簡易渦流探傷裝置的設計VIP

1、沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）簡易渦流探傷裝置的設計班 級 24060401 學 號 學 生 姓 名 吳志文 指 導 教 師 于春和 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 模擬與數(shù)字電子技術課程設計 課程設計題目 簡易渦流探傷裝置的設計 課程設計的內(nèi)容及要求：一、設計說明與技術指標對于組成機械的各種金屬零部件，它們的質(zhì)量決定整機的性能，為此需要設計檢測裝置來完成這項任務。本設計利用渦流原理進行金屬零部件質(zhì)量的檢測。如果檢測電路設計成LC振蕩電路形式，當檢測線圈L對工件進行檢測時，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)量之間的關系，即可獲金屬零部件質(zhì)量的情況。技術指標要求如下：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、設計要求1. 設計電容三點式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（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(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基礎M北京：高等教育出版社，2006年2. 李萬臣，謝紅編著. 模擬電子技術基礎實驗與課程設計.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版

3、社，2001五、按照要求撰寫課程設計報告成績評定表：序號評定項目評分成績1設計方案正確，具有可行性，創(chuàng)新性（15分）2設計結(jié)果可信（例如：系統(tǒng)分析、仿真結(jié)果）（15分）3態(tài)度認真，遵守紀律（15分）4設計報告的規(guī)范化、參考文獻充分（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）指導教師簽字： 2014 年 12 月 26日一、概述渦流探傷是渦流檢測技術的最主要的應用，它可應用于導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，而且被檢測對象的形狀、尺寸的變化也會引起感應磁場和渦

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。對于組成機械的各種金屬零部件，它們的質(zhì)量決定整機的性能，為此需要設計檢測裝置來完成這項任務。本設計利用渦流原理進行金屬零部件質(zhì)量的檢測。如果檢測電路設計成LC振蕩電路形式，當檢測線圈L對工件進行檢測時，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)量之間的關系，即可獲金屬零部件質(zhì)量的情況。二、方案論證設計一個簡易渦流探傷裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的部件識別。本課設可分為三個部分進行設計和實驗。第一部分是LC振蕩電路

5、，此部分運用電感、電容等元器件組成電容三點式振蕩電路，以達到產(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，此部分用單片機作為主控部件，用數(shù)碼管進行顯示。其總體框圖為LC振蕩電路數(shù)碼寄存器六位十進制加法計數(shù)器多諧振蕩器頻率顯示電路圖1 總體框圖三、電路設計 1LC振蕩電路LC振蕩器有基本放大器、選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡三個部分組成。為了維持震蕩，放大器的環(huán)路增益應該等于1，而電容三點式振蕩器的諧振頻率為在實驗中可通過測量周期T來測定諧振頻率，即仿真電路圖為圖2 LC振蕩電路計算圖中的振蕩頻率為：實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，其頻率的計算公式是按照產(chǎn)生方波的要求，則兩電阻器應相等，即若根據(jù)以上公式，可以計算出相應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，以達到控制占空比的作用，占空比 的計算公式為圖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制加法計數(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。六位十進制加法計數(shù)器計算在一秒內(nèi)波的振蕩次數(shù)，數(shù)碼寄存器保存加法計數(shù)器一秒內(nèi)計算的振蕩次數(shù)，然后把數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)碼顯示器，達到顯示勵磁頻率的作用。下面是本次設計的頻率顯示電路圖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數(shù)器74LS160N，在0.5Hz方波高電平時進行加法計數(shù)運算，在低電平時保持運算結(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數(shù)器高電平1s的計數(shù)結(jié)果，輸出結(jié)果進行保持；之后數(shù)碼寄存器74LS175

8、N的輸入經(jīng)非門鏈接加法計數(shù)器74LS160N的清零端，使加法計數(shù)器74LS160N在數(shù)碼寄存器輸出后執(zhí)行清零操作。計數(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，因為LC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)，則說明電路的設計或電子器件的選擇存在著問題，還需要進一步的檢查和計算。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 本課設基本實現(xiàn)了簡易渦流探傷裝置的設計，用電路仿真零部件引起的渦流變化，對具體的變化頻率進行顯示，并判斷零部件是否滿足條件，達到了設計要求。六、性價比本次課程設計的電路從總體來看工作穩(wěn)定，基本符合設計的要求和技術指標。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，價格都很便宜，電路實用，易于調(diào)試，可以應用到實際中去。七、課設體會及合理化建議 通過本次課程設計，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于信號放大以及諧振回路的知識，感覺到每一項課題都是博大精深的，同時也深知自己的能力有限，需要不斷地加強鍛煉。以前，我曾用Mnltisim

10、 10進行過仿真，但對其并不是很了解，通過這次課程設計，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，比如電路不能運行，波形嚴重失真，數(shù)據(jù)錯誤等等，經(jīng)過老師、同學的幫助，仿真電路終于可以正常運行了。我覺得出現(xiàn)錯誤并不可怕，重要的是要學會改正和排錯的過程，在這個過程中，我鍛煉了自學的能力并且培養(yǎng)出了堅強的信念，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計，希望今后能多開設這樣的課程。同時，也向我的指導教師致以深深的謝意，感謝您的耐心指導和無微不至的關懷。參考文獻 1 童詩白，華成英主編模擬電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2006年2李萬臣，謝紅編著. 模擬電子技術基礎實驗與課程設計.哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2001年 3楊志忠主編. 電子技術課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2008年6月4吳俊芹主編. 電子技術實訓與課程設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年4月 5 高吉祥，電子技術基礎實驗與課程設計，M北京：電子工業(yè)出版社，2006年6宋學君主編，模擬電子技術，M科學出版社，2006年附錄I