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1、. . . . .钢丝绳断丝无损检测装置设计摘 要随着社会的不断发展，钢丝绳的应用越来越广，与此同时其安全性越来越受到人们的关注。为了实时在线监测钢丝绳断丝，介绍了钢丝绳无损检测的分类和无损检测的发展历程和趋势。本设计基于漏磁原理，利用霍尔传感器检测漏磁信号，采用模拟的传感器漏磁信号，即直接给电路输入电压信号，经过后续电路和软件处理后，完成了钢丝绳断丝无损检测的设计任务信号处理系统主要由三运放高共模抑制比放大电路和低通滤波电路构成，实现了对钢丝绳断丝信号的放大和滤波，经过放大、滤波处理后的信号经过ADC0809进行A/D转换，转换后的数据接入单片机AT89C51，经过软件编程后，单片机控制数码
2、管将电压数值显示出来，并通过LED灯亮的多少来判断钢丝绳断丝情况编写的程序首先在Proteus软件上进行仿真，在理论上实现AD转换和数据显示的基本功能。在仿真的基础上，根据绘制的系统原理图在万能实验板上搭建了电路，并进行了调试，达到了预期的目标。本设计不仅能够检测出钢丝绳内部缺陷，并能定量检测钢丝绳金属横截面积。可实时在线全绳检测，检测效率高，基本不受人为因数影响，结合人工检查和检测数据定量分析可评估钢丝绳损伤程度和强度损失情况。关 键 词：钢丝绳，霍尔传感器，放大，滤波，A/D转换，单片机BROKEN WIRE ROPE NON-DESTRUCTIVE TESTING DEVICE DESI
3、GNABSTRACTWith the continuous development of society, the application of wire rope is increasingly wide at the same time more and more people concerns their security.he design of real-time online monitoring of wire rope for broken wires, introduced the classification of wire rope nondestructive test
4、ing and nondestructive testing and trends in the development process. The design is based on magnetic flux leakage principle, the use of Hall sensors to detect magnetic flux leakage signals, magnetic flux leakage sensor analog signal that directly to the circuit input voltage signal, through follow-
5、up circuit and software processing, Wire Ropes completed the task of designing non-destructive testing . Signal processing system consists of three operational amplifiers with high common mode rejection ratio amplifier and low pass filter circuits, the realization of Wire Ropes signal amplification
6、and filtering, through the amplification, filtering the processed signal through the ADC0809 for A / D conversion, converted data access microcontroller AT89C51, through software programming, the MCU control LED displays the voltage value, and by the number of LED lights to judge the situation Wire
7、Ropes. First of all programs written in the Proteus simulation software, in theory, AD conversion and data to achieve the basic functions. In the simulation based on the schematic drawing of the system built in the universal test circuit board, and has been debugged, to achieve the desired objective
8、s. This design not only to detect internal defects in steel wire rope and wire rope metal cross section can be quantitatively detected. Online real-time detection of all rope, high efficiency, free from anthropogenic influence factors, combined with manual inspection and quantitative analysis of tes
9、t data to evaluate the extent and intensity of wire rope damage losses.KEY WORDS：Wire rope ,Hall sensor, Amplifying ,Filtering,A / D conversion, SCM目 录前 言1第1章 钢丝绳无损检测的分类2第2章 钢丝绳无损检测装置设计32.1 断丝的漏磁场检测32.2 钢丝绳的磁化方法42.3 检测元件52.3.1 感应法52.3.2 霍尔效应法6第3章 信号调理电路设计83.1 信号调理电路83.2 放大电路83.2.1 LM741运算放大器103.2.2
10、电源供应器103.3 滤波电路11第4章 硬件电路及软件设计134.1 AT89C51134.2 ADC0809154.3 硬件电路调试164.4 程序流程图设计20结 论21参考文献22致 谢23附 录24学习参考前 言 钢丝绳作为最重要的绕性构件之一，因其具有抗拉强度和抗疲劳强度高、白重轻、弹性好、工作平稳可靠、承受动载和过载能力强以及在高速工作条件下运行和卷绕无噪声等许多优点，在矿产、冶金、交通、建筑、旅游等国民经济主要行业和部门的提升、运输及牵引等设备中得到广泛的应用，如各类起重机、货运客运索道、电梯、矿井提升机等都大量地使用钢丝绳。然而，钢丝绳作为一种工程承载构件，在使用过程中，由于
11、种种原因必然会发生疲劳、锈蚀、磨损甚至骤断等现象，其操作程序及承载能力直接关系到设备及人身安全。 随着社会经济的高速发展，港口、矿山、建筑及其它行业的起重牵引设备日趋大型化，钢丝绳越来越长，直径不断增大。人工日视检查法已难以满足现代化设备与设施对钢丝绳检测诊断的工作要求，而目前己有的钢丝绳无损检测存在的主要问题是检测的可靠性低，智能化程度低，人为因素的影响大，检测结果缺少客观性，而且提供的钢丝绳断丝损伤信息不完全，无法对钢丝绳的断丝损伤做出完整地估计。因此，需要在现有探伤仪的基础上研制出高性能、高可靠性的智能化检测仪器来适应检测的要求1。第1章 钢丝绳无损检测的分类传统的钢丝绳检测方法是人工目
12、视挂纱检查断丝，用卡尺测量直径。当钢丝绳表面发生断丝时，由于应力的作用使它向外发散，从而使断丝露出绳外，这样，最明显、也是最原始的方法人工目视检查法（国外称之为ragandvisual）应运而生。人工目视检查是这样进行的：检测人员站在钢丝绳旁，手抓棉纱并捋摸钢丝绳，钢丝绳以检测速度运行，若出现挂纱，则疑为断丝并将钢丝绳停止在该位置仔细观察。这种方法只能检查外部断丝，且断丝须向外翘起，同时速度还不能太快，但又不可太慢，因为太慢将会影响工作效率，另外工作人员还需精神高度集中，劳动强度较大。因此这种方法有许多不足之处。尽管这种方法对现代工艺制造的钢丝绳检查效果越来越不理想，但目前许多钢丝绳用户仍然沿
13、用此方法。 随着钢丝绳生产工艺和材料的发展，钢丝绳的结构越来越复杂，钢丝绳的缺陷状态也越来越表现为多样性和复杂性，缺陷检测的难度不断增大；另一方面，钢丝绳的润滑使得其表面形成较厚的油泥，这些均给人工目视检查带来了困难。在这种情况下，人工目视检查只得对钢丝绳逐段清洗后仔细观察，虽然如此，钢丝绳内部缺陷仍无法发现，这就要求研究其它的钢丝绳检测方法。钢丝绳无损检测技术正是在不破坏钢丝绳结构的情况下，应用一定的检测方法对钢丝绳的机械性能、内部结构、工作状态进行检测，并依据检测结果和一定的准则对钢丝绳技术状态做出评估。钢丝绳无损检测技术的方法和原理有十几种之多。有些检测方法由于原理上或技术上的限制很难在
14、工程中应用，现在还仅处于实验室研究中。目前，能在工程中推广使用的主要是电磁检测法1。第2章 钢丝绳无损检测装置设计2.1 断丝的漏磁场检测漏磁检测原理如图2-1所示。图2-1漏磁检测原理铁磁性材料的磁导率比空气的磁导率至少大100倍。当某一磁场中的铁磁性材料表面出现裂纹等缺陷时，由于材料局部的磁导率降低（磁阻增加），一部分磁场将从材料中外泄出来，然后用霍尔传感器检测外泄的漏磁场。本设计采用霍尔元件阵列组合检测与聚磁检测相结合的方法，霍尔元件阵列组合检测是在钢丝绳轴向间隔一定距离布置两个检测环，各环上分别布置多片霍尔元件，将两环上位于同一轴剖面内两个检测元件检测信号进行差分或加法处理，以达到消除
15、股波噪声的目的。只采用多元件组合检测方法时，随着钢丝绳直径加大，元件数目增多；采用检测信号相互叠加来消除绳股间漏磁场影响时，检测元件的安装，应达到一定的精度要求。聚磁检测方法采用聚磁器收集被测量的漏磁场，可以极大地提高缺陷漏磁场测量的灵敏度，且经过聚磁器后，磁场被导向霍尔元件中，测量的是钢丝绳轴向漏磁场分布的一个平均量。分析表明，对于钢丝绳等细长构件断丝产生的局部漏磁的检测，用高导磁材料制成的聚磁器，呈圆台形，其中一端有凸台。聚磁器包围于钢丝绳外围，沿钢丝绳轴向成对顺次放置，每对聚磁环的凸台相对，在两环的凸台中间放置霍尔元件2。2.2 钢丝绳的磁化方法在磁性无损检测中，磁化是实现检测的第一步，它决定着被测对象能否产生出可被测量和可被分辨的磁场信号，同时也影响着检测信号的性能特性和检测装置的结构特性。因此，针对被测构件的结构特点和测量目的，选择磁化方法是磁化的关键。在钢丝绳电磁无损检测原理的应用中，钢丝绳的磁化方法多种多样，从所选择的励磁源的性质来分，有交流励磁法和直流励磁法。交流励磁法由于在钢丝绳表面产生集肤效应或涡流，现己逐渐被淘
