【正文】 L為傳感器中的測(cè)量線圈。由此可知傳感器輸出信號(hào)的幅值直接反映工件表面裂紋的深度。對(duì)電路的主要要求是：，使C3能快速地充電，隨Ui的增大而變化；，開關(guān)S2的泄漏電阻大，A3的輸入阻抗大，使Uo能保持峰值。其有如下特點(diǎn)：8位分辨率；易于和微處理器接口或獨(dú)立使用；滿比例尺工作或用5V基準(zhǔn)電壓；單通道或多路選擇的雙通道，可單端或差分輸入；單5V供電，輸入范圍0~5V；輸入和輸出與TTL和CMOS兼容；在FCLK=250kHz時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間為32us；總非調(diào)整誤差1LSB。其中CS用于片選；CLK用于同步時(shí)鐘的輸入；DI用于串行輸入控制命令，選擇通道及工作模式等；DO用于將轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)串行輸入到單片機(jī)。TLV5625為一8位單電源供電的D/A轉(zhuǎn)換器件，基于電阻網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。但AT89C2051只有兩個(gè)外部中斷，可用一定時(shí)器用作外部計(jì)數(shù)器來(lái)擴(kuò)展一外部中斷實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求。若接入的LED閃爍，~，即可消除閃爍。單片機(jī)直接控制。因此電子線路的干擾又可分為內(nèi)部干擾和外部干擾。另外要使電源線、地線與數(shù)據(jù)線傳遞的方向一致，用地線把數(shù)字區(qū)和模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，寧可繞過(guò)也不要交叉，最后接于電源地。單片機(jī)控制軟件的特點(diǎn)[4]隨著單片機(jī)在控制領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)以它優(yōu)異的性能使控制系統(tǒng)中硬件電路的設(shè)計(jì)變得更為簡(jiǎn)單，代之而來(lái)的是程序設(shè)計(jì)的任務(wù)則更加繁重。如軟件數(shù)字濾波被廣泛用于各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。二是執(zhí)行軟件，它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量計(jì)算顯示通訊等。前臺(tái)。軟件功能分析是為軟件設(shè)計(jì)作為一個(gè)總體規(guī)劃。但是，這種“以軟代硬”是以占用更多的計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)為代價(jià)的。（3）具有一定的保護(hù)措施系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)一定的檢測(cè)程序，例如狀態(tài)檢測(cè)和診斷程序，以便系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)便于查找故障部位。在每一個(gè)元件的電源輸入端與地之間都接一去耦電容以濾去干擾。第二種干擾因素(電子線路引起的干擾)比較復(fù)雜[28]。該課題可選用的報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路有如下兩種方案：顯示驅(qū)動(dòng)器LM3914N引腳控制。該集成片內(nèi)包含有一個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)器和10個(gè)比較器。在本系統(tǒng)中，鍵盤的主要功能是增益增加、增益減小、探頭在工件表面無(wú)缺陷處時(shí)的指示調(diào)零，故需三個(gè)按鈕。A/D轉(zhuǎn)換器每采入一次信號(hào)峰值，D/A轉(zhuǎn)換器也就隨即要輸出相應(yīng)電壓，以便隨時(shí)刷新裂紋深度指示。串行通信格式在不增加封裝大小的情況下，可以在轉(zhuǎn)換器中包含更多的功能。與裂紋缺陷密切相關(guān)的信號(hào)峰值要進(jìn)入到單片機(jī)進(jìn)行處理，需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)UiUc，Dl導(dǎo)通，電容C3充電，使得u=u，這樣電容c一直充電到輸入電壓的最大值。采用放大電路為一同向比例放大器，放大倍數(shù)為： A=1+圖45濾波放大電路傳感器輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波放大后的波形如圖47所示。圖44 LC振蕩電路由傳感器中的激勵(lì)線圈與一適當(dāng)大小的電容即可構(gòu)成能產(chǎn)生所需頻率正弦信號(hào)的振蕩回路。選擇不同參數(shù)的外電阻和電容等器件，可產(chǎn)生不同頻率的波形，頻率的可調(diào)范圍為1~600kHz。圖42 檢測(cè)系統(tǒng)框圖單片機(jī)為硬件電路的核心，由單片機(jī)引腳輸出周期性的脈沖觸發(fā)LC振蕩電路，在激勵(lì)線圈中產(chǎn)生正弦激勵(lì)信號(hào)。也正是由于該特性，使得該傳感器能較好的判斷裂紋的開口方向。第3列的填法也同樣。表 32 因素水平表因 素匝數(shù)A內(nèi)徑B距離C1 水平A300匝C2mm2水平A400匝C3mm3水平A500匝C4mm列好因素水平表后，就要選一張合適的正交表來(lái)安排試驗(yàn)方案。表31即是記為L(zhǎng)(34)的正交表。通過(guò)分折可得到：（1）因素的主次關(guān)系。B (測(cè)量線圈內(nèi)徑)B=、B=、B=。因素：對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)可能會(huì)產(chǎn)生影響的原因，稱為試驗(yàn)因素，簡(jiǎn)稱因素。然而三因素乃至多因素的這種問(wèn)題，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法是進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)的有效方法。故H值應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)適當(dāng)選取。然而在正偏和反偏兩種情況下，測(cè)量線圈輸出信號(hào)在幅值和相位上均有所不同，為了保證探頭性能的一致性，必須保證偏角的一致，這個(gè)可以通過(guò)加工制作時(shí)來(lái)保證。還有如前面所述，激勵(lì)線圈相對(duì)于測(cè)量線圈的尺寸要足夠大，但不能因此而加大激勵(lì)線圈尺寸導(dǎo)致探頭整體尺寸的增加，探頭尺寸過(guò)大，又給一些不規(guī)則的狹窄區(qū)域的探測(cè)帶來(lái)不便，故只有縮小測(cè)量線圈尺寸。 圖31傳感器結(jié)構(gòu)示意圖傳感器是由一個(gè)U形的激勵(lì)線圈和一個(gè)I型測(cè)量線圈組成。穿過(guò)式線圈，易于實(shí)現(xiàn)渦流探傷的批量、高速、自動(dòng)檢測(cè)。這兩種方式?jīng)]有根本的區(qū)別，因?yàn)榫徒Y(jié)果而言它們是相同的。例如，將傳感器外表面上的多個(gè)小線圈串聯(lián)連接，此時(shí)，傳感器就成為絕對(duì)式的；將各組線圈以差分方式連接，傳感器就可用于差分工作方式下，也可以將此傳感器用作復(fù)合絕對(duì)式(或復(fù)合差分式)傳感器。絕對(duì)式渦流傳感器由單個(gè)線圈或其等價(jià)形式構(gòu)成，分為兩段或更多段的繞組。橢圓形線圈或貼合輪廓的線圈也可以模型化。就探頭設(shè)計(jì)而言，數(shù)值方法較其它設(shè)計(jì)方法有某些優(yōu)越性。它可以來(lái)自某個(gè)幸運(yùn)的巧合，或者它可以是由于缺乏任何更好的設(shè)計(jì)方法時(shí)的反應(yīng)。探頭設(shè)計(jì)主要包括如下幾個(gè)方面：采用什么樣的線圈結(jié)構(gòu)形狀、線圈電路的連接形式、線圈形狀尺寸、探頭的外形等制作。傳感器(檢測(cè)探頭)技術(shù)研究是檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵，近年來(lái)人們?cè)趥鞲衅鞯臄?shù)字模型、結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、自動(dòng)優(yōu)化、特征值的測(cè)定、有效屏蔽以及與計(jì)算機(jī)結(jié)合等方面進(jìn)行了大量的研究。探頭在這兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)所描繪出的阻抗曲線即提離曲線，它對(duì)渦流檢測(cè)有非常重要的意義。當(dāng)檢測(cè)線圈接近被測(cè)零件的邊界或端面時(shí)，渦流形狀會(huì)發(fā)生改變，這是因?yàn)闇u流不可流出零件邊界的緣故?？芍?，將上面兩積分方程式左邊相加就是導(dǎo)體中總的電渦流。檢測(cè)頻率的選取與工件的特征頻率f密切相關(guān)，它是工件的一個(gè)固有特性，取決于工件的電磁特性和幾何尺寸。在任何具體的渦流檢測(cè)中，實(shí)際所用的頻率由被檢工件的厚度、所希望的透入深度、要求達(dá)到的靈敏度或分辨率以及不同的檢測(cè)目的等所決定。折合阻抗和原邊線圈本身的阻抗之和稱為視在阻抗：R=R+R 式（）X=X+X 式（）由以上各式合并可知初級(jí)線圈的視在阻抗為：Z=R+R+j(ωLωL) 式（）其中，（RjX）為次級(jí)線圈回路反應(yīng)到初級(jí)線圈回路中的電抗?？杀硎緸椋篫==R+jX=R+jωL 式（）大多數(shù)的渦流線圈為了能產(chǎn)生合適的外部磁化場(chǎng)和限制熱損耗，線圈繞有很多匝，空線圈的感抗ωL較之空線圈的電阻R。一般當(dāng)線圈中的電流頻率較低時(shí)可以忽略線圈匝間分布電容，線圈的等效電路如圖22所示。在渦流檢測(cè)的發(fā)展過(guò)程中，曾經(jīng)提出過(guò)多種消除干擾因素的手段和方法，但直到阻抗分析法的引進(jìn)，才使渦流檢測(cè)技術(shù)得到了重大的突破和廣泛應(yīng)用。渦流在被檢測(cè)試樣中流動(dòng)時(shí)，分布是不均勻的。如圖21所示。渦流檢測(cè)技術(shù)對(duì)缺陷大小形狀的三維評(píng)價(jià)是產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的必然要求，因此渦流檢測(cè)三維成像是今后要求的發(fā)展方向。信號(hào)獲取和處理技術(shù)：信號(hào)的獲取及其處理決定了檢測(cè)設(shè)備的總體J險(xiǎn)能，近年來(lái)隨著電子技術(shù)特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，信號(hào)處理成為渦流理論研究進(jìn)展最快的方面。此時(shí)將傳感器定位并變頻測(cè)量以求得缺陷距表面的深度。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在確定缺陷時(shí)無(wú)需建立數(shù)學(xué)模型，通過(guò)大量的實(shí)例學(xué)習(xí)來(lái)識(shí)別缺陷，是一種唯像處理方法，比用其它數(shù)值方法快得多，但對(duì)于事先沒有學(xué)習(xí)過(guò)的缺陷則是無(wú)能為力。大多數(shù)的正向問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型(定解問(wèn)題)有解且唯一，如果選擇合適的計(jì)算方法，一般情況下數(shù)值解是穩(wěn)定的，即正向問(wèn)題是適定的。（2）與射線法相比，射線法成本太高，且射線需要放射源，現(xiàn)場(chǎng)使用中存在輻射性物質(zhì)，對(duì)人體有一定的傷害，必須對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行防護(hù)，使用不便。滲透檢測(cè)無(wú)需電源，缺陷性質(zhì)容易辨認(rèn)，可檢測(cè)任何金屬和陶瓷材料的表面開口缺陷，但不能檢測(cè)內(nèi)部缺陷。與射線法相比，超聲波法具有很多的優(yōu)點(diǎn)；首先它具有很強(qiáng)的穿透力，對(duì)于同種鋼材來(lái)講，超聲波大約是3m，而射線僅僅為50cm；其次，對(duì)于很小的傷痕也能夠準(zhǔn)確地測(cè)出來(lái)并進(jìn)行定位，同時(shí)，配以一些自動(dòng)掃描裝置及微處理器計(jì)算機(jī)等設(shè)備，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用則更為完善和豐富。且試樣表面的不平和痕跡也會(huì)對(duì)磁力線的走向產(chǎn)生影響。它在機(jī)械、建筑、鐵道、石化等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。疲勞裂紋：對(duì)于道岔轉(zhuǎn)轍設(shè)備的執(zhí)行部件，工作比較頻繁，執(zhí)行動(dòng)作快，瞬時(shí)沖擊負(fù)荷大，且工作環(huán)境非常惡劣，因而容易產(chǎn)生疲勞應(yīng)力，進(jìn)而形成疲勞裂紋，當(dāng)裂紋達(dá)到一定程度時(shí)，很容易造成部件的突然斷裂。 eddy current testing。闡述了阻抗分析法，并用其分析了影響檢測(cè)線圈阻抗變化的幾個(gè)因素。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。題 目：復(fù)雜斷面重軌在線無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——渦流無(wú)損檢測(cè)部分70內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明原創(chuàng)性聲明本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。接著介紹了渦流檢測(cè)原理，基于電磁場(chǎng)理論推導(dǎo)了相關(guān)的重要公式。關(guān)鍵詞：無(wú)損檢測(cè)；渦流檢測(cè)；裂紋缺陷；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（畢業(yè)論文）the Design of Online Nondestructive Testing System of Complex Crosssection Heavy Rail——Turbulent flow nondestructive inspection partAbstractFirstly, several method of testing crack defect are put forward and pared. Considering of configuration and using characteristic crack, we get the result that the crack defect can be only detected by portable testing instrument. Secondly,the pinciple of eddy current test is on electromagnetic field theory,some important formulas are deduced. Impedance analytical method is presented,through which we analyze some factors that alter testing coil impedance’s value. Then,characteristic frequency of laid test coil is calculated, it is important to select the test frequency.As for the sensor design, a sensor with high performance is designed through modification based on some sensors with better performance. Various factors that influence the sensor performance are analyzed through experiment to optimize the size of coil. Finally used the orthogonal experiment design method, we designed the parameters with reasonable bination, and conpleted the design of sensor system.As for hardware design, in signal converter, in order to improve the sensitivity,the parameter of signal converter is gotten though math illation. Excitation circuit,signal converter circuit, single chip system, demonstration, and alarm part are all given partcular annlysis and design. As for software design, the software is modularized, and every module is designed, then each flow chart is given.Key words: nondestructive testing。但對(duì)于疲勞裂紋和焊縫質(zhì)量等問(wèn)題，我國(guó)還停留在定期人工目測(cè)階段，不能滿足發(fā)展要求，墮待解決。運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，可以極大地降低成本、確保質(zhì)量、提高壽命。這種檢測(cè)方法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)工件形狀無(wú)特殊要求，靈敏度高、速度快、能直接觀察、操作方便，成本較低；缺點(diǎn)是不能檢驗(yàn)非鐵磁性材料、不能發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷、不能測(cè)定缺陷的深度，并且需要專門的磁化設(shè)備。超聲檢測(cè)超聲波在被檢測(cè)材料中傳播時(shí)，材料的聲學(xué)特性和內(nèi)部組織的變化對(duì)超聲波的傳播產(chǎn)生一定的影響，通過(guò)對(duì)超聲波受影響程度和狀況的探測(cè)了解材料性能和結(jié)構(gòu)變化的技術(shù)稱為超聲檢測(cè)。滲透檢測(cè)(TP)利用液體的毛細(xì)管作用，將滲透液滲