【文章內容簡介】 繩用的勵磁回路一般都如圖 22示，它由永久磁鐵、軟磁連接體、極靴、鋼絲繩、氣隙等五部分組成。 勵磁回路要求以最低的成本、最小的體積、最輕的重量、最優(yōu)的性能，使鋼絲繩中的磁場強度達到設計要求。為減小回路體積，提高勵磁回路性能，一般選用高剩磁、高矯頑力、高磁能積的永磁材料。結合鋼絲繩 探傷檢測實際，綜合考慮各種永磁材料的特性，選擇稀土材料的永久磁鐵是比較理想的。稀土永磁材料矯頑力 Hc 很大，同時剩磁 Br 較高，基本能夠滿足鋼絲繩磁化飽和的要求，而且最大磁能積及磁穩(wěn)定性均屬優(yōu)良，溫度系數(shù)低，可在大范圍溫度下穩(wěn)定工作。本設計選用釹鐵硼稀土永磁材料作為勵磁回路的勵磁源，因為燒結釹鐵硼永磁材料具有創(chuàng)紀錄的高剩磁、高矯頑力、高磁能積。另外，釹鐵硼磁鐵是一種鐵基材料，成本低廉而倍受世人關注。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 5 圖 22 永磁勵磁回路 軟磁材料是勵磁回路中形成磁力線通路不可缺少的組成部分，其在勵磁磁路中用來改變磁力線方向 ，減小回路系統(tǒng)的磁阻，增大關鍵部位的磁通密度，聚集磁場。軟磁材料磁軛一般選擇最大磁導率與飽和磁通密度都高的材料，如工業(yè)純鐵等。本設計選用的軟磁材料為工業(yè)純鐵。 167。 檢測元件 漏磁場的測量通過磁敏感元件實現(xiàn)，較常用的是感應法和霍爾效應法。 167。 感應法 感應法運用感應線圈檢測，基于感應線圈檢測鋼絲繩損傷（亦稱全磁通檢測）的原理如圖 24 所示。隨著鋼絲繩相對于檢測線圈和勵磁器的運動，鋼絲繩將被勵磁器逐段磁化至飽和狀態(tài)，若鋼絲繩存在損傷，其內部磁通量（與鋼絲繩的有效金屬斷面積成正比）必然減少，于 是就會使感應線圈產生電壓輸出，對感應線圈輸出的信號進行處理，即可評價鋼絲繩的損傷程度。當存在損傷的鋼絲繩相對于感應線圈運動時，感應線圈將產生感應電動勢。即： /( / )( / )( / )e N d dtN d ds ds dtN d ds v????????? (21) 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 6 式中： N——感應線圈匝數(shù)； d? /ds——鋼絲繩內部磁通量相對于鋼絲繩位移的變化率； v——鋼絲繩相對于感應線圈的運動速度。 由式 (21)可知，當線圈匝數(shù) N 與運動速度 v 一定時，感應線圈輸出的電動勢 e，能夠反映出鋼絲 繩中磁通量沿繩軸向的變化，即鋼絲繩有效金屬斷面積沿鋼絲繩軸向的變化。但是在檢測過程中由于鋼絲繩的運動是非勻速的，同時加上鋼絲繩的擺動，以及種種外在因素的影響，必然會導致所測得的感應電動勢并非反映實際信號所產生的電動勢，也就是說感應線圈法的檢測效果好壞與運動速度是否勻速有關，而要做到勻速運動幾乎不可能。而且還要求檢測速度必須大于 ，要不然就會丟漏信號。因此給定量檢測帶來了很大的難度，所以這種方法現(xiàn)在正逐漸被淘汰或尋找更有效的解決措施。 圖 23 全磁通檢測法原理 167。 霍爾效應法 霍爾效應 法運用霍爾元件檢測，其不受檢測速度變化的影響，且可以測量磁場強度的絕對值。如圖 25 所示，如果在垂直于磁場的導體里通過一定的電流，則在垂直電流和磁場的方向上存在一個電場，并在兩端有電動勢輸出，此現(xiàn)象稱為霍爾效應?；魻栃墙饘倩虬雽w載荷子受外加磁場作用所致。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 7 圖 24 霍爾效應原理圖 設 K為霍爾靈敏度系數(shù)， I為電流強度、 B為磁場的磁感應強度， θ為 B和霍爾元件平面法線的夾角，則霍爾元件輸出的霍爾電壓為 H cosV KIB ?? 。靈敏度系數(shù) K由霍爾元件的材質、尺寸和工作溫度等因素決定。在 工作溫度不變的情況下，視為一常數(shù)。在元件安裝位置確定、 θ角不變時，如果霍爾元件采用恒流源供電，電流 I為定值，則式中 HV 與 B成正比，這就是 Hall元件重要的線性輸出特性（霍爾元件的定向響應特性）。應用這一原理，只要檢測出霍爾元件兩端的輸出電壓 HV ，便可獲得鋼絲繩的斷絲損傷的信號。因此， Hall元件的輸出電壓矢量 HV 線性地反映了鋼絲繩表面漏磁的情況 [2]。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 8 第 3 章 信號調理電路設計 167。 信號調理電路 信號預處理電路是檢測系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，主要起對信號放大、除噪、調整等功能。在鋼絲繩無損檢測系統(tǒng)中，信號的預處理裝置應達到如下功能和要求： （ 1）能夠將傳感器輸出的檢測信號進行不失真的放大、濾波等處理，信號電平達到 A/D 轉換的信號幅度范圍； （ 2）在進行多傳感器同時檢測時，能夠對單個傳感器輸出信號進行獨立處理，各個處理通道間不應相互干擾； （ 3）能對放大器的增益進行調節(jié)； （ 4）信號預處理電路應盡量減少對檢測信號的干擾。 為了滿足上述要求，設計了信號調理電路。信號調理電路由放大電路 和濾波電路兩部分組成。 167。 放大電路 鋼絲繩斷絲產生的漏磁場很微弱，一般只有幾高斯，當用霍爾傳感器檢測時，傳感器的輸出電壓只有幾毫伏，因此電路必須進行放大，本設計采用三運放共模抑制比放大電路，如圖 31 所示 [35]。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 9 圖 31 放大電路 圖中，取 R2= 7R ， 3R = 8R ， 4R = 9R ， 外接電阻平衡對稱 。 N1N2性能一致，平衡對稱，構成差動放大輸入級。 N3為雙端輸入單端輸出的輸出級，進一步抑制 N1N2共模信號 [68]。 2 2o 1 i1 i 266(1 )R Ru u uRR ??? 7 7o 2 i2 i166(1 )R Ru u uRR ??? 27o 2 o 1 i2 i d 1 i2 i16( 1 ) ) ( )RRu u u u = K u uR???? ? ?（ 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 10 4o o 1 o 2 d 2 o 2 o 33 ( ) ( )Ru u u K u uR? ? ? ? 5 5 5 6 5o o 2 o 1 o 2 o 13 3 3 4 6 3( 1 ) ( 1 )R R R R Ru u u u uR R R R R R?? ? ? ? ? ?? 差模增益： 27 4d d 1 d 236(1 )RR RK K K RR?? ? ?。 167。3 . LM741 運算放大器 LM741 是運算放大器中最常使用的一種，具有反相與同相兩個輸入端，由輸入端輸入欲被放大的電流或電壓信號，經放大后由輸出端輸出。放大器工作時的需要一對大小相同的正負電源，其值由 177。12Vdc 至 177。18Vdc 不等，一般使用 177。15Vdc 的電源。 LM741 的管腳配置如圖 32 所示。 圖 32 LM741 運算放大器管腳配置圖 167。 電源供應器 電源供應器本身具備兩組外接插孔以提供兩組電壓輸出，如圖 33 所示。當需要以正負電壓輸出時，可利用電源供應器上 Tracking 鍵之功能。例如欲產生 177。15Vdc 電壓，需要先將兩組電源輸出中其中一組的正端接上另一組的負端，剩下未接的兩個輸出端便為電源輸出端， 然后將電源供應器電源打開，并將儀表板上 Tracking 鍵按下，再由板面上調整旋鈕以調整出所需的 177。15Vdc電壓。調整時可發(fā)現(xiàn)，盡管只旋轉其中一組電源輸出調整旋鈕，但兩組電壓輸出值會同時改變且顯示數(shù)字相同，只是一端為正，一端為負，此時即可得到一端正值、一端負值，且同為 15Vdc 的電壓輸出，其原理類似拿兩個電池頭尾相接串聯(lián)的情況。 河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 11 圖 33 電源供應器產生 177。Vdc 電壓輸出接線圖 167。 濾波電路 二階無限增益多路反饋型低通濾波電路如圖 34 所示。 圖 34 二階有源低通濾波電路 截止頻率取 100Hz，通帶增益 Kp=1，根據(jù)二階有源濾波器電容選擇用表可查出 C4=，根據(jù)選擇電容 C4 的實際值，按照下式計算電 阻換標系數(shù) K c4100K fC?=10 其中 cf 單位為 Hz， C4 單位為 μF 。再按表 31 確定 C5 與歸一化電阻值 1ir ，河南科技大學畢業(yè)設計（論文） 12 然后將歸一化電阻值乘以換標系數(shù) K 可得 R1i= 1iKr （ i=0、 2），由此可得到各電阻的實際值，最后各電阻的取標稱值為： 10 11 33kΩRR?? ， 12 41kΩR ? 。電容 C4=， C5=。 表 31 二階無限增益多路反饋型巴特沃斯低通濾波器設計用表 |Kp| 1 2 6 10 r10/kΩ r11/ kΩ r12/ kΩ C5/C4