在役电磁超声换能器完好性检测系统技术方案

本发明专利技术属于电磁超声检测领域，涉及一种电磁超声换能器的完好性实时的检测系统。包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路。以单片机为主控芯片，利用传感器等进行数据采集，通过软件进行编程完成各部分功能，液晶屏进行显示，从而完成在役电磁超声换能器完好性检测系统设计。

In-service electromagnetic ultrasonic transducer integrity detection system

The invention belongs to the field of electromagnetic ultrasonic testing, and relates to a real-time detection system for the integrity of an electromagnetic ultrasonic transducer. It includes excitation coil detection circuit, switching circuit, excitation coil non working period detection circuit, magnet magnetic detection circuit, power supply circuit, host circuit, key circuit, fault display circuit and buzzer alarm circuit. MCU is used as the control chip, data acquisition is done by sensors and so on. Software is programmed to complete the functions of each part, and the LCD screen is displayed, so as to finish the design of the in-service electromagnetic ultrasonic transducer integrity testing system.

【技术实现步骤摘要】
在役电磁超声换能器完好性检测系统
本专利技术属于无损检测领域，涉及一种电磁超声换能器的完好性实时的检测系统，尤其涉及一种在役电磁超声换能器完好性检测系统。
技术介绍
电磁超声换能器（EMAT）是利用电动力学法在导电金属中产生超声波的一种新型的装置，电磁超声换能器在实际检测工作中有十分重要的作用。电磁超声检测技术的核心即是电磁超声换能器。电磁超声检测技术能够广泛应用于高温、高压管道的测量。在检测过程中，电磁超声换能器长期处于高温高压环境下工作。电磁超声换能器采集数据的准确程度影响了电磁超声检测的准确性。电磁超声换能器的组成主要是各种各样的磁铁和线圈的组合，电磁超声结构完好性对于电磁超声检测的顺利进行起着决定性的作用，换能器进行信号处理的过程距离工作环境很远，所以要求硬件性能更加稳定，换能器一直工作在高温高压的环境下，在工作环境下激励线圈由于摩擦撞击等原因容易出现线圈短路或开路情况，当激励线圈损坏并长时间处于开路或短路状态时，具有危险性；当换能器处于高温检测环境时，换能器内永磁铁易发生退磁情况，导致换能器失效。基于电磁超声换能原理，其激励线圈工作于数百伏的高压脉冲状态。一旦发生故障，电磁超声换能器失效，百伏高压激励脉冲极易导致危险状况发生，轻则损坏仪器，重则造成工作人员伤亡。因此对于在役电磁超声换能器的完好性检测是十分必要的。
技术实现思路
专利技术目的：换能器的磁铁和线圈在高温高压恶劣工作环境中易损坏，一旦损坏具有危险性。为了防止检测数据出错和结构损坏带来的危险，对换能器进行控制，检测出换能器损坏后断开电源，可以防止损坏其他部件，也防止了采集数据出错，可以做到及时发现故障并修正，设计出一种在役电磁超声换能器完好性检测系统。技术方案：一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路；主机电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路相连，主机电路接受激励线圈工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路和按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；或主机电路接受激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路相连，激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路还同时与切换电路相连，切换电路输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路或切换电路；激励线圈工作期间检测电路和切换电路或激励线圈非工作期间检测电路和切换电路构成激励线圈检测电路；电源电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、主机电路和故障显示电路相连供电。所述激励线圈工作期间检测电路由变压器L1对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成单向桥式整流电路，整流电路后并联10μF电容C4和0.1μF电容C5，电容C4和电容C5两端分别共同串联1K电阻R8和1K电阻R9并接入LM358的同相输入端IN1-和反相输入端IN1+，LM358输出端OUT1串联一个10K电阻R11再与反相输入端IN1-相连；接地端GND接地，接地端GND与同相输入端IN1+间串联有一个10K电阻R10；输出端OUT1与单片机P10口相连；同相输入端IN2+接入磁铁磁性检测电路信号，输出端OUT2和反相输入端IN2-相连构成电压跟随器，输出端OUT2与单片机P11口相连；电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C6后接地滤去高频干扰；桥式一端与一个1K电阻R16串联后接电源。所述激励线圈非工作期间检测电路为激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，激励线圈非工作期间检测电路的阻值1K电阻R19串联切换电路的滑动变阻器R17的滑动端相连，电阻R19另一端接入LM358同相输入端IN1+；LM358接地端GND接地同时串联一个阻值10K电阻R20，电阻R20另一端与同相输入端IN1+相连；反相输入端IN1-串联一个阻值为1K电阻R18，电阻R18另一端接地，输出端OUT1串联一个阻值为10K电阻R21，电阻R21另一端接入反相输入端IN1-；输出端OUT1还与单片机P10口相连；LM358电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C7后接地滤去高频干扰。所述切换电路用电磁继电器组成，根据换能器的工作周期对检测电路进行切换；电磁继电器一端接电源，另一端串联一个2N3904三极管Q2和一个10K电阻R15后与单片机P12接口相连；接插件Header2引脚4和引脚5内部相连，滑动变阻器R17固定端一端与滑动端相连，同时连接接插件Header2引脚4和激励线圈非工作期间检测电路中的电阻R19，滑动变阻器R17另一端接电源后与开关K1闸刀3相连；开关K1闸刀1与接插件Header2引脚5相连；开关K1闸刀2与变压器L1相连，变压器L1另一端与接插件Header2引脚4相连。所述磁铁磁性检测电路电路为准确测量磁铁磁场，利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量；霍尔元件3144电源端4接电源，接地端6接地，输出端5与单限比较器同相输入端8相连；单限比较器电源端9接电源且串联阻值为10K电阻R4，电阻R4另一端与发光二极管LED1相连，发光二极管LED1另一端与单限比较器输出端11相连，输出端11还连接有一个容值0.1μF电容C1，电容C1另一端接地；单限比较器接地端10接地，反相输入端7与滑动变阻器R3滑动端相连，滑动变阻器R3固定端一端接电源，另一端接地；单限比较器输出端11还与接插件Header3引脚2相连，接插件Header3引脚2与激励线圈工作期间检测电路中的LM358同相输入端IN2+相连，接插件Header3引脚1与电源相连，Header3引脚3接地。所述蜂鸣器报警电路选择用PNP型三极管Q3作为蜂鸣器LS1导通的开关，即将PNP型三极管Q3的基极端串联一个阻值为4.7K的电阻R22，电阻R22另一端与单片机的P32口相连，三极管Q3发射极与蜂鸣器LS1相连，蜂鸣器LS1另一端与电源相连，三极管集电极接地。所述故障显示电路采用LCD1602液晶屏对检测出的故障类型进行显示；其中V0脚即第三个引脚连接滑动变阻器R2滑动端，滑动变阻器R2固定端一端接电源，另一端接地。所述主机电路主控制器采用单片机STC12C5A60S2进行电压采集，单片机将线圈检测电路输出的模拟信号利用单片机内部自带A/D进行模数转换；单片机电路连接符合单片机最小系统电路连接方法，即单片机接地端GND接地；电源端VCC接电源且串联的电容C2，电容C2另一端接地；1脚P10与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1、激励线圈非工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1相连，对激励线圈检测电路输出信号进行模数转换；2脚P11与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT2相连，接收信号进行模数转换；3脚P12与切换电路电阻R15相连，控制电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路；主机电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路相连，主机电路接受激励线圈工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路和按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；或主机电路接受激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路相连，激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路还同时与切换电路相连，切换电路输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路或切换电路；激励线圈工作期间检测电路和切换电路或激励线圈非工作期间检测电路和切换电路构成激励线圈检测电路；电源电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、主机电路和故障显示电路相连供电。

【技术特征摘要】
1.一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路；主机电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路相连，主机电路接受激励线圈工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路和按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；或主机电路接受激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路相连，激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路还同时与切换电路相连，切换电路输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路或切换电路；激励线圈工作期间检测电路和切换电路或激励线圈非工作期间检测电路和切换电路构成激励线圈检测电路；电源电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、主机电路和故障显示电路相连供电。2.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述激励线圈工作期间检测电路由变压器L1对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成单向桥式整流电路，整流电路后并联10μF电容C4和0.1μF电容C5，电容C4和电容C5两端分别共同串联1K电阻R8和1K电阻R9并接入LM358的同相输入端IN1-和反相输入端IN1+，LM358输出端OUT1串联一个10K电阻R11再与反相输入端IN1-相连；接地端GND接地，接地端GND与同相输入端IN1+间串联有一个10K电阻R10；输出端OUT1与单片机P10口相连；同相输入端IN2+接入磁铁磁性检测电路信号，输出端OUT2和反相输入端IN2-相连构成电压跟随器，输出端OUT2与单片机P11口相连；电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C6后接地滤去高频干扰；桥式一端与一个1K电阻R16串联后接电源。3.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述激励线圈非工作期间检测电路为激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，激励线圈非工作期间检测电路的阻值1K电阻R19串联切换电路的滑动变阻器R17的滑动端相连，电阻R19另一端接入LM358同相输入端IN1+；LM358接地端GND接地同时串联一个阻值10K电阻R20，电阻R20另一端与同相输入端IN1+相连；反相输入端IN1-串联一个阻值为1K电阻R18，电阻R18另一端接地，输出端OUT1串联一个阻值为10K电阻R21，电阻R21另一端接入反相输入端IN1-；输出端OUT1还与单片机P10口相连；LM358电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C7后接地滤去高频干扰。4.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述切换电路用电磁继电器组成，根据换能器的工作周期对检测电路进行切换；电磁继电器一端接电源，另一端串联一个2N3904三极管Q2和一个10K电阻R15后与单片机P12接口相连；接插件Header2引脚4和引脚5内部相连，滑动变阻器R17固定端一端与滑动端相连，同时连接接插件Header2引脚4和激励线圈非工作期间检测电路中的电阻R19，滑动变阻器R17另一端接电源后与开关K1闸刀3相连；开关K1闸刀1与接插件Header2引脚5相连；开关K1闸刀2与变压器L1相连，变压器L1另一端与接插件Header2引脚4相连。5.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述磁铁磁性检测电路电路为准确测量磁铁磁场，利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量；霍尔元件3144电源端4接电源，接地端6接地，输出端5与单限比较器同相输入端8相连；单限比较器电源端9接电源且串联阻值为10K电阻R4，电阻R4另一端与发光二极管LED1相连，发光二极管LED1另一端与单限比较器输出端11相连，输出端11还连接有一个容值0.1μF电容C1，电容C1另一端接地；单限比较器接地端10接地，反相输入端7与滑动变阻器R3滑动端相连，滑动变阻器R3固定端一端接电源，另一端接地；单限比较器输出端11还与接插件Header3引脚2相连，接插件Header3引脚2与激励线圈工作期间检测电路中的LM...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢燕好，徐加欣，张佳，李佳音，刘佳欣，周宇浩，杨理践，任飞跃，刘畅，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21