簡易渦流探傷裝置的設(shè)計(jì)

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說明書）簡易渦流探傷裝置的設(shè)計(jì)班 級 24060401 學(xué) 號 學(xué) 生 姓 名 吳志文 指 導(dǎo) 教 師 于春和 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課 程 名 稱 模擬與數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 簡易渦流探傷裝置的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)對于組成機(jī)械的各種金屬零部件，它們的質(zhì)量決定整機(jī)的性能，為此需要設(shè)計(jì)檢測裝置來完成這項(xiàng)任務(wù)。本設(shè)計(jì)利用渦流原理進(jìn)行金屬零部件質(zhì)量的檢測。如果檢測電路設(shè)計(jì)成LC振蕩電路形式，當(dāng)檢測線圈L對工件進(jìn)行檢測時，質(zhì)量合格與不合格工件將使線圈的阻抗也將改變，也即電路中的振蕩頻率發(fā)生變化。此時如果測量

2、LC振蕩電路中的頻率并找出頻率與金屬工件質(zhì)量之間的關(guān)系，即可獲金屬零部件質(zhì)量的情況。技術(shù)指標(biāo)要求如下：1. LC振蕩電路勵磁頻率范圍：55k65kHz；2. 探傷裝置只要區(qū)分合格與不合格兩檔即可。二、設(shè)計(jì)要求1. 設(shè)計(jì)電容三點(diǎn)式LC振蕩電路；2. 系統(tǒng)能夠顯示LC電路振蕩頻率；3. 畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年2. 李萬臣，謝紅編著. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版

3、社，2001五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績評定表：序號評定項(xiàng)目評分成績1設(shè)計(jì)方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設(shè)計(jì)結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認(rèn)真，遵守紀(jì)律（15分）4設(shè)計(jì)報(bào)告的規(guī)范化、參考文獻(xiàn)充分（不少于5篇）（25分）5答辯（30分）總分最終評定成績（以優(yōu)、良、中、及格、不及格評定）指導(dǎo)教師簽字： 2014 年 12 月 26日一、概述渦流探傷是渦流檢測技術(shù)的最主要的應(yīng)用，它可應(yīng)用于導(dǎo)電材料表面及近表面缺陷的檢測。由于渦流檢測是基于電磁感應(yīng)現(xiàn)象，不僅被檢測材料或制件的電、磁性能發(fā)生變化會引起檢測線圈的響應(yīng)，而且被檢測對象的形狀、尺寸的變化也會引起感應(yīng)磁場和渦

4、流分布的改變，正確、可靠地將缺陷信號從多種干擾因素所產(chǎn)生的“噪聲”信號中分離、提取出來時渦流檢測的根本目的。對于組成機(jī)械的各種金屬零部件，它們的質(zhì)量決定整機(jī)的性能，為此需要設(shè)計(jì)檢測裝置來完成這項(xiàng)任務(wù)。本設(shè)計(jì)利用渦流原理進(jìn)行金屬零部件質(zhì)量的檢測。如果檢測電路設(shè)計(jì)成LC振蕩電路形式，當(dāng)檢測線圈L對工件進(jìn)行檢測時，質(zhì)量合格與不合格工件將使線圈的阻抗也將改變，也即電路中的振蕩頻率發(fā)生變化。此時如果測量LC振蕩電路中的頻率并找出頻率與金屬工件質(zhì)量之間的關(guān)系，即可獲金屬零部件質(zhì)量的情況。二、方案論證設(shè)計(jì)一個簡易渦流探傷裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的部件識別。本課設(shè)可分為三個部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。第一部分是LC振蕩電路

5、，此部分運(yùn)用電感、電容等元器件組成電容三點(diǎn)式振蕩電路，以達(dá)到產(chǎn)生正弦波的目的；第二部分是整流濾波電路，此部分由555電路以及其它部件組成；第三部分是顯示電路，此部分用單片機(jī)作為主控部件，用數(shù)碼管進(jìn)行顯示。其總體框圖為LC振蕩電路數(shù)碼寄存器六位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器多諧振蕩器頻率顯示電路圖1 總體框圖三、電路設(shè)計(jì) 1LC振蕩電路LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應(yīng)該等于1，而電容三點(diǎn)式振蕩器的諧振頻率為在實(shí)驗(yàn)中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即仿真電路圖為圖2 LC振蕩電路計(jì)算圖中的振蕩頻率為：實(shí)際測試中顯示的周期為：LC振蕩電路得到的正弦波經(jīng)過非

6、門整形得到相同頻率的矩形波，如圖所示：圖3 整形后波形 2.多諧振蕩器本次選用占空比可調(diào)的多諧振蕩器，用于產(chǎn)生頻率為0.5Hz的方波，其頻率的計(jì)算公式是按照產(chǎn)生方波的要求，則兩電阻器應(yīng)相等，即若根據(jù)以上公式，可以計(jì)算出相應(yīng)電阻和電容的值占空比可調(diào)的多諧振蕩器以555定時器為主體，外部用滑動變阻器來控制R1和R2的大小變化，以達(dá)到控制占空比的作用，占空比 的計(jì)算公式為圖4 多諧振蕩器多諧振蕩器產(chǎn)生的方波波形如下圖5 多諧振蕩器的方波波形多諧振蕩器產(chǎn)生的方波和LC振蕩電路經(jīng)非門處理后的波相與后產(chǎn)生一個半周期振蕩波如下圖6 74LS160的時鐘輸入波形3頻率顯示電路此部分電路由六位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器、

7、數(shù)碼寄存器和數(shù)碼顯示器三部分組成，主要功能是顯示LC振蕩電路勵磁頻率。六位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器計(jì)算在一秒內(nèi)波的振蕩次數(shù)，數(shù)碼寄存器保存加法計(jì)數(shù)器一秒內(nèi)計(jì)算的振蕩次數(shù)，然后把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)碼顯示器，達(dá)到顯示勵磁頻率的作用。下面是本次設(shè)計(jì)的頻率顯示電路圖7 頻率顯示電路多諧振蕩器產(chǎn)生的0.5Hz方波和LC振蕩電路相與作為時鐘輸入加法計(jì)數(shù)器74LS160N，在0.5Hz方波高電平時進(jìn)行加法計(jì)數(shù)運(yùn)算，在低電平時保持運(yùn)算結(jié)果；0.5Hz方波經(jīng)非門后輸入數(shù)碼寄存器74LS175N，在方波下降沿（經(jīng)非門后的上升沿）觸發(fā)，向數(shù)碼顯示器輸出加法計(jì)數(shù)器高電平1s的計(jì)數(shù)結(jié)果，輸出結(jié)果進(jìn)行保持；之后數(shù)碼寄存器74LS175

8、N的輸入經(jīng)非門鏈接加法計(jì)數(shù)器74LS160N的清零端，使加法計(jì)數(shù)器74LS160N在數(shù)碼寄存器輸出后執(zhí)行清零操作。計(jì)數(shù)顯示系統(tǒng)以2s為一個周期，每2s更新一次數(shù)碼顯示器的示數(shù)。四、性能的測試1. LC振蕩電路的測試如下圖所示為輸出的振蕩波形。圖8 勵磁正弦波2.頻率顯示電路測試勵磁頻率顯示如下，因?yàn)長C振蕩電路產(chǎn)生的正弦波頻率在55k65kHz，所以數(shù)碼顯示器的示數(shù)在5500065000之間，若示數(shù)不在此范圍內(nèi)，則說明電路的設(shè)計(jì)或電子器件的選擇存在著問題，還需要進(jìn)一步的檢查和計(jì)算。另外數(shù)碼顯示器的示數(shù)沒2s變化一次，周期不為2s時，則說明多諧振蕩器產(chǎn)生的方波的頻率不為0.5Hz，需更改電阻或電

9、容。圖9 頻率顯示電路示數(shù)五、結(jié)論 本課設(shè)基本實(shí)現(xiàn)了簡易渦流探傷裝置的設(shè)計(jì)，用電路仿真零部件引起的渦流變化，對具體的變化頻率進(jìn)行顯示，并判斷零部件是否滿足條件，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。六、性價(jià)比本次課程設(shè)計(jì)的電路從總體來看工作穩(wěn)定，基本符合設(shè)計(jì)的要求和技術(shù)指標(biāo)。從選取的電路元件來看，個數(shù)比較少，且均為常見的電路元件，價(jià)格都很便宜，電路實(shí)用，易于調(diào)試，可以應(yīng)用到實(shí)際中去。七、課設(shè)體會及合理化建議 通過本次課程設(shè)計(jì)，我對模擬電子線路有了更深入的理解。這段時間我查閱了很多關(guān)于信號放大以及諧振回路的知識，感覺到每一項(xiàng)課題都是博大精深的，同時也深知自己的能力有限，需要不斷地加強(qiáng)鍛煉。以前，我曾用Mnltisim

10、 10進(jìn)行過仿真，但對其并不是很了解，通過這次課程設(shè)計(jì)，對軟件有了更多的接觸，對其使用方法掌握的比較好，相信這段經(jīng)歷一定會令我受益終生。 一周的時間雖然短暫，但在這一周里我所學(xué)到的東西卻是很多的。在仿真中不可避免會遇到很多問題，比如電路不能運(yùn)行，波形嚴(yán)重失真，數(shù)據(jù)錯誤等等，經(jīng)過老師、同學(xué)的幫助，仿真電路終于可以正常運(yùn)行了。我覺得出現(xiàn)錯誤并不可怕，重要的是要學(xué)會改正和排錯的過程，在這個過程中，我鍛煉了自學(xué)的能力并且培養(yǎng)出了堅(jiān)強(qiáng)的信念，而這些恰恰是我日后工作所需要的。最后，非常感謝這次課程設(shè)計(jì)，希望今后能多開設(shè)這樣的課程。同時，也向我的指導(dǎo)教師致以深深的謝意，感謝您的耐心指導(dǎo)和無微不至的關(guān)懷。參考文獻(xiàn) 1 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年2李萬臣，謝紅編著. 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001年 3楊志忠主編. 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008年6月4吳俊芹主編. 電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)與課程設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009年4月 5 高吉祥，電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)，M北京：電子工業(yè)出版社，2006年6宋學(xué)君主編，模擬電子技術(shù)，M科學(xué)出版社，2006年附錄I