【文章內(nèi)容簡介】 通密度，聚集磁場。軟磁材料磁軛一般選擇最大磁導(dǎo)率與飽和磁通密度都高的材料，如工業(yè)純鐵等。本設(shè)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(yīng)法和霍爾效應(yīng)法。167。 感應(yīng)法感應(yīng)法運用感應(yīng)線圈檢測，基于感應(yīng)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(nèi)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(yīng)線圈產(chǎn)生電壓輸出，對感應(yīng)線圈輸出的信號進行處理，即可評價鋼絲繩的損傷程度。當(dāng)存在損傷的鋼絲繩相對于感應(yīng)線圈運動時，感應(yīng)線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。即： (21)式中：N——感應(yīng)線圈匝數(shù)；d/ds——鋼絲繩內(nèi)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(yīng)線圈的運動速度。由式(21)可知，當(dāng)線圈匝數(shù)N與運動速度v一定時，感應(yīng)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(dǎo)致所測得的感應(yīng)電動勢并非反映實際信號所產(chǎn)生的電動勢，也就是說感應(yīng)線圈法的檢測效果好壞與運動速度是否勻速有關(guān)，而要做到勻速運動幾乎不可能。，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?qū)ふ腋行У慕鉀Q措施。圖23全磁通檢測法原理167。 霍爾效應(yīng)法霍爾效應(yīng)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(dǎo)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(yīng)。霍爾效應(yīng)是金屬或半導(dǎo)體載荷子受外加磁場作用所致。圖24霍爾效應(yīng)原理圖設(shè)K為霍爾靈敏度系數(shù)，I為電流強度、B為磁場的磁感應(yīng)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。靈敏度系數(shù)K由霍爾元件的材質(zhì)、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(yīng)特性）。應(yīng)用這一原理，只要檢測出霍爾元件兩端的輸出電壓，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線性地反映了鋼絲繩表面漏磁的情況[2]。第3章 信號調(diào)理電路設(shè)計167。 信號調(diào)理電路信號預(yù)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(diào)整等功能。在鋼絲繩無損檢測系統(tǒng)中，信號的預(yù)處理裝置應(yīng)達到如下功能和要求：（1）能夠?qū)鞲衅鬏敵龅臋z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(zhuǎn)換的信號幅度范圍；（2）在進行多傳感器同時檢測時，能夠?qū)蝹€傳感器輸出信號進行獨立處理，各個處理通道間不應(yīng)相互干擾；（3）能對放大器的增益進行調(diào)節(jié)；（4）信號預(yù)處理電路應(yīng)盡量減少對檢測信號的干擾。為了滿足上述要求，設(shè)計了信號調(diào)理電路。信號調(diào)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(chǎn)生的漏磁場很微弱，一般只有幾高斯，當(dāng)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(shè)計采用三運放共模抑制比放大電路，如圖31所示[35]。 圖31 放大電路圖中，取R2=，=，=，外接電阻平衡對稱。N1N2性能一致，平衡對稱，構(gòu)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]。差模增益：。167。 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(jīng)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(yīng)器電源供應(yīng)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(dāng)需要以正負電壓輸出時，可利用電源供應(yīng)器上Tracking鍵之功能。例如欲產(chǎn)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(yīng)器電源打開，并將儀表板上Tracking鍵按下，再由板面上調(diào)整旋鈕以調(diào)整出所需的177。15Vdc電壓。調(diào)整時可發(fā)現(xiàn)，盡管只旋轉(zhuǎn)其中一組電源輸出調(diào)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。圖33 電源供應(yīng)器產(chǎn)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=10其中單位為Hz，C4單位為。再按表31確定C5與歸一化電阻值，然后將歸一化電阻值乘以換標系數(shù)K可得R1i=（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：。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(shè)計用表|Kp| 1 2 6 10r10/kΩ r11/ kΩ r12/ kΩ C5/C4 第4章 硬件電路及軟件設(shè)計167。 AT89C51AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，管腳如圖41所示。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。其管腳如圖41所示[911]。圖41 AT89C51管腳圖P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。