍內(nèi)；（2）在進(jìn)行多個(gè)傳感器的同時(shí)檢測(cè)時(shí)，可以對(duì)單個(gè)傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行單獨(dú)處理，各處理通道之間不會(huì)相互干擾；（3）能對(duì)調(diào)節(jié)放大器增益；（4）信號(hào)的預(yù)處理電路應(yīng)盡量降低對(duì)檢測(cè)電壓信號(hào)的干擾。為了滿足以上的要求，本文設(shè)計(jì)了信號(hào)的調(diào)理電路。信號(hào)的調(diào)理電路包括放大電路與濾波電路兩部分。§4.2 SS495A霍爾傳感器特點(diǎn)霍爾傳感器是一類依據(jù)霍爾效應(yīng)原理制作的傳感器，其主要作用是磁將電轉(zhuǎn)換應(yīng)用于與磁場(chǎng)所相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)檢測(cè)，把被測(cè)對(duì)象的各非電參量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)輸出，該器件在控制及檢測(cè)方

33、面得到較多的應(yīng)用。近些年集成電路的發(fā)展導(dǎo)致集成型霍爾傳感器占領(lǐng)了主體市場(chǎng)。集成型霍爾傳感器具有頻響寬、體積小、動(dòng)態(tài)性好的特點(diǎn)，受到各界的好評(píng)。本文設(shè)計(jì)所使用的SS495A型霍爾傳感器，是一種高精確度集成型霍爾傳感器，其對(duì)外圍的要求較為簡(jiǎn)單、工作壽命長(zhǎng)且被廣泛應(yīng)用。其工作原理為：放置相對(duì)的兩塊相同極性的磁鐵，當(dāng)磁鐵之間的霍爾器件運(yùn)動(dòng)到x位置時(shí)，Uh的數(shù)值由x位置的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)決定。根據(jù)公式Uh = KhIB可得：在保持I固定的條件下，則dUh/dx = IKhdB/dx = KhI = K，積分可得Uh=Kx，即霍爾電勢(shì)跟位移成一定的比例關(guān)系。因此磁場(chǎng)的梯度越大，則磁場(chǎng)的改變?cè)骄鶆颍`敏度越高，電

34、壓與位移越線性。最后通過(guò)霍爾傳感器的輸出端將輸出的電壓信號(hào)傳輸?shù)椒糯笃鞯妮斎攵恕＃˙為磁場(chǎng)強(qiáng)度，I為電流，Uh為霍爾電勢(shì)，Kh為霍爾電壓與位移比例系數(shù)）。§4.3 放大電路 鋼絲繩斷絲所產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)是非常微弱的，通常只有幾高斯，當(dāng)利用霍爾傳感器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，傳感器的輸出電壓信號(hào)只有幾毫伏，因此對(duì)傳感器的輸出信號(hào)必須進(jìn)行放大出力，本文設(shè)計(jì)使用的三運(yùn)放共模抑制比放大電路，如圖4-1所示3-5。 圖4-1 放大電路圖中，R2=，=，=，外接電阻平衡且對(duì)稱。A1A2的性能一致且平衡對(duì)稱，構(gòu)成了差動(dòng)放大的輸入級(jí)。A3為雙端輸入單端輸出電路的輸出級(jí)，進(jìn)一步抑制了A1A2的共模信號(hào)6-8。差模增益：

35、。§4.3.1 LM741運(yùn)算放大器LM741型運(yùn)算放大器為一種應(yīng)用十分廣泛的通用運(yùn)放集成電路。因?yàn)槠洳捎糜性簇?fù)載的形式，只要使用兩級(jí)放大就能夠達(dá)到較高的電壓放大增益以及較寬的共、差模電壓輸入范圍。本電路使用的是內(nèi)部補(bǔ)償?shù)姆绞?，電路較為簡(jiǎn)單且不易發(fā)生自激，使用非常方便，工作點(diǎn)較為穩(wěn)定，同時(shí)配備了有效的器件保護(hù)電路，不易發(fā)生損壞。LM741能夠應(yīng)用在各種工業(yè)自動(dòng)儀器和數(shù)字化儀表中。LM741是眾多運(yùn)算放大器中較為常用的一種，具有同相和反相2個(gè)輸入端，從輸入端輸入要被放大的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)放大后從輸出端進(jìn)行輸出。放大器在工作時(shí)需要一對(duì)大小一樣的正負(fù)電源，其值由±12Vdc到

36、77;18Vdc不等，一般采用±15Vdc電源。LM741的封裝管腳配置如圖4-2所示。圖4-2 LM741運(yùn)算放大器管腳配置圖§4.3.2 電源供應(yīng)器電源供應(yīng)器自身具有2組外接孔用來(lái)輸出2組電壓，其如圖4-3所示。當(dāng)需要正、負(fù)電壓時(shí)，可以通過(guò)電源供應(yīng)器的Tracking鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。如果要產(chǎn)生±15V的直流電壓，首先要把2組電源輸出中的一組正端接在另一組負(fù)端，剩下的未連接的2個(gè)輸出端作為電源的輸出端，然后將電源供應(yīng)器的電源開(kāi)啟，并把儀表板上的Tracking按下，再通過(guò)板面上的旋鈕調(diào)出所需要的±15V直流電壓。調(diào)整時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，只調(diào)整其中一組電源的

37、輸出調(diào)整鈕，2組電壓的輸出會(huì)發(fā)生變化且顯示的數(shù)字一樣，一端為正值，一端為負(fù)值，此時(shí)就可以得到一端為正、一端為負(fù)，且同為15V直流的輸出電壓。圖4-3 電源供應(yīng)器產(chǎn)生±Vdc電壓輸出接線圖§4.4 濾波電路二階無(wú)限增益的反饋型低通濾波電路如圖4-4所示。圖4-4 二階有源低通濾波電路圖中，通帶增益Kp=1，截止頻率為100Hz，依據(jù)二階有源濾波器的電容選擇表可以查出C4=0.1uF，根據(jù)所選電容C4實(shí)際值，根據(jù)下式計(jì)算出電阻換標(biāo)系數(shù)K=10其中的單位為Hz，C4的單位為。再根據(jù)表4-1來(lái)確定C5和歸一化電阻的值，將歸一化電阻值乘以K可得到R1i=（i=0、1、2），由此可以得

38、到各個(gè)電阻實(shí)際值，最后各個(gè)電阻取標(biāo)稱值為：，電容C4=0.1uF，C5=0.02uF。表4-1 二階無(wú)限增益多路反饋型低通濾波器設(shè)計(jì)表第5章 硬件電路及軟件設(shè)計(jì)§5.1 AT89C51AT89C51單片機(jī)為一種價(jià)位低、功耗低、性能高且其系統(tǒng)自帶4KB可編程閃存程序存儲(chǔ)器的八位控制器，其封裝管腳如圖5-1所示。該單片機(jī)可擦除的只讀存儲(chǔ)器能夠反復(fù)擦除一千次。該單片機(jī)使用ATMEL高密度的非易失存儲(chǔ)器技術(shù)制造，同時(shí)可以與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51輸出管腳及指令集相兼容。圖5-1 AT89C51管腳圖P0口：P0口是一個(gè)八位的漏級(jí)開(kāi)路雙向I/O口，該腳可以吸收8個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口管腳在第一

39、次寫(xiě)入1后，定義其為高阻輸入。P0可以用于外部程序數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，能夠被定義成數(shù)據(jù)/地址的第8位。在閃存編程時(shí)，P0口被作為原碼輸入口使用，當(dāng)閃存進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0口可以輸出原碼，此時(shí)P0口的外部必須為高電位。P1口：P1口為一個(gè)由內(nèi)部來(lái)提供上拉電阻的八位雙向I/O口，P1口緩沖器可以接收、輸出4個(gè)TTL門(mén)電流。當(dāng)P1口的管腳被寫(xiě)入1時(shí)，其會(huì)被內(nèi)部上拉為高電位，可用作輸入使用，當(dāng)P1口被外部作用下拉為低電位時(shí)，將會(huì)輸出電流，這是內(nèi)部上拉電位的結(jié)果。在閃存編程與校驗(yàn)時(shí)，P1口將作為第8位地址接收信息。P2口：P2口是一個(gè)由內(nèi)部來(lái)上拉電阻的八位雙向I/O口，P2口的緩沖器可輸出或接收4TTL門(mén)電流，當(dāng)

40、P2口被寫(xiě)入1后，其管腳會(huì)被內(nèi)部上拉電阻拉到高電平，且可以作為輸入。當(dāng)作為輸入時(shí)，P2口管腳被外部拉到低電位，此時(shí)會(huì)輸出電流。這是因?yàn)閮?nèi)部上拉的作用。當(dāng)P2口被用于16位地址外部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器或外部程序的存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口的輸出地址為高8位。在給出的地址為1時(shí)，它可以利用內(nèi)部的上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部的8位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)時(shí)，P2口可以輸出其具有特殊功能的寄存器里的內(nèi)容。P2口在閃存編程和校驗(yàn)時(shí)，接收高8位的控制信號(hào)與地址信號(hào)。P3口：P3口的管腳為八個(gè)帶有內(nèi)部上拉電阻雙向I/O口，可以接收或輸出4TTL門(mén)電流。當(dāng)P3口寫(xiě)入1時(shí)，它被內(nèi)部作用上拉為高電位，此時(shí)用作輸入。當(dāng)作為輸入時(shí)，由于外部作

41、用被下拉為低電位，P3口將輸出電流（ILL）這是因?yàn)樯侠淖饔谩?P3口同樣可以作為該單片機(jī)的部分特殊功能口，其備選功能如下：P3.0 RXD（串行輸入端口）；P3.1 TXD（串行輸出端口）；P3.2 /INT0（外部中斷0）；P3.3 /INT1（外部中斷1）；P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）；P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）；P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通）；P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）。P3口同樣為FLASH編程和校驗(yàn)接收控制信號(hào)。RST：作為復(fù)位輸入。當(dāng)其振蕩器為復(fù)位器件時(shí)，需要保持RST腳2個(gè)機(jī)器周期的高電位時(shí)間。XTAL1：XTAL1為內(nèi)部時(shí)鐘工作電路輸入

42、和反向振蕩放大器輸入。XTAL2：XTAL2為反向振蕩器輸出。ALE/PROG：當(dāng)需要訪問(wèn)外部的存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存所允許的輸出電平用在鎖存地址低位字節(jié)。在閃存編程時(shí)，該引腳用來(lái)輸入編程的脈沖。在低電平時(shí)，ALE端口以一定的頻率周期來(lái)輸出正脈沖信號(hào)，該頻率是振蕩器頻率的1/6。它可以用作定時(shí)目的或用于對(duì)外部輸出脈沖。需要注意一點(diǎn)：當(dāng)其用作外部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器時(shí)，會(huì)跳過(guò)1個(gè)ALE脈沖。若想要禁止ALE輸出可以在SFR8EH的地址上設(shè)0電位。ALE只有執(zhí)行MOVX時(shí)，當(dāng)MOVC指令是ALE時(shí)才會(huì)起作用。此外，此引腳會(huì)被拉高。若微處理器的外部執(zhí)行狀態(tài)ALE被禁止，該置位無(wú)效。/EA/VPP：當(dāng)/EA為低電

43、位時(shí)，此期間外部的存儲(chǔ)器，不管是否存在內(nèi)部程序的存儲(chǔ)器。當(dāng)加密方式為1時(shí)，/EA可以把內(nèi)部鎖定在RESET狀態(tài)；當(dāng)/EA端保持在高電位時(shí)，此間為內(nèi)部程序的存儲(chǔ)器。在閃存編程期間，此引腳同時(shí)可以用于施加12V的電源。/PSEN：為外部程序的存儲(chǔ)器選通信號(hào)。當(dāng)外部程序存儲(chǔ)器取指時(shí)，每機(jī)器周期的2次/PSEN為有效。但當(dāng)訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器，這2次有效的/PSEN信號(hào)不會(huì)出現(xiàn)。單片機(jī)整個(gè)PEROM陣列以及3個(gè)鎖定位擦除可經(jīng)過(guò)準(zhǔn)確的控制信號(hào)相組合，同時(shí)保證ALE引腳一直處于低電位10ms完成。該單片機(jī)的擦除操作中，其代碼全部被寫(xiě)為1，并且在任意的非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程之前，此操作必須要執(zhí)行。同時(shí)該型號(hào)

44、單片機(jī)設(shè)定有穩(wěn)態(tài)邏輯，其能夠在最低到0頻率的情況下靜態(tài)邏輯，其支持2種軟件且可隨意選取的掉電方式。處于閑置的模式時(shí)，CPU停止運(yùn)行。但其定時(shí)器，RAM，計(jì)數(shù)器，中斷系統(tǒng)以及串口仍在運(yùn)行。處于掉電的模式時(shí)，保存RAM內(nèi)容，同時(shí)振蕩器停止工作，禁止其它的全部芯片運(yùn)行，一直到下一硬件發(fā)生復(fù)位操作為止。單片機(jī)的具體結(jié)構(gòu)以及特殊的寄存器是編寫(xiě)程序的關(guān)鍵之一。SBUF寄存器這為一個(gè)能夠直接尋址的專用寄存器。SBUF 包括了2個(gè)獨(dú)立寄存器：發(fā)送寄存和接收寄存器，它們共同使用同一地址99H。單片機(jī)的最小系統(tǒng)又被稱為單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，通常是指利用最少的元器件組成的，同時(shí)可以使單片機(jī)正常完成工作的系統(tǒng)。單片機(jī)的

45、最小系統(tǒng)通常應(yīng)包括單片機(jī)、復(fù)位電路以及晶振電路。因此當(dāng)用在實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，可以將AT89C51首先使用，并將它選為最小系統(tǒng)的主控芯片時(shí)，時(shí)鐘電路與復(fù)位電路完全可以使其正常工作。在設(shè)計(jì)單片機(jī)的系統(tǒng)電路時(shí)，晶振電路是不可或缺的部分。在單片機(jī)系統(tǒng)中全部的工作，都是在同一個(gè)時(shí)鐘頻率下同步運(yùn)行的，單片機(jī)系統(tǒng)的工作效率由時(shí)鐘的快慢程度所決定，而最小系統(tǒng)的時(shí)鐘是由晶振電路提供的，晶振電路可以說(shuō)是整個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)的核心。在單片機(jī)最小系統(tǒng)電路中，復(fù)位電路為單片機(jī)最小系統(tǒng)正常工作且保持可靠性的最關(guān)鍵因素之一。因此單片機(jī)在正常運(yùn)行之前，必須對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位處理。在進(jìn)行復(fù)位處理時(shí)，能夠清楚的知道它起始時(shí)候的狀態(tài)，對(duì)開(kāi)啟

46、系統(tǒng)是很的有意義的。對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)大體過(guò)程如下：一般使用一個(gè)固定寬度的外部復(fù)位脈沖輸入給外部的引腳RST，從而能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)位操作。對(duì)于上電的復(fù)位電路來(lái)講，其充分應(yīng)用了充電效應(yīng)，利用RC電路的特性進(jìn)行工作。給單片機(jī)上電后，經(jīng)過(guò)對(duì)復(fù)位電路輸入一個(gè)較為短暫的高電位信號(hào)來(lái)使RST運(yùn)行，同時(shí)對(duì)此高電未信號(hào)來(lái)講，它會(huì)跟隨著電容的變化而發(fā)生變化，例如隨它的充電而逐步減小，對(duì)于高電位持續(xù)時(shí)間控制以及控制RC電路充放電時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。 對(duì)于單片機(jī)運(yùn)行的時(shí)鐘情況，當(dāng)對(duì)單片機(jī)所加的是內(nèi)部的時(shí)鐘模式時(shí)，對(duì)引腳XTAL1與XTLA2通過(guò)晶體振蕩器相連，2個(gè)電容使用并聯(lián)的形式使它們同時(shí)接地。外部的時(shí)鐘模式指利用了

47、外部振蕩器來(lái)使其產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)工作。當(dāng)直接輸入給單片機(jī)利用時(shí)，由于單片機(jī)的型號(hào)是各不相同的，因此需要不同的外部時(shí)鐘信號(hào)來(lái)接入進(jìn)行工作。§5.2 ADC0809ADC0809為一種八位采樣分辨率、以逐次逼近為基礎(chǔ)的進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的元器件。該元件的內(nèi)部設(shè)有一個(gè)八通道的多路開(kāi)關(guān)，它能夠依據(jù)地址碼鎖存譯碼后得到的信號(hào)，只選擇八路模擬輸入信號(hào)中的其中一個(gè)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換11。1主要特性（1）8位A/D轉(zhuǎn)換，8路輸入，8位分辨率；（2）設(shè)有轉(zhuǎn)換起止的控制端口；（3）時(shí)鐘640kHz時(shí)，轉(zhuǎn)換的時(shí)間為100s，時(shí)鐘500kHz時(shí)轉(zhuǎn)換的時(shí)間為130s；（4）單個(gè)器件為5V供電；（5）模擬輸入的電壓范圍為

48、05V；（6）器件的工作環(huán)境溫度為-4085；（7）功耗較低，大約為15mW。2內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC0809為逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，由八路模擬開(kāi)關(guān)、比較器、地址鎖存和譯碼器、八位開(kāi)關(guān)組成的A/D轉(zhuǎn)換器。3引腳功能ADC0809芯片共有28個(gè)引腳，使用雙列直插封裝，如圖5-2所示。圖5-2 ADC0809管腳圖該器件各引腳的功能如下： IN0IN7：為8路模擬量的輸入端口； 2.12.8：為8位數(shù)字量的輸出端口； ADDA、ADDB、ADDC：分別為3位地址的輸入線，作用是選通8路模擬輸入量其中的一路； START：A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)啟脈沖的輸入端口，對(duì)其輸入一個(gè)正脈沖使其啟動(dòng)運(yùn)行； ALE：為地址鎖存的

49、允許信號(hào)，端口輸入高電位時(shí)有效； EOC：為A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束信號(hào)，當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換在結(jié)束時(shí)，該端口輸出一個(gè)高電位信號(hào)； OE：為數(shù)據(jù)輸出的允許信號(hào)，輸入高電為有效。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換到結(jié)束時(shí)，該端口輸入一個(gè)高電位，此時(shí)才能夠打開(kāi)輸出的三態(tài)門(mén)，輸出具體的數(shù)字量； CLK：為時(shí)鐘脈沖的輸入端口，要求時(shí)鐘的頻率不能大于640KHZ； REF（+）、REF（-）：為器件的基準(zhǔn)電壓。§5.3 硬件電路調(diào)試本文設(shè)計(jì)的硬件電路包括放大電路、濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)以及顯示電路等幾個(gè)部分。在搭建本設(shè)計(jì)硬件電路過(guò)程中，首先建立的是放大電路與濾波電路，在此過(guò)程中需要注意的是LM741器件是否存在損壞以及L

50、M741正負(fù)電源的供電問(wèn)題。LM741的具體檢測(cè)方法如圖5-3所示。圖5-3 LM741的檢測(cè)方法當(dāng)輸入的信號(hào)是正弦時(shí)，其輸出的信號(hào)為方波信號(hào)，這說(shuō)明LM741器件完好，否則，已經(jīng)損壞。放大電路結(jié)果的檢測(cè)是對(duì)示波器顯示的波形進(jìn)行觀察，通過(guò)波形是否失真來(lái)判定放大電路是否已經(jīng)搭好。對(duì)濾波電路檢測(cè)是對(duì)示波器所顯示的波形幅值變化進(jìn)行觀察來(lái)確定的，通過(guò)不斷增大的頻率，波形幅值會(huì)不斷減小3。放大電路和濾波電路的電路仿真如圖5-4和圖5-5所示。圖4-4 放大電路仿真圖圖4-5 濾波電路仿真圖本文設(shè)計(jì)的A/D轉(zhuǎn)換電路采用的是ADC0809器件，ADC0809器件與單片機(jī)在焊接過(guò)程中，電源與地必須要相連接，數(shù)

51、碼管在接入之前必須要確定其段選端與位選端，檢測(cè)方法是用+5V電壓接一個(gè)電阻分別接入在各個(gè)管腳，判定6、8、9、12為位選端口，剩下的引腳為段選端口12。§5.4 程序流程圖設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的程序流程如圖5-5所示13-15。圖5-5 程序流程圖結(jié) 論本文設(shè)計(jì)完成了鋼絲繩斷絲在線檢測(cè)的功能，并對(duì)其相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了深入的研究與分析，針對(duì)存在的問(wèn)題提出了一個(gè)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)此方案的具體情況做了詳細(xì)的介紹。1主要完成的工作（1）在確定了系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)要求之后，首先查找了國(guó)內(nèi)外有關(guān)“鋼絲繩斷絲無(wú)損檢測(cè)”的大量相關(guān)資料，而后提出了自己的設(shè)計(jì)方案。（2）設(shè)計(jì)出系統(tǒng)的原理圖進(jìn)行仿真同時(shí)搭建了硬件電路。經(jīng)過(guò)

52、指導(dǎo)老師和自己的不斷努力，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)電子電路及仿真的相關(guān)知識(shí)有了更進(jìn)一步的了解，不但提高了軟件的掌握程度，同時(shí)提高了分析與設(shè)計(jì)硬件電路的能力，自己的學(xué)習(xí)和動(dòng)手能力得到了極大的增強(qiáng)。（3）在本系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)了該系統(tǒng)的程序。該程序應(yīng)用到了單片機(jī)常用的部分功能以及硬件的很多原理。在本設(shè)計(jì)程序的編寫(xiě)及調(diào)試過(guò)程中，我學(xué)會(huì)了很多軟件與儀器的使用方法。最終程序順利的通過(guò)了仿真調(diào)試，同時(shí)搭建了系統(tǒng)的部分硬件。由于個(gè)人水平、時(shí)間以及其他條件的制約，本文的設(shè)計(jì)只完成了在模擬鋼絲繩斷絲無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了基本功能，并沒(méi)有達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的水平。2待解決問(wèn)題（1）如何進(jìn)一步提高

53、所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性；（2）如何進(jìn)一步提高所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測(cè)量精確度；（3）如何使該系統(tǒng)進(jìn)一步接近實(shí)際應(yīng)用。鋼絲繩斷絲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)是當(dāng)前無(wú)損檢測(cè)行業(yè)的一個(gè)受到很大關(guān)注的課題，隨著各個(gè)科學(xué)技術(shù)的逐步結(jié)合以及所采用檢測(cè)元件靈敏程度不斷提高，同時(shí)越來(lái)越多的工作者投入到該方向的科研行列，在不遠(yuǎn)將來(lái)，相信鋼絲繩斷絲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)將更多的應(yīng)用在實(shí)時(shí)在線檢測(cè)中，更加方便，更加有效，使其在實(shí)際應(yīng)用中鋼絲繩的安全無(wú)損檢測(cè)更加可靠。參考文獻(xiàn)1 李孟源，郭愛(ài)芳，張發(fā)玉測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20062 郭愛(ài)芳，王恒迪傳感器原理及應(yīng)用M西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20073 張國(guó)雄測(cè)控電路M第3版北京：

54、機(jī)械工業(yè)出版社20084 秦曾煌電工學(xué)M第6版北京：高等教育出版社，20035 童詩(shī)白，華成英模擬電子基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，20016 米旭Protel 2004電路設(shè)計(jì)與仿真M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20067 王森，紀(jì)綱儀表常用數(shù)據(jù)手冊(cè) M第二版北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20068 何希才常用集成電路應(yīng)用實(shí)例M北京：電子工業(yè)出版社，20079 何立明單片機(jī)初級(jí)教程 M第二版北京：北京航天航空大學(xué)出版社，200310 方麗單片機(jī)系統(tǒng)硬件抗干擾常用方法實(shí)踐J氣象水文海洋儀器2005(12)：343811 王衛(wèi)東，傅佑麟高頻電子電路M北京：電子工業(yè)出版社，200412 張毅剛，彭喜元單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計(jì)M北京：電子工業(yè)出版社，200813 張毅剛，彭喜源，譚曉昀MCS-51單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)M哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版，200514 汪道輝單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐M北京：電子工業(yè)出版社，200615 余西存, 曹國(guó)華單片機(jī)原理及接口技術(shù)M西安電子學(xué)出版，2000致 謝由于時(shí)間和能力所限，本研究報(bào)告中一定存在許多疏漏和不足，懇請(qǐng)各位專家、學(xué)者和老師們給予批評(píng)指正，以求在今后的工作中做出進(jìn)一步的