简易涡流探伤装置的设计.doc

沈阳航空航天大学课 程 设 计（说明书）简易涡流探伤装置的设计班 级 24060401 学 号 2012040604023 学 生 姓 名 吴志文 指 导 教 师 于春和 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 模拟与数字电子技术课程设计 课程设计题目 简易涡流探伤装置的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标对于组成机械的各种金属零部件，它们的质量决定整机的性能，为此需要设计检测装置来完成这项任务。本设计利用涡流原理进行金属零部件质量的检测。如果检测电路设计成LC振荡电路形式，当检测线圈L对工件进行检测时，质量合格与不合格工件将使线圈的阻抗也将改变，也即电路中的振荡频率发生变化。此时如果测量LC振荡电路中的频率并找出频率与金属工件质量之间的关系，即可获金属零部件质量的情况。技术指标要求如下：1. LC振荡电路励磁频率范围：55k65kHz；2. 探伤装置只要区分合格与不合格两档即可。二、设计要求1. 设计电容三点式LC振荡电路；2. 系统能够显示LC电路振荡频率；3. 画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2. 李万臣，谢红编著. 模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001五、按照要求撰写课程设计报告第 0 页成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2014 年 12 月 26日一、概述涡流探伤是涡流检测技术的最主要的应用，它可应用于导电材料表面及近表面缺陷的检测。由于涡流检测是基于电磁感应现象，不仅被检测材料或制件的电、磁性能发生变化会引起检测线圈的响应，而且被检测对象的形状、尺寸的变化也会引起感应磁场和涡流分布的改变，正确、可靠地将缺陷信号从多种干扰因素所产生的“噪声”信号中分离、提取出来时涡流检测的根本目的。对于组成机械的各种金属零部件，它们的质量决定整机的性能，为此需要设计检测装置来完成这项任务。本设计利用涡流原理进行金属零部件质量的检测。如果检测电路设计成LC振荡电路形式，当检测线圈L对工件进行检测时，质量合格与不合格工件将使线圈的阻抗也将改变，也即电路中的振荡频率发生变化。此时如果测量LC振荡电路中的频率并找出频率与金属工件质量之间的关系，即可获金属零部件质量的情况。二、方案论证设计一个简易涡流探伤装置，能够实现简单的部件识别。本课设可分为三个部分进行设计和实验。第一部分是LC振荡电路，此部分运用电感、电容等元器件组成电容三点式振荡电路，以达到产生正弦波的目的；第二部分是整流滤波电路，此部分由555电路以及其它部件组成；第三部分是显示电路，此部分用单片机作为主控部件，用数码管进行显示。其总体框图为LC振荡电路数码寄存器六位十进制加法计数器多谐振荡器频率显示电路图1 总体框图三、电路设计 1LC振荡电路LC振荡器有基本放大器、选频网络和正反馈网络三个部分组成。为了维持震荡，放大器的环路增益应该等于1，而电容三点式振荡器的谐振频率为在实验中可通过测量周期T来测定谐振频率，即仿真电路图为图2 LC振荡电路计算图中的振荡频率为：实际测试中显示的周期为：LC振荡电路得到的正弦波经过非门整形得到相同频率的矩形波，如图所示：图3 整形后波形 2.多谐振荡器本次选用占空比可调的多谐振荡器，用于产生频率为0.5Hz的方波，其频率的计算公式是按照产生方波的要求，则两电阻器应相等，即若根据以上公式，可以计算出相应电阻和电容的值占空比可调的多谐振荡器以555定时器为主体，外部用滑动变阻器来控制R1和R2的大小变化，以达到控制占空比的作用，占空比 的计算公式为图4 多谐振荡器多谐振荡器产生的方波波形如下图5 多谐振荡器的方波波形多谐振荡器产生的方波和LC振荡电路经非门处理后的波相与后产生一个半周期振荡波如下图6 74LS160的时钟输入波形3频率显示电路此部分电路由六位十进制加法计数器、数码寄存器和数码显示器三部分组成，主要功能是显示LC振荡电路励磁频率。六位十进制加法计数器计算在一秒内波的振荡次数，数码寄存器保存加法计数器一秒内计算的振荡次数，然后把数据传输给数码显示器，达到显示励磁频率的作用。下面是本次设计的频率显示电路图7 频率显示电路多谐振荡器产生的0.5Hz方波和LC振荡电路相与作为时钟输入加法计数器74LS160N，在0.5Hz方波高电平时进行加法计数运算，在低电平时保持运算结果；0.5Hz方波经非门后输入数码寄存器74LS175N，在方波下降沿（经非门后的上升沿）触发，向数码显示器输出加法计数器高电平1s的计数结果，输出结果进行保持；之后数码寄存器74LS175N的输入经非门链接加法计数器74LS160N的清零端，使加法计数器74LS160N在数码寄存器输出后执行清零操作。计数显示系统以2s为一个周期，每2s更新一次数码显示器的示数。四、性能的测试1. LC振荡电路的测试如下图所示为输出的振荡波形。图8 励磁正弦波2.频率显示电路测试励磁频率显示如下，因为LC振荡电路产生的正弦波频率在55k65kHz，所以数码显示器的示数在5500065000之间，若示数不在此范围内，则说明电路的设计或电子器件的选择存在着问题，还需要进一步的检查和计算。另外数码显示器的示数没2s变化一次，周期不为2s时，则说明多谐振荡器产生的方波的频率不为0.5Hz，需更改电阻或电容。图9 频率显示电路示数五、结论 本课设基本实现了简易涡流探伤装置的设计，用电路仿真零部件引起的涡流变化，对具体的变化频率进行显示，并判断零部件是否满足条件，达到了设计要求。六、性价比本次课程设计的电路从总体来看工作稳定，基本符合设计的要求和技术指标。从选取的电路元件来看，个数比较少，且均为常见的电路元件，价格都很便宜，电路实用，易于调试，可以应用到实际中去。七、课设体会及合理化建议 通过本次课程设计，我对模拟电子线路有了更深入的理解。这段时间我查阅了很多关于信号放大以及谐振回路的知识，感觉到每一项课题都是博大精深的，同时也深知自己的能力有限，需要不断地加强锻炼。以前，我曾用Mnltisim 10进行过仿真，但对其并不是很了解，通过这次课程设计，对软件有了更多的接触，对其使用方法掌握的比较好，相信这段经历一定会令我受益终生。 一周的时间虽然短暂，但在这一周里我所学到的东西却是很多的。在仿真中不可避免会遇到很多问题，比如电路不能运行，波形严重失真，数据错误等等，经过老师、同学的帮助，仿真电路终于可以正常运行了。我觉得出现错误并不可怕，重要的是要学会改正和排错的过程，在这个过程中，我锻炼了自学的能力并且培养出了坚强的信念，而这些恰恰是我日后工作所需要的。最后，非常感谢这次课程设计，希望今后能多开设这样的课程。同时，也向我的指导教师致以深深的谢意，感谢您的耐心指导和无微不至的关怀。参考文献 1 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2006年2李万臣，谢红编著. 模拟电子技术基础实验与课程设计.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2001年 3杨志忠主编. 电子技术课程设计. 北京：机械工业出版社，2008年6月4吴俊芹主编. 电子技术实训与课程设计. 北京：机械工业出版社，2009年4月 5 高吉祥，电子技术基础实验与课程设计，M北京：电子工业出版社，2006年6宋学君主编，模拟电子技术，M科学出版社，2006年附录I 总电路图