【正文】 ，但檢測參數(shù)控制困難，檢測結(jié)果難于解釋。成本較低，工作效率較高，但對檢測操作人員有相當(dāng)高的要求，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確與否，取決于檢測人員的水平。射線主要檢測工件內(nèi)部的體積型缺陷，比如孔、渣等，對平行于射線照射方向的有一定寬度的裂紋也可檢出。這五種方法在不同時(shí)期都發(fā)揮了重要的作用，但在檢測對象、適用范圍、檢測效果以及經(jīng)濟(jì)性等方面又各具特點(diǎn)[2]。這些對于車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，但目前我國僅靠人工來巡視，這些設(shè)施都工作在野外，表面大都被油污、灰塵覆蓋，而現(xiàn)在又沒有相應(yīng)的檢測儀器，很難發(fā)現(xiàn)缺陷所在。 signal prosessing內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）目 錄摘 要 IAbstract II第一章 緒 論 1 課題研究的背景及意義 1 無損檢測技術(shù) 1 渦流檢測技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 5 5 7第二章 渦流檢測理論基礎(chǔ) 8 8 9 10 10 12 1滲透深度 13[12] 14 17 17第三章 探頭的設(shè)計(jì)與制作 18 18 性能研究 23 23 24 24 25 26[21] 26 28 32第四章 渦流檢測系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 33 33 34 36 36 37 38 38 40 41 42 43 43 43 44第五章 渦流檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 46 46 47 48 48 49 51 51 52 53 55 56第六章 總結(jié) 58參 考 文 獻(xiàn) 59附 錄 61致 謝 66內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）第一章 緒 論 課題研究的背景及意義隨著鐵路技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，我國已逐漸告別人工扳道的歷史，轉(zhuǎn)轍機(jī)的使用實(shí)現(xiàn)了道岔轉(zhuǎn)換的集中控制，為列車的全自動(dòng)化運(yùn)行以及提速提供了可靠的保證。并通過大量實(shí)驗(yàn)分析確定了各因素對傳感器一些性能的影響，為探頭線圈尺寸提供了優(yōu)化。作者簽名： 日期： 年 月 日導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日注 意 事 項(xiàng)（論文）的內(nèi)容包括：1）封面（按教務(wù)處制定的標(biāo)準(zhǔn)封面格式制作）2）原創(chuàng)性聲明3）中文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞4）外文摘要、關(guān)鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論7）參考文獻(xiàn)8）致謝9）附錄（對論文支持必要時(shí)）：理工類設(shè)計(jì)（論文）正文字?jǐn)?shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等）。作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)校可以公布論文的部分或全部內(nèi)容。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。：任務(wù)書、開題報(bào)告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。最后采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法選定了各參數(shù)的合理組合，完成了傳感器的總體設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步滿足社會(huì)發(fā)展的要求，我們在不斷提高列車速度的同時(shí)更重要的是保證它的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，必須采用現(xiàn)代檢測技術(shù)，開發(fā)出便攜式探傷儀，以輔助人工檢查，提高工作效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，排除隱患，做到防患于未然。 磁粉檢測(MT)利用被測材料磁化后損傷會(huì)改變磁力線的分布情況，顯現(xiàn)出這些損傷。要求工件不能太厚，以鐵為例，最好不要超過80毫米，其它材料可以根據(jù)其衰減系數(shù)相應(yīng)的加厚或減薄。要求工件表面較光潔。常用于型材表面裂紋的檢測。所以從以上分析，渦流法最適合于重軌設(shè)施表面裂紋的檢測。渦流法識(shí)別缺陷的檢測裝置包括場的發(fā)射、散射場的測量和數(shù)據(jù)處理三個(gè)部分。傳感器(檢測探頭)技術(shù)研究。測量參數(shù)的優(yōu)化技術(shù)：通過研究傳感器的磁場特征從而對傳感器結(jié)構(gòu)以及測量參數(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，這也是渦流檢測的一個(gè)重要的研究方向。而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)由于其集知識(shí)表示、存儲(chǔ)和計(jì)算功能的插值系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，在渦流檢測定量化中具有獨(dú)特的優(yōu)勢。充分利用迅速發(fā)展的電子技術(shù)和微電子技術(shù)，研制出更為智能化的渦流檢測儀。影響渦流場的因素有很多，諸如探頭線圈與被測材料的耦合程度，材料的形狀和尺寸、電導(dǎo)率、導(dǎo)磁率、以及缺陷等等。一工件表面的渦流密度；J一離表面x深度處工件的渦流密度；x一至表面的距離；f一交流電流的頻率。到目前為止，阻抗分析法仍然是渦流檢測中應(yīng)用最廣泛的一種方法。在渦流檢測中，當(dāng)試驗(yàn)線圈遠(yuǎn)離試件或任何其他導(dǎo)電材料或磁性材料時(shí)，其阻抗稱為空線圈阻抗，該阻抗提供了一個(gè)參數(shù)，用于其他阻抗的比較。當(dāng)兩個(gè)線圈耦合時(shí)，如果給原邊線圈通以交變電流，由于電磁感應(yīng)的作用，在閉合的副邊線圈中會(huì)產(chǎn)生電流。在渦流檢測中，在載流檢測線圈的作用下，試件中由于電磁感應(yīng)而感生的渦流宛若是在多層密迭在一起的線圈中流過的電流，這樣也可以把被檢測的金屬工件看作一只和檢測線圈交鏈的次級(jí)線圈。若只是需要檢測工件表面裂紋，則可采用高到幾兆赫茲的頻率。設(shè)想在被測導(dǎo)體上存在某個(gè)具有特定幾何尺寸的環(huán)域，如圖25所示。采用放置式探頭線圈進(jìn)行檢測時(shí)，可以用渦流環(huán)的尺寸表示工件的尺寸。減小線圈尺寸將減小一些邊緣效應(yīng)，但線圈尺寸的減小實(shí)際上存在一些限制。提離效應(yīng)可用貼近表面的探頭或多頻檢測之類方法加以減小，同時(shí)，某些重要的渦流檢測依賴于提離效應(yīng)，導(dǎo)電表面上非導(dǎo)電性包覆層厚度的測量和表面平整度的檢測就是這樣的兩種檢測。結(jié)果顯示，該方法優(yōu)化設(shè)計(jì)的傳感器與經(jīng)驗(yàn)法相比，靈敏度和線性度都有了明顯的提高。傳感器設(shè)計(jì)有三種基本方法。渦流探頭設(shè)計(jì)中現(xiàn)有公式的局限性是一個(gè)從事探頭設(shè)計(jì)的人們熟知的事實(shí)。此外，探頭響應(yīng)是對所進(jìn)行的檢測的完整模擬，這是極為重要的?；蚴歉鶕?jù)初始要求用解析表達(dá)式(精確的或大概的)設(shè)計(jì)一個(gè)傳感器，然后通過實(shí)驗(yàn)評價(jià)其性能；如有必要，重復(fù)這一過程直到獲得一種可接受的設(shè)計(jì)。線圈僅能感應(yīng)出受檢材料的變化，因此差分式渦流傳感器被用于反應(yīng)受檢材料的變化情況，而抵消了同時(shí)作用于兩個(gè)線圈的噪聲和其它不需要的信號(hào)。因?yàn)榫€圈電壓(對于恒定電流源)或線圈電流(對恒定電壓源)的變化取決于線圈阻抗的變化，可以用這種方式測量任何導(dǎo)致阻抗變化的材料參數(shù)。探頭分類的第三個(gè)重要方法是基于使用方法。在探傷時(shí)，把線圈放置在被檢查工件表面進(jìn)行檢驗(yàn)。、性能研究激勵(lì)線圈相對于測量線圈的尺寸要足夠大當(dāng)激勵(lì)線圈與感應(yīng)線圈大小可比時(shí)，則交變感應(yīng)電流所產(chǎn)生磁場的磁力線相對于感應(yīng)線圈的方向是各不相同的，即感應(yīng)線圈內(nèi)有大量取向各異的磁力線穿過，這樣必然會(huì)嚴(yán)重影響對缺陷引起電流微弱擾動(dòng)而導(dǎo)致磁通變化的檢測；如果激勵(lì)線圈相對于感應(yīng)線圈的尺寸足夠大，那么感應(yīng)電流相對于小尺寸的感應(yīng)線圈可近似視為沿單一方向直線流動(dòng)，感應(yīng)線圈附近的磁力線方向亦近似趨于一致。如圖32所示，當(dāng)激勵(lì)線圈與測量線圈完全正交(激勵(lì)線圈磁芯軸線與檢測線圈法線平行)時(shí)，探頭工作于空載(置于空氣中不接近金屬工件)或置于完好工件表面時(shí)，在激勵(lì)線圈和渦流場的作用下，測量線圈附近磁力線均平行于測量線圈表面，通過測量線圈磁通為零，由電磁感應(yīng)定律知，測量線圈中感應(yīng)電壓為零；當(dāng)探頭置于工件表面裂紋處時(shí)，裂紋缺陷改變了渦流大小及分布，擾亂了渦流場，使測量線圈中有磁力線通過，從而在測量線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電壓，我們通過對感應(yīng)電壓的監(jiān)測即可拾取試件缺陷信號(hào)。由實(shí)驗(yàn)得知，提離效應(yīng)隨偏角α的增大而更加明顯，因此必須將偏角控制在較小的范圍內(nèi)。[21]正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)解決怎樣一類試驗(yàn)問題任何一項(xiàng)試驗(yàn)，都存在著如何安排試驗(yàn)以及如何分析試驗(yàn)結(jié)果的問題，這就是做試驗(yàn)設(shè)計(jì)所要解決的問題。表征探頭性能好壞的指標(biāo)是靈敏度、提離效應(yīng)。這項(xiàng)試驗(yàn)中，共有三個(gè)因素，每個(gè)因素都是三個(gè)水平，所以把它叫做三水平三因素試抵簡記為33型試驗(yàn)。但是做這種全面試驗(yàn)不僅是不必要的，往往也是不可能的，如36型試驗(yàn)總計(jì)有729次。（3）較好的組合方案。正交表所具有的“搭配均衡”特性，正是正交表的“正交性”的含義。用正交表安排試驗(yàn)的具體過程如下：（1）排表頭：按照因素水平表中固定下來的三個(gè)因素的次序，A測量線圈匝數(shù)、B測量線圈內(nèi)徑、c激勵(lì)線圈與檢測線圈的距離，順序地放到L(34)上方的三個(gè)縱列上，每列上放一種。圖35 探頭掃查方式如圖35所示，A、B、C、D四種掃查方式中，A、C兩種掃查方式對裂紋缺陷不敏感，輸出感應(yīng)電壓信號(hào)在裂紋缺陷處和無裂紋缺陷處無明顯變化；以B、D兩種掃查方式(檢測線圈磁芯法線與裂紋方向呈45度夾角時(shí))進(jìn)行掃查時(shí)，傳感器最為靈敏。渦流檢測的電子電路主要分兩大部分即：：包括振蕩器、信號(hào)檢出電路、放大器、顯示器和電源，這些是幾乎所有渦流檢測儀都具有的；：即鑒別影響因素和抑制干擾的電路，這些是隨檢測目的不同而異的[2]。一般的渦流檢測儀中常采用振蕩電路有LC振蕩器、ICL8038波形發(fā)生器，當(dāng)頻率穩(wěn)定度要求更高時(shí)可采用晶體振蕩器，當(dāng)要求頻率較低時(shí)，則常采用LC振蕩器。而ICL8038可產(chǎn)生比較恒定的正弦波。電路中正弦信號(hào)振蕩頻率計(jì)算公式如下： f==Hz從電渦流傳感器中傳輸出來的信號(hào)通常非常微弱，負(fù)載能力低，易受其它電路的干擾，在傳輸線路上也會(huì)很快地衰減。幅值檢測電路如圖4 6所示。開關(guān)S1的作用是為了讓有效的峰值通過；開關(guān)S2的作用是為了在新的測量開始前將電容C3放電[3]。有兩個(gè)可多路選擇的輸入通道，TLC0832的多路器可用軟件配置為單端和差分輸入。DI和DO可以連在一起，通過一根線連到處理器的一個(gè)雙向I/O口進(jìn)行控制。輸出電壓計(jì)算公式如下(滿比例于參考電壓)：2REF其中REF為參考電壓；CODE為輸入二進(jìn)制數(shù)值，范圍為0x000~0xFF0。其硬件電路如圖410所示。當(dāng)V+為5V時(shí)，~。前者電路稍微復(fù)雜，但使用簡單，后者采用軟件控制，電路簡單，使用較靈活，能適應(yīng)多變的需求。對于來自系統(tǒng)外部的干擾：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場可能有大電流、高電壓、電弧放電等情況，這些因素可能會(huì)產(chǎn)生較大的空間電磁干擾。若地線很細(xì)，接地電位會(huì)隨電流的變化而變化，導(dǎo)致電子系統(tǒng)的信號(hào)受到干擾，特別是模擬電路部分，因此地線應(yīng)該盡量寬，一般以大于3mm為宜。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括硬件和軟件兩部分。由于各種濾波算法在計(jì)算機(jī)上用軟件很容易實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)用非常靈活，其效果往往是硬件濾波電路所達(dá)不到的。設(shè)計(jì)者應(yīng)將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理的安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間的調(diào)度關(guān)系。若讀鍵程序在主程序或外部中斷處理程序中，可直接將延時(shí)程序插在讀鍵程序之后；若讀鍵程序在定時(shí)中斷程序中，可利用兩次定時(shí)器中斷的時(shí)間間隔完成去抖處理，省去延時(shí)程序。原則上，在系統(tǒng)允許的情況下，盡可能采用軟件，減少硬件的使用。當(dāng)程序有經(jīng)常需要加以修改或變化的參數(shù)時(shí)，應(yīng)該設(shè)計(jì)成為獨(dú)立的參數(shù)傳遞程序。如探頭測量線圈可添加以平衡線圈，這樣有利于消除電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率、溫度變化、探頭抖動(dòng)所引起的干擾，另外我們在電路設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)了對阻抗二維信號(hào)的提取，而由于電導(dǎo)率等干擾因素引起阻抗變化方向與缺陷引起阻抗變化方向各不相同，所以可采用相位分離法將需要檢測的因素與干擾因素分離開來，達(dá)到檢測的目的。本文采用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警電路。引腳9用來選擇顯示類型。條狀LED通過顯示驅(qū)動(dòng)器LM3914N來依次點(diǎn)亮。TLV5625與單片機(jī)的連接線路如下圖49。TLC0832與單片機(jī)的連接線路如下圖48。其輸入端可以分配為正極(+)或負(fù)極()。片內(nèi)含2KB閃速且flash指令、自動(dòng)擦除只讀存儲(chǔ)器、128字節(jié)數(shù)據(jù)RAM，15位I/O口，2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，5個(gè)中斷源，采用兩個(gè)優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)，可滿足系統(tǒng)要求。為了克服二極管管壓降的影響，將二極管Dl放在跟隨器反饋回路中。因此我們設(shè)計(jì)了如圖45所示的放大電路對傳感器輸出的信號(hào)進(jìn)行放大。間斷的正弦信號(hào)比同頻率的恒定的正弦信號(hào)能很好降低磁化作用，而且LC振蕩電路較ICL8038信號(hào)發(fā)生器電路簡單，使用較少的元器件便能滿足激勵(lì)信號(hào)的要求。而ICL8038是性能優(yōu)良的集成函數(shù)發(fā)生器。圖41 渦流檢測儀的基本組成本測量系統(tǒng)由四大部分組成，第一部分為信號(hào)激勵(lì)部分；第二部分為傳感變換部分，其中傳感變換部分包括傳感器探頭、前置信號(hào)處理如放大電路、傳感器信號(hào)變換電路等；第三部分為AT89C2051單片機(jī)系統(tǒng)，它分為單片機(jī)最小系統(tǒng)、A/D、D/A及鍵盤等；第四部分為缺陷顯示及報(bào)警電路。采用掃查方式D探頭輸出電壓信號(hào)的峰值逐漸減小直至反向增大B、D兩種掃查方式與兩線圈的相對繞向有關(guān)。（2）各因素水平對號(hào)入座：按照因素水平表中所確定的關(guān)系，對號(hào)入座，列入表內(nèi)，具體來說：第1列由A測量線圈匝數(shù)所占有，那么，在第1列的三個(gè)字碼“l(fā)’’的位置都應(yīng)寫上300匝，即A所在席位；在第1列的三個(gè)字碼“2”的位置，都應(yīng)寫上400匝，即A所在的席位；同理“3”位置都寫上500匝。用正交表安排試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，確定試驗(yàn)指標(biāo)，然后決定影響試驗(yàn)指標(biāo)的主要因素以及選取各因素的水平后，應(yīng)列出因素水平表。進(jìn)一步試驗(yàn)的方向。正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)首先回答了這一問題，它使我們能夠在全面試驗(yàn)的各種可能出現(xiàn)情況中，選做一部分最有代表性的試驗(yàn)從而找到好的方案。用大寫字母的下標(biāo)……等表示因素的不同水平，如A、A、A、B、B、B、……，本試驗(yàn)中A表示A因素取“l(fā)”水平，即測量線圈匝數(shù)取300匝；又如C表示C因素取“3”水平，即激勵(lì)線圈與檢測線圈的距離取4mm……。有關(guān)的術(shù)語和符號(hào)試驗(yàn)指標(biāo)：