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1、题 目：复杂断面重轨在线无损检测系统设计涡流无损检测部分毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷
2、本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使
3、用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求
4、：理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照
5、任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订3）其它复杂断面重轨在线无损检测系统设计涡流无损检测部分摘 要论文首先分析了裂纹检测的几种方案，结合铁道设施结构特点、运营环境，对这几种方案进行了对比，从而确定了采用便携式涡流检测仪进行探伤。接着介绍了涡流检测原理，基于电磁场理论推导了相关的重要公式。阐述了阻抗分析法，并用其分析了影响检测线圈阻抗变化的几个因素。推导了放置式探头线圈的特征频率，为检测频率的选择提供了参考。在传感器设计中，本文在分析和借鉴现有一些性能较好的探头所采用的结构形式的基础上，通过实验反复修正，得到一种高性能的传感器。并通过大量实验分析确定了各因素对传感器一些性能的影
6、响，为探头线圈尺寸提供了优化。最后采用正交试验设计方法选定了各参数的合理组合，完成了传感器的总体设计。在硬件设计方面：为了提高灵敏度，通过数学推导传感器信号变换电路中的各个参数，给出了各参数的求取公式，并给出了检测系统激励源、信号调理、单片机系统、显示报警等模块的硬件设计。在软件设计方面：采用模块化软件设计方法，分析了每一个模块的程序流程图，并进行了软件设计。关键词：无损检测；涡流检测；裂纹缺陷；数据采集；信号处理the Design of Online Nondestructive Testing System of Complex Cross-section Heavy RailTurbu
7、lent flow non-destructive inspection partAbstractFirstly, several method of testing crack defect are put forward and compared. Considering of configuration and using characteristic crack, we get the result that the crack defect can be only detected by portable testing instrument. Secondly,the pincip
8、le of eddy current test is introduced.Based on electromagnetic field theory,some important formulas are deduced. Impedance analytical method is presented,through which we analyze some factors that alter testing coil impedances value. Then,characteristic frequency of laid test coil is calculated, it
9、is important to select the test frequency.As for the sensor design, a sensor with high performance is designed through modification based on some sensors with better performance. Various factors that influence the sensor performance are analyzed through experiment to optimize the size of coil. Final
10、ly used the orthogonal experiment design method, we designed the parameters with reasonable combination, and conpleted the design of sensor system.As for hardware design, in signal converter, in order to improve the sensitivity,the parameter of signal converter is gotten though math illation. Excita
11、tion circuit,signal converter circuit, single chip system, demonstration, and alarm part are all given partcular annlysis and design. As for software design, the software is modularized, and every module is designed, then each flow chart is given.Key words: non-destructive testing; eddy current test
12、ing; crack flaw; data collection; signal prosessing目 录摘 要IAbstractII第一章 绪 论11.1 课题研究的背景及意义11.2 无损检测技术11.3 涡流检测技术国内外发展现状51.3.1涡流检测的研究现状51.3.2涡流检测的发展方向与未来展望7第二章 涡流检测理论基础82.1涡流检测基本原理82.2集肤效应92.3涡流阻抗分析法102.3.1线圈自身的阻抗102.3.2耦合线圈的阻抗122.4探头工作频率与特征频率132.4.1工作频率与灵敏度、渗透深度132.4.2探头工作频率的确定12142.5边缘效应172.6提离效应17
13、第三章 探头的设计与制作183.1涡流传感器设计方法183.2传感器所采用的结构形式203.3探头参数、性能研究233.3.1线圈尺寸选取原则233.3.2线圈匝数与线圈的电感量243.3.3激励线圈与测量线圈正交偏角243.3.4激励线圈与测量线圈的间距H253.4传感器各参数的确定263.4.1正交试验设计所解决的试验问题21263.4.2正交试验设计的试验安排283.5探头扫查方式32第四章 涡流检测系统硬件设计334.1检测系统总体框图334.2激励源电路344.3前置放大与信号检出电路364.3.1前置滤波放大电路364.3.2信号分选电路峰值运算电路374.4单片机系统384.4.
14、1数据采集A/D转换器384.4.2模拟信号输出404.4.3键盘电路414.5缺陷大小指示设计424.6报警电路434.7系统硬件抗干扰设计434.7.1干扰来源434.7.2抗干扰措施44第五章 涡流检测系统软件设计465.1软件设计基本原则465.2软件功能的分析和设计475.3软件模块设计485.3.1系统主程序模块485.3.2系统自检495.3.3定时器中断子程序515.3.4按键程序515.3.5数据采集模块525.3.6模拟信号输出模块535.3.7蜂鸣器驱动子程序555.4软件抗干扰设计56第六章 总结58参 考 文 献59附 录61致 谢66第一章 绪 论1.1 课题研究的背景及意义随着铁路技术的不断发展与完善，我国已逐渐告别人工扳道的历史，转辙机的使用实现了道岔转换的集中控制，为列车的全自动化运行以及提速提供了可靠的保证。为了进一步满足社会发展的要求，我们在不断提高列车速度的同时更重要的是保证它的安全稳定运行。列车的安全稳定运行是靠及时的检修来保证的。目前我国对于机车、重轨(铁轨)及相应设施的定期检修已经采取了大量的手段和措施，如重轨超声探伤车、转辙机远程油压监控系统等设施，己经能满足大部分需求。但对于疲劳裂纹和焊缝质量等问题，我国还停留在定期人工目测阶段，不能满足发展要求，堕待解决。1、疲劳裂纹：对于道岔转辙
