谢文英：车轴(车轮)磁粉探伤系统设计(优选)

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1、东交通大学（测控系统课程设计报告）姓名：谢文英学院：机电工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控2008-1学号：20080310110104题目：车轴（车轮）磁粉探伤系统设计 指导教师：李鹏目录测控系统设计课程设计任务书 2一、序言4.二、方案设计4.2.1设计方案的选择4.2.2磁粉探伤的设计原理5.2.3电路设计（硬件）5.2.3.1 磁化方法5.检测模块6.放大模块6.2.3.4 A/D 模块7.显示模块7.2.4软件设计.8.三、仿真及实验调试1.23.1电路仿真123.2试验调试12放大模块1.23.2.2 A/D模块及显示模块 12四、心得体会13五、参考文献14六、附录15附录一

2、总电路图1.5附录二 电路仿真图 1.6附录三实物图1.7附录四程序代码1.8测控系统设计课程设计任务书一、总要求能够独立进行系统方案的设计及论证， 设计合理的接口电路、控制电路、主机电路等, 以及合理选择有关元器件及正确使用相关工具与仪器设备，设计接口程序、控制算法程序 以及主程序等，并且能结合实际调试与实验进行有关精度分析与讨论。二、总任务针对总要求进行原理及方案论证、系统设计、接口电路设计、焊接或插接与调试、控 制与系统程序设计、精度分析以及撰写报告等工作。三、设计题目车轴（车轮）磁粉探伤系统设计四、设计内容1选用合适元件设计漏磁测量系统2、设计信号处理电路，与微机接口电路3、绘制电路原

3、理图，进行实验室调试五、设计进度或计划1准备及查阅资料一天2、方案设计及论证（总体方案、硬件及软件方案）二天3、硬件电路设计、画图（PROTEL）及实验室调试四天4、软件设计、编程及调试三天5、系统联调及结果分析二天6、整理报告及准备答辩二天 六、设计说明书包括的主要内容1目录2、设计任务书3、设计题目4、序言可包括系统工作原理的介绍等。5、方案设计及论证：可先进行总体方案设计与论证;再分模块进行方案设计与论证；各模块设计中应包括适当的精度分析及选型等。6、实验或系统调试可包括实验调试工具仪器、实验结果及适当的分析等。7、心得体会8主要参考文献另：撰写格式应符合一定的要求，请参照华东交通大学本

4、科生毕业论文撰写规范进行。 可参看撰写要求。七、考核方法考核根据学生平时学习态度（含出勤率）20%、设计完成情况（样机）50%、图纸及说明书质量（含答辩）30%等确定。八、装定要求装入统一的资料袋中，报告装定好，顺序：封面，目录，设计任务书，正文，参考文 献，附录等。、序言机车车辆的车轴（车轮）承受着很大的动态应力，随着新型机车的功率参数和现代列 车行车速度的普遍提高，车轴（车轮）承受的应力也越来越大。因此，对车轴（车轮）的 可靠性和检验的要求也相应提高。磁粉探伤的原理：将待测物体置于强磁场中或通以大电流使之磁化，若物体表面 或表面附近有缺陷（裂纹、折叠、夹杂物等）存在，由于它们是非铁磁性的，

5、对磁力 线通过的阻力很大，磁力线在这些缺陷附近会产生漏磁。当将导磁性良好的磁粉（通 常为磁性氧化铁粉）施加在物体上时，缺陷附近的漏磁场就会吸住磁粉，堆集形成可 见的磁粉迹痕，从而把缺陷显示出来。磁粉探伤的优点是：对钢铁材料或工件表面裂纹等缺陷的检验非常有效；设备和操作均较简单；检验速度快，便于在现场对大型设备和工件进行探伤；检验费用也较低。 缺点是：仅适用于铁磁性材料；仅能显出缺陷的长度和形状，而难以确定其深度；对 剩磁有影响的一些工件，经磁粉探伤后还需要退磁和清洗。在工业中，磁粉探伤可用来作最后的成品检验，以保证工件在经过各道加工工序 （如焊接、金属热处理、磨削）后，在表面上不产生有害的缺陷

6、。它也能用于半成品 和原材料如棒材、钢坯、锻件、铸件等的检验，以发现原来就存在的表面缺陷。铁道、 航空等运输部门、冶炼、化工、动力和各种机械制造厂等，在设备定期检修时对重要 的钢制零部件也常采用磁粉探伤，以发现使用中所产生的疲劳裂纹等缺陷，防止设备 在继续使用中发生灾害性事故。二、方案设计2.1设计方案的选择一般来说，磁粉探伤主要是根据磁粉痕迹来判断工件的缺陷情况，用肉眼来判别，或 者采用CCD摄像的方法，进行图像处理等手段来判别。显然，对于车轴（车轮）的探伤， 仅由肉眼来判别是不够的，也是不现实的；而 CCD摄像法也是不大可能的，一是时间较 短，难度大，二是实验室条件有限。综合各方面考虑，我

7、们的设计采用霍尔传感器检测漏 磁场的强度变化，产生对应霍尔电动势（即电压）的变化，通过对电信号进行一系列处理, 分析得出结论。2.2磁粉探伤的设计原理在本设计中，由于被检测对象是车轴（车轮），其本身不具有磁性，因此，我们先要 对其进行磁化处理，然后在用霍尔传感器进行漏磁场检测，对传感器输出的电信号进行放 大处理，A/D转换，最后由LCD显示。该设计的系统方框图如图1所示，设计的电路见附磁化装置车轴（车轮）A 霍尔传感器A 放大电路VLCD显示51单片机 VA/D转换电路图1磁粉探伤系统方框图2.3电路设计（硬件）2.3.1 磁化方法磁化法有周向、纵向、复合三种磁化方法。由于周向、纵向磁化都存在

8、各自的局限性, 我们采用复合磁化方法。在本设计中，周向磁化采用直接通电法，纵向磁化采用线圈法， 如图2、图3所示。周向磁化电流的选择：采用交一直流全轴复合磁化法或直接通电法时，周向磁化电流按下列公式计算：I H * D / 320（8 10）D（ 1）式中I电流强度（A）;H 磁场强度（A/m），H 取2.551033.18 W3D车轴最大直径（mm）。纵向磁化电流的选择：纵向磁化电流依据纵向磁场与周向磁场相匹配的原则进行选择，可按如下方法进行确 定：纵向磁化采用分散式线圈法时，磁化电流（有效值）为：I （12000 20000）/N（2）式中I电流强度（A）;N线圈匝数图2周向磁化图3纵向磁

9、化检测模块SS49E线性霍尔电路由电压调整器，霍尔电压发生器，线性放大器和射极跟随器组成， 其输入是磁感应强度，输出是和输入量成正比的电压。静态输出电压（B=OGS）是电源电压的一半。S磁极出现在霍尔传感器标记面时，将驱动输出高于零电平；N磁极将驱动输出低于零电平；瞬时和比例输出电压电平决定与器件最敏感面的磁通密度；提高电源电压 可增加灵敏度。其各参数如表1所示。产品特点：体积小、精确度高、灵敏度高、线性好、温度稳定性好、可靠性高。将多个SS49E排列在车轴（车轮）表面，进行多方位信息采集。表1 SS49E参数规格供电电压消耗电流输出电压高斯灵敏度（在-400至+400高斯测量范围内）SS49

10、E4 10VDC4mA （典型值）1.75 2.25V5V,25C放大模块采用LM324来实现，通过调节相应电阻的大小来改变放大倍数。根据传感器输出的电压大小，我们将其放大两倍显示，具体的电路设计如图4所示。图4 LM324放大电路图2.3.4 A/D 模块该部分采用的是ADC0832芯片，简单方便，容易实现。主要技术指标：（1）8位分辨率，逐次逼近型。（2）5V电源供电时，基准电压为5V,输入模拟电压范围为05V。（3）输入和输出电平与TTL和CMO兼容。（4）有两个可供选择的模拟输入通道。（5）在250KHZ时钟频率时，转换时间为 32卩s。（6）一般功耗仅为15mW/显示模块在单片机系统

11、中应用晶液显示器作为输出器件有以下几个优点：（1）显示质量咼由于液晶显示器每一个点在收到信号后就一直保持那种色彩和亮度，恒定发光，而不 像阴极射线管显示器（CRT）那样需要不断刷新新亮点。因此，液晶显示器画质高且不会 闪烁。（2）数字式接口液晶显示器都是数字式的，和单片机系统的接口更加简单可靠，操作更加方便。（3）体积小、重量轻液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示的目的，在重量上比相 同显示面积的传统显示器要轻得多。（4）功耗低相对而言，液晶显示器的功耗主要消耗在其内部的电极和驱动IC上，因而耗电量比其它显示器要少得多。因此，我们选用LCD1602字符型液晶显示器作为我们的显