【钢丝绳损伤检测中信号处理电路分析案例2600字】

钢丝绳损伤检测中信号处理电路分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u85031.1断丝信号的差动放大 157831.2信号滤波 313101.3信号调理电路 41.1断丝信号的差动放大钢丝绳因断丝损伤而产生的漏磁场信号也是非常微弱的，前面虽然设计出了检测器来将霍尔元件输出的电动势进行放大，但是所产生的断丝损伤信号的增幅也仅是只有数十毫伏。为了满足后续设计的要求，需要将检测器检测出的断丝损伤信号进行放大。单排的霍尔元件叠加虽然可以有效地抑制到钢丝绳股波信号的干扰，但在实际情况之中，股波信号的干扰仅是众多干扰的一部分，其他的干扰还有在检测过程中钢丝绳的横向振动和周围环境里的随机的电磁辐射影响。采用双排霍尔元件的布置方式，利用两个比较接近的检测环对钢丝绳的断丝损伤信号进行检测，可以有效地对干扰信号进行共模抑制，如图1.1所示。设a、b两检测环的霍尔元件要求和输入电压分别为、,并且选择,则经过差动放大后的输出电压分别为:(4-1)钢丝绳在磁化之后，钢丝绳的磁化周围不但可能含有由于断丝线的损伤现象引起的一种漏磁场,还可能含有两个电磁极之间的漏磁场。图1.2为两个差动检测到的环分别对两条钢丝绳上的一断丝进行了差动检测,经过差动信号放大后的两个输入输出信号形成曲线,由该两个检测环的曲线我们常常可以清楚地由此看出:（1）基本可以消除了股波信号对钢丝绳带来的干扰；（2）因为对每一处的断丝损伤都同时进行了两次钢丝绳断丝损伤检测,每一处的钢丝绳断丝损伤信号都有正负两个峰值输出出来;（3）损伤信号的信噪比较高。1.2信号滤波设计时需要考虑到检测信号在传输的过程中不免会受到各种频率的噪声干扰，其中主要的噪声干扰是来自于高频率的，为了检测出结果的精准性，必须要减少高频噪声所造成的干扰，故需要一个低通滤波器。在实验时将钢丝绳的运行速度限制在左右,用10inv306dd等智能信号采集分析仪对高频差动信号放大后钢丝绳断丝后的信号频率进行采集分析,可准确得到一个钢丝绳的运动损伤速度信号且其频率应得低于100hz。得到钢丝绳断丝受损伤后的信号峰值频率的最高值并其公式定义为：(4-2)式中：峰值间的最小时间间隔且为了有效滤掉输入信号电路中的高频噪声,且必须保持所有输出信号中的有用信号,需要设计一个低通滤波器。低波滤通器需要具备抗干扰性较强和频幅特性有良的特点，综合其他原因设计出了二阶有源无限增益多路反馈低通滤波器，如图1.3。1.3信号调理电路钢丝绳的断丝损伤信号的调理电路由三部分组成，其中包括将霍尔元件输出的电动势放大的差动放大电路、有效消除高频噪声的低通滤波电路和电压跟随器。如下图1.4所示,、分别表示是通过a、b两个电压检测电路环的滤波信号进出输入,依次分别经由电压差动信号放大电路、电压跟随器和低通滤波电路,输出滤波信号。差动放大电路中的差动放大器选择op27，因为它是具有精度高噪声比较低等优良特性的集成放大器，op27可以将差模信号的精度提高很多，大约是没提高前的一百倍以上。为了能够提高精度减少整个系统的干扰是必不可少的，这就需要提高整个系统的抗干扰的能力，低通滤波电路的设计可以有效滤除掉高频噪声。在电路中添加了一个电压追随器，其主要由运算放大器组成，这样就会明显提高信号调理电路携带负载的能力。钢丝绳断丝损伤信号经过信号调理电路输出后，能够有效地消除股波信号、高频率的噪声以及不同环境下各种电磁波的干扰、为了能够达到后续信号采集电路的设计要求，需要其幅值在之间，信号调理电路的电压刚好也在这之间满足要求。第2章钢丝绳断丝损伤信号数据采集系统的硬件设计2.1数据采集系统概述一个完全的网络数据信息采集处理系统一般可以包括原始采集信号、信息采集调理控制装置、数据采集处理装置及通用计算机四个系统大部分。图2.1给出了钢丝绳断丝损伤的检测过程中的钢丝绳损伤信号数据采集的过程。通过励磁器将钢丝绳磁化，在通过霍尔元件检测器检测出是否漏磁，最后通过由转换器以及8051单片机等组成的数据采集系统将检测出来的模拟信号转换成可以让计算机识别的信号。把整个采集过程得到的原始损伤数据信号上传至一台电脑并对其进行实时处理,从而直接实现完成丝绳断丝后的损伤数据信号的实时采集。数据资源采集管理系统的硬件设计主要由系统硬件和应用软件两个部分组成。2.2数据采集系统硬件设计2.2.1采集系统总体方案如图2.2所示,以8051单片机为钢丝绳断丝损伤数据采集系统核心,间隔一定的工作时间控制采样保持器mlf398和控制a/d采样转换器进行工作,采集后得到其中相应的整个钢丝绳断丝损伤的检测信号,并将其中相应的断丝数据经max232传到用户电脑,由计算机对数据采集后得到的断丝数据损伤信息自动进行数据分析计算处理,距离检测模块主要功能用来对整个钢丝绳断丝损伤的检测信号进行定位,准确地分析判断所接受到的断丝损伤的位置。2.2.2存储器扩展模块存储器扩展模块的接口输出控制电路基本结构如如下图2.3所示。2.2.3信号采样模块安装a/d转换模块之前需要增设一个采样保持电路,这样可以保证转换的精度并且可以使其在整个转换期间始终能够保持一个固定输入信号的幅值不变。该信号收集采样处理模块的基本结构功能框图设计如下图2.4所示。2.2.4A/D转换模块（1）A/D转换器的选择采样转换处理运算流程主要受到a/d信号转换器的采样转换运算精度与采样转换运算速率的影响。除此之外，还会受到转换器的分辨率和线性误差等多个方面的影响。信号的检测有很多步骤，所以说他受到很多方面影响，其中在信号转换上的影响大多都来源于转换器。转换器的经济性可靠性实用性都会影响检测结果，除此之外还有转换器转换的时间以及转换器的字长影响检测都会不同程度的影响待检测的结果。为了能够满足钢丝绳断丝损伤信号检测系统的要求，需要钢丝绳断丝损伤信号的幅值在之间，为了减小转换的误差提高精度，选择ADC0809的转换器芯片或者AD574A的转换器芯片。前者的转换器芯片比后者的转换器芯片转换时间比较长，考虑到转换时间的影响以及经济性实用，选择AD574A芯片进行转换。（2）AD574A及其接口电路AD转换模块的电路结构如图2.5所示2.2.5距离检测模块如下图2.6所示。距离检测模块由多个元件构成，其中的测距轮时该模块的关键。在国家标准以及精度要求，需要测距轮的空间距离。取周长，小磁铁个数为4，得到空间距离是5。2.2.6通信模块rs-232c开关接口的基本设计电气电路性能及其特点设计如下表见图表5-