CN102001023A

CN102001023A - 刀具磨损检测仪

Info

Publication number: CN102001023A
Application number: CN 201010604740
Authority: CN
Inventors: 聂鹏; 杜宝瑞; 陈彦海; 徐涛; 王玉周; 徐洪垚; 唐臣升; 李正强
Original assignee: Shenyang Aerospace University; Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Aerospace University; Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Priority date: 2010-12-24
Filing date: 2010-12-24
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-12-24
Also published as: CN102001023B

Abstract

刀具磨损检测仪，其特征包括声发射传感器、前置放大电路、信号调理电路、信号处理电路和显示控制电路；声发射传感器输出端接前置放大电路的输入端，前置放大电路输出端接信号调理电路输入端，信号调理电路输出端接信号处理电路输入端，信号处理电路输出端接显示控制电路输入端。优点：将刀具切削工件时，刀具从锋利到破损过程中各个阶段声发射的特征进行记录整理，准确地检测刀具的磨损。

Description

刀具磨损检测仪

技术领域

本发明创造涉及基于声发射在金属切削过程中检测刀具磨损状态的检测仪。

背景技术

在金属切削的过程中，可做为声射信号源包括以下几种：工件在加工中的塑性变形；切削的塑性变形；刀具侧面与工件的摩擦，并产生侧面磨损；刀具前表面与工件的摩擦，并阁下月牙湾形磨损；刀具与切削的撞击；切屑的破裂；刀具的断裂等。

根据以上金属加工中声发射信号分析，声发射包括包括连续信号和瞬时信号两类不同的信号，连续信号伴随着刀具正面和侧面从锋利到磨损的整个过程，瞬时信号只会产生在刀具破裂和切屑破裂的瞬间，刀具与工件和切屑的磨擦作为重要的发射源，则会产生连续信号和瞬时信号交替出现。

已公开的专利901094331，名称为“声发射刀具失效检测仪”，该发明专利的特征在于用声发射信号“上升斜率及包含最大峰值电压前若干采样点的均值电压”用为磨损程度的标准，来判断刀具的磨损的前兆。然而，该声发射装置仅仅根据信号“上升斜率及包含最大峰值电压前若干采样点的均值电压”来判断刀具的磨损程度，存在着准确性和可靠性低的问题。

发明内容

本发明创造的目的是提供一种能准确地检测到刀具磨损的刀具磨损检测仪；本发明创造的目的是通过下述的技术方案实现的：

刀具磨损检测仪，其特征包括声发射传感器、前置放大电路、信号调理电路、信号处理电路和显示控制电路；声发射传感器输出端接前置放大电路的输入端，前置放大电路输出端接信号调理电路输入端，信号调理电路输出端接信号处理电路输入端，信号处理电路输出端接显示控制电路输入端。

信号调理电路包括信号幅值调整电路、差动放大电路和滤波器通道选择电路；信号幅值调整电路输出端接滤波器通道选择电路输入端，滤波器通道选择电路输出端接差动放大电路输入端。

信号幅值调整电路包括由接口J1、电阻R47、电阻48、电容C28、两个二极管D1、稳压管D2、稳压管D3；接口J1一端接地，接口J1另一端接电容C28一端，电容C28另一端接电阻R47，电阻R47另一端接电阻48和接两个D1，两个D1其中一个的正极，另一个的负极，电阻R47另一端接输出端，两个D1其中一个正向端接稳压管D3正向端，两个D1其中一个负向端接稳压管D2负向端，电阻48另一端接地，稳压管D2正向端和稳压管D3负向端接地。

差动放大电路包括差动放大器U10、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30；电阻R30一端接地另一端接U10脚1和电阻R33，电阻R33另一端接U10脚4及接正向输出，电阻R31一端接滤波器通道选择电路23中多路选择器U8的脚2、7、10、15，电阻R31另一端接U10的脚8和阻R32，电阻R32另一端接U10脚5及接反向输出，U10脚2接地，U10脚3接＋5V1，U10脚6接－5V1。

滤波器通道选择电路包括多路选择器U6、U8、240k－310k带通滤波器滤波电路和20k－80k带通滤波器滤波电路、三极管Q1、电阻R45、电阻46、电容C21、电容C22和滤波器控制选择控制端子；多路选择器U6脚2、7、10、15接信号幅值调整电路输出端，U6脚13接电容C22，电容C22接地，U6脚12接+5V，U6脚4接-5V1，U6脚5接地，U6脚3、14接240k－310k带通滤波器滤波电路输入端，U6脚6、11接20k－80k带通滤波器滤波电路输入端，U6脚8、9接电阻R45，电阻R45另一端接三极管Q1基极，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接U6和U8的脚1、16，滤波器控制选择控制端子接U6和U8的脚8、9，240k－310k带通滤波器滤波电路输出端接U8脚3、14，20k－80k带通滤波器滤波电路输出端接U8脚6、11，U8脚5接地，U8脚4接-5V1，U8脚12、13接+5V1，接电容C21，电容C21接地，U8脚步2、7、10、15接电阻R31。

20k－80k带通滤波器滤波电路包括一个截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器和一个截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端接截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33和电容C11、C12、C13、C14、C15；信号输入接电容C11，C11另一端接电阻R25和运算放大器U1A脚2，R25接地，U1A脚3经过R23与地连接，U1A脚1经过R24与U1A脚3连接，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接电容C12，C12另一端接C13和电阻R27，C13另一端接R26和U2A脚2，R26接地，R27另一端接U2A脚1，U2A脚3经R28接地，U2A脚3经R29接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接电容C14，C14另一端接C15和R31，C15另一端妆R30和U2B脚6，R30另一端接地，R31另一端接U2B脚7，U2B脚5经R32接地和经R33接U2B脚7；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44和电容C16、C17、C18、C19、C20；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接电阻R34，R34另一端接电容C16和U1B脚6，C16另一端接地，U1B脚5经过R35接地和经过R36接U1B脚7，U1B脚7接电阻R39，R39接R40和电容C18，C18另一端接U3A脚1，R40接C17和U3A脚2，C17另一端接地，U3A脚步3经过R37接地和经过R38接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R41，R41另一端接R42和C20，C20另一端接U3B脚7，R42另一端接C19和U3B脚6，C19另一端接地，U3B脚5经过R43接地和经过R44接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻；240k－310k带通滤波器滤波电路包括截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器和截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端接截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和电容C1、C2、C3、C4、C5；信号接电容C1，C1另一端接电阻R3和U1A脚2，R3另一端接地，U1A脚3经过R1接地和经过R2接U1A脚1，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接C2，C2另一端接C3和R5，R5另一端接U2A脚1，C3另一端接R4和U2A脚2，R4另一端接地，U2A脚3经过R6接地和经过R7接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接C4，C4另一端接C5和R8，R8另一端接U2B脚7，C5另一端接R9和U2B脚6，R9另一端接地，U2B脚5经过R10接地和经过R11接U2B脚7；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R12、R13、R14、R15、R、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22和电容C6、C7、C8、C9、C10；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端，截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接电阻R12，R12另一端接C6和接U1B脚6，C另一端接地，U1B脚步5经达R13接地和经过R14接U1B脚7，U1B脚7接R17，R17另一端接R18和C8，C8另一端接U3A脚1，R18另一端接C7和接U3A脚2，C7另一端接地，U3A脚3经过R15接地和经过R16接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R20，R20另一端接R19和C10，C10另一端接U3B脚7，R19另一端接C9和接U3B脚6，C9另一端接地，U3B脚5经过R21接地和经过R22接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻。

信号处理电路包括模数转换电路、缓冲器电路、3-DSP模块、4-FPGA模块、接口电路、开关电路、存储器电路、电源电路；信号调理电路的正向输出接信号处理电路中模数转换电路的AIN1+接口，信号调理电路的反向输出接信号处理电路中模数转换电路的AIN1－接口，模数转换电路脚AD1[0-15]、AD1＿CLK、PD1、OB1、WARP1、AD＿RD1、CNVST1#、AD＿CS1、PDREF1、IMPULSE1、PDBUF1、16位数据输出线路AD2[0-15]、AD2＿CLK、PD2、OB1、WARP2、AD＿RD2、CNVST2#、AD＿CS2、PDREF2、IMPULSE2、PDBUF2、BUF＿RSTG与4-FPGA模块相连接；模数转换电路脚BUF＿RST与4-FPGA模块相连，4-FPGA模块脚USB＿WKUP、USB＿CS、USB＿FLGC、USB＿FLGB、USB＿FLGA、USB＿RDY、USB＿CHK、USB＿IRQ、UART＿CSA、UART＿CSB、UART＿INTA、UART＿INTB、BUF＿AWE#、BUF＿AOE#、BUF＿RST#、BUF＿RST与接口电路相连，4-FPGA模块脚BUF＿AOE#及BUF＿EN与接口电路相连，4-FPGA模块脚BUF＿RST#与存储器电路相连，4-FPGA模块的GPIO0、GPIO3、GPIO8、GPIO9、GPIO10、GPIO11、GPIO12、GPIO13和

Figure 2010106047408100002DEST_PATH_IMAGE001

与缓冲器电路2-BUFFER 相连，脚

与3-DSP模块相连，4-FPGA

模块脚ED[0..31]数据总线、EA[21..31]地址总线与缓冲器电路、3-DSP模块和存储器电路相连，4-FPGA模块脚AWE#和AOE#与3-DSP模块和存储器电路相连，4-FPGA模块脚ECLKOUT、CLKOUT3、25M、CE2#、CE3#、INT4#、INT5#、 INT6#、INT7#、ARDY、HOLD#、BUSREQ、TIN1、TOUT1、TOUTO和 TINO与3-DSP模块相连，4-FPGA模块脚DSP＿EN与电源电路相连；接口电路脚485＿R/T和USB＿CLK与3-DSP模块相连，脚BUF＿ED[0..15]缓冲数据总线和BUF＿EA[2..17]与缓冲器电路相连；3-DSP模块引脚SCLO和SDAO与接口电路相连，脚BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、CEO#、AOE#、AWF#、ARE#、CE1， #和SDR＿CLK与存储器电路相连；缓冲器电路脚RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6T和RELAY7与开关电路相连；模数转换电路包括模拟输入保护和滤波电电路、AD转换芯片、滤波电容和配置电阻电路；缓冲器电路包括电平缓冲电路、数据缓冲电路、复位电路和时钟电路；3-DSP模块包括DSP芯片、晶振信号产生电路、JTAG下载接口、锁相环电源滤波电路、蜂鸣器按键电路和配置电阻与滤波电容电路；4-FPGA模块包括4-FPGA芯片和下载接口电路；接口电路包括USB接口电路、232串口接口电路、485串口接口电路；开关电路包括滤波器选择电路和继电器控制电路；存储器电路包括SDRAM存储器电路和FLSAH存储器电路；电源电路包括5V、3.3V、1.2V、2.5及DSP芯片。

本发明创造的优点：将刀具切削工件时，刀具从锋利到破损过程中各个阶段声发射的特征进行记录整理，准确地检测刀具的磨损。

附图说明

图1是刀具磨损检测仪结构及安装示意图。

图2是信号调理电路6电路图。

图3是信号调理电路6中20k－80k带通滤波器滤波电路16电路图。

图4是信号调理电路6中240k－310k带通滤波器滤波电路15电路图。

图5是信号处理电路7电路图。

图6是信号处理电路7中模数转换模块24电路图。

图7是信号处理电路7中缓冲电路模块25电路图。

图8是信号处理电路7中3-DSP模块26电路图。

图9是信号处理电路7中4-FPGA模块27电路图。

图10是信号处理电路7中接口电路模块28电路图。

图11是信号处理电路7中开关电路29电路图。

图12是信号处理电路7中存储电路30电路图。

图13是信号处理电路7中电源电路31电路图。

图14是刀具磨损识别系统框图。

图15是刀具磨损识别流程图。

图16是显示控制部分电路。

图中的：1、工件 2、刀具 3、刀架 4、声发射传感器 5、前置放大电路 6、信号调理电路 7、信号处理电路 8、显示控制电路 9、电缆 10、串口通讯电缆 11、信号电缆 12、信号电缆Ⅰ 15、240k－310k带通滤波器滤波电路 16、20k－80k带通滤波器滤波电路 17、240k的高通巴特沃斯高通滤波器 18、310k的高通巴特沃斯低通滤波器 19、20k的高通巴特沃斯高通滤波器 20、80k的高通巴特沃斯低通滤波器 21、信号幅值调整电路 22、差动放大电路 23、滤波器通道选择电路 24、模数转换电路 25、缓冲器电路 26、3-DSP模块 27、4-FPGA模块 28、接口电路 29、开关电路 30、存储器电路 31、电源电路。

具体实施方式

刀具磨损检测仪，如图1所示，其特征在于声发射传感器4、前置放大电路5、信号调理电路6、信号处理电路7和显示控制电路8；声发射传感器4输出端经电缆9接前置放大电路5的输入端，前置放大电路5输出端经信号电缆Ⅰ接信号调理电路6输入端，信号调理电路6输出端经信号电缆11接信号处理电路7输入端，信号处理电路7输出端经串口通讯电缆接显示控制电路8输入端。

本案的工作过程是：刀具在加工工件过程中，由于声发射信号的主要集中在中频段或中高频段，所以体方案中声发射传感器把接收到的微弱信号送入前置放大电路进行转能放大后，再经过信号调理电路处理，再送入信号处理电路处理。信号处理电路接收到信号调理电路处理过的信号进行分析运算，并与存储中的数据库内的磨损程度的相应数据相比较，通过比较的差异，在线实时的判断出刀具相应的磨损程度，最后通过显示控制电路显示或报警。

声发射传感器通过外壳的磁铁吸附在安有刀具的刀架上，输出端通过电缆9接入前置放大电路的输入端。

声发射传感器是本系统的关键部件，根据检测目的和环境的不同采用不同结构和性能的声发射传感器，其中谐振式高灵敏度传感器是声发射检测中使用最多的一种，声发射传感器的选择应该根据被测声发射信号来确定，首先要考虑被测声发射信号的频率范围和幅度范围以及噪声信号的特征，然后选择所关注频域内的声发射信号灵敏的声发射传感进行测试，从而根据被测对象的特征和检测目的选择相应频率的声发射传感器。本检测仪选用北京声华公司产生的SR30单端谐振式声发射传感器，谐振频率为40khz，或SR150单端谐振式声发射传感器，谐振频率为300 khz，其主要是压电晶片构成，只是晶片一端做接收工作，另一端空闭。此声发射传感器组成部分还包括保护膜、外壳、电极引线、插座线、磁铁，将压电元件的负极面用导电胶粘贴在底座上，另一面引线与高频插座的芯线连接，外壳接地。

前置放大电路，声发射传感器输出的信号电压很低，经过长距离传输后信号强度衰减，需要靠前置放大电路瘵信号提高到一定程度，并提高信号的信噪比。在声发射系统中，前置放大电路控制着整个系统噪声的大小。本装置采用北京鹏翔公司的PXPAⅡ型前置放大器，增益为40db，带宽为15 khz－1khz，并且具有体积小、抗冲击、噪音低等优点。

信号调理电路6如图2所示，包括信号幅值调整电路21、差动放大电路22和滤波器通道选择电路23；信号幅值调整电路21输出端接滤波器通道选择电路23输入端，滤波器通道选择电路23输出端接差动放大电路22输入端。

信号幅值调整电路21包括由接口J1、电阻R47、电阻48、电容C28、两个二极管D1、稳压管D2、稳压管D3；接口J1一端接地，接口J1另一端接电容C28一端，电容C28另一端接电阻R47，电阻R47另一端接电阻48和接两个D1，两个D1其中一个的正极，另一个的负极，电阻R47另一端接输出端，两个D1其中一个正向端接稳压管D3正向端，两个D1其中一个负向端接稳压管D2负向端，电阻48另一端接地，稳压管D2正向端和稳压管D3负向端接地。从而构成电压保护电路使输出电压不大于±2.5。

差动放大电路22如图2所示，包括差动放大器U10、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30；电阻R30一端接地另一端接U10脚1和电阻R33，电阻R33另一端接U10脚4及接正向输出，电阻R31一端接滤波器通道选择电路23中多路选择器U8的脚2、7、10、15，电阻R31另一端接U10的脚8和阻R32，电阻R32另一端接U10脚5及接反向输出，U10脚2接地，U10脚3接＋5V1，U10脚6接－5V1。U10的脚4、5分别为正向输出和反向输出，从U8脚2、7、10、15输出的信号进入差动放大电路后，U10脚4、5输出具有减小共模的双路差分信号，供系统后续进行处理。

滤波器通道选择电路23如图2所示，包括多路选择器U6、U8、 240k－310k带通滤波器滤波电路15和20k－80k带通滤波器滤波电路16、三极管Q1、电阻R45、电阻46、电容C21、电容C22和滤波器控制选择控制端子；多路选择器U6脚2、7、10、15接信号幅值调整电路21输出端，U6脚13接电容C22，电容C22接地，U6脚12接+5V，U6脚4接-5V1，U6脚5接地，U6脚3、14接240k－310k带通滤波器滤波电路15输入端，U6脚6、11接20k－80k带通滤波器滤波电路16输入端，U6脚8、9接电阻R45，电阻R45另一端接三极管Q1基极，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接U6和U8的脚1、16，滤波器控制选择控制端子接U6和U8的脚8、9，240k－310k带通滤波器滤波电路15输出端接U8脚3、14，20k－80k带通滤波器滤波电路16输出端接U8脚6、11，U8脚5接地，U8脚4接-5V1，U8脚12、13接+5V1，接电容C21，电容C21接地，U8脚步2、7、10、15接电阻R31。

当系统使用SR30声发射传感器而需要使用20k－80k的滤波器时，DSP芯片控制SEL＿FILTER端为低电平，U6、U8的脚1、16为高电平，脚步8、9为低电平，从而20k－80k带通滤波器滤波被选通。当系统使用SR150声发射传感器而需要使用240k－310k的滤波器时，DSP芯片控制SEL＿FILTER端为高电平，U6、U8的脚1、16为低电平，脚步8、9为高电平，从而240k－310k的滤波器被选通。

20k－80k带通滤波器滤波电路16如图3所示，包括一个截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器19和一个截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器20；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器19输出端接截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器20输入端；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器19包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33和电容C11、C12、C13、C14、C15；信号输入接电容C11，C11另一端接电阻R25和运算放大器U1A脚2，R25接地，U1A脚3经过R23与地连接，U1A脚1经过R24与U1A脚3连接，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接电容C12，C12另一端接C13和电阻R27，C13另一端接R26和U2A脚2，R26接地，R27另一端接U2A脚1，U2A脚3经R28接地，U2A脚3经R29接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接电容C14，C14另一端接C15和R31，C15另一端妆R30和U2B脚6，R30另一端接地，R31另一端接U2B脚7，U2B脚5经R32接地和经R33接U2B脚7；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器20包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44和电容C16、C17、C18、C19、C20；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器20输入端接电阻R34，R34另一端接电容C16和U1B脚6，C16另一端接地，U1B脚5经过R35接地和经过R36接U1B脚7，U1B脚7接电阻R39，R39接R40和电容C18，C18另一端接U3A脚1，R40接C17和U3A脚2，C17另一端接地，U3A脚步3经过R37接地和经过R38接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R41，R41另一端接R42和C20，C20另一端接U3B脚7，R42另一端接C19和U3B脚6，C19另一端接地，U3B脚5经过R43接地和经过R44接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻；240k－310k带通滤波器滤波电路15如图4所示，包括截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器17和截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器18；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器17输出端接截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器18输入端；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器17包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和电容C1、C2、C3、C4、C5；信号接电容C1，C1另一端接电阻R3和U1A脚2，R3另一端接地，U1A脚3经过R1接地和经过R2接U1A脚1，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接C2，C2另一端接C3和R5，R5另一端接U2A脚1，C3另一端接R4和U2A脚2，R4另一端接地，U2A脚3经过R6接地和经过R7接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接C4，C4另一端接C5和R8，R8另一端接U2B脚7，C5另一端接R9和U2B脚6，R9另一端接地，U2B脚5经过R10接地和经过R11接U2B脚7；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器18包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R12、R13、R14、R15、R、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22和电容C6、C7、C8、C9、C10；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器18输入端接截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器17输出端，截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器18输入端接电阻R12，R12另一端接C6和接U1B脚6，C另一端接地，U1B脚步5经达R13接地和经过R14接U1B脚7，U1B脚7接R17，R17另一端接R18和C8，C8另一端接U3A脚1，R18另一端接C7和接U3A脚2，C7另一端接地，U3A脚3经过R15接地和经过R16接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R20，R20另一端接R19和C10，C10另一端接U3B脚7，R19另一端接C9和接U3B脚6，C9另一端接地，U3B脚5经过R21接地和经过R22接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻。

信号处理电路7如图5所示包括模数转换电路24、缓冲电路25、3-DSP模块26、4-FPGA模块27、接口电路28、开关电路29、存储器电路30、电源电路31；信号调理电路6的正向输出接信号处理电路7中模数转换电路24的AIN1+接口，信号调理电路6的反向输出接信号处理电路7中模数转换电路24的AIN1－接口，模数转换电路24脚AD1[0-15]、AD1＿CLK、PD1、OB1、WARP1、AD＿RD1、CNVST1#、AD＿CS1、PDREF1、IMPULSE1、PDBUF1、16位数据输出线路AD2[0-15]、AD2＿CLK、PD2、OB1、WARP2、AD＿RD2、CNVST2#、AD＿CS2、PDREF2、IMPULSE2、PDBUF2、BUF＿RSTG与4-FPGA模块27相连接；模数转换电路24脚BUF＿RST与4-FPGA模块27相连，4-FPGA模块27脚USB＿WKUP、USB＿CS、USB＿FLGC、USB＿FLGB、USB＿FLGA、USB＿RDY、USB＿CHK、USB＿IRQ、UART＿CSA、UART＿CSB、UART＿INTA、UART＿INTB、BUF＿AWE#、BUF＿AOE#、BUF＿RST#、BUF＿RST与接口电路28相连，4-FPGA模块27脚BUF＿AOE#及BUF＿EN与接口电路28相连，4-FPGA模块27脚BUF＿RST#与存储器电路30相连，4-FPGA模块27的GPIO0、GPIO3、GPIO8、GPIO9、GPIO10、GPIO11、GPIO12、GPIO13和

与缓冲器电路2-BUFFER 25相连，脚

3-DSP模块26相连，4-FPGA模块27脚ED[0..31]数据总线、EA[21..31]地址总线与缓冲器电路25、3-DSP模块26和存储器电路30相连，4-FPGA模块27脚AWE#和AOE#与3-DSP模块26和存储器电路30相连，4-FPGA模块27脚ECLKOUT、CLKOUT3、25M、CE2#、CE3#、INT4#、INT5#、 INT6#、INT7#、ARDY、HOLD#、BUSREQ、TIN1、TOUT1、TOUTO和 TINO与3-DSP模块26相连，4-FPGA模块27脚DSP＿EN与电源电路31相连；接口电路28脚485＿R/T和USB＿CLK与3-DSP模块26相连，脚BUF＿ED[0..15]缓冲数据总线和BUF＿EA[2..17]与缓冲器电路25相连；3-DSP模块26脚步SCLO和SDAO与接口电路28相连，脚BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、CEO#、AOE#、AWF#、ARE#、CE1#和SDR＿CLK与存储器电路30相连；缓冲器电路25脚RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6T和RELAY7与开关电路29相连；如图5所示3-DSP通过BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、CEO#、AOE#、AWF#、ARE#、CE1#和SDR＿CLK与7-MEMORY相连接。其功能是存储器的引郐用于读取数据所用。

模数转换电路24如图6所示，包括模拟输入保护和滤波电电路、AD转换芯片、滤波电容和配置电阻电路；模数转换器（ADC，Analog to Digital Converter）是将模拟信号转换成数字信号的系统。模数转换器两个重要指标是衡量转换精度的采样位数和影响转换速度的采样频率，根据香农公式，即采样频率至少要大于被采样信号最高频的2倍以上，要对本装置中最高310khz的中高频信号进行数模转换，即选择数模转换采样频率就必须大于620khz，在实际中采样频率最好是采样信号最高频率的5—10倍，本装置采用AD公司的AD7621的16位数模转换芯片，采样频率2.5MHz，充分满足本装置的需要。

滤波电容和配置电阻电路有R101～R114、C113～C128电阻、电容组成，其功能是作为上拉或下拉电阻对AD7621芯片进行配置和作为电源滤波电容达到消除干扰的作用。

缓冲器电路25如图7所示，包括电平缓冲电路、数据缓存电路、复位电路和时钟电路；缓冲器电路的功能是驱动系统总线和对总线信息进行缓存，从而提高总线利用效率。

电平缓冲电路如图7所示，包括3片74LVCH162245双向总线缓冲芯片U201、U202、U203，其中U201、U202用于系统数据总线和地址总线的缓冲作用，U203用于GPIO端口控制继电器的缓冲端口并起到电气隔离的作用。

数据缓存电路如图7所示，由一片AT24C1024串行存储芯片U204和四个电阻R204、R205、R206、R207组成，U204的串行引脚SCLO和SDAO与DSP芯片相连接。AT24C1024串行存储芯片U204作为DSP的一个数据存储器起到数据的缓冲作用，四个电阻作为上拉电阻对AT24C1024串行存储芯片U204进行配置。

复位电路如图7所示，由一片SP705S复位芯片、复位按键S201、配置插针J201、电阻R201、R208、R209组成，其功能是为系统提供复位信号。S201与SP705S的脚1连接为其提供输入复位信号，电阻R201、R208、R209对SP705S进行配置。SP705S脚7复位输出为系统其它芯片提供复位信号。GPI012通过插针J201与SP705S脚6相连接，从未可以通过设置J201的通断来实现DSP对复位芯片的控制实现软件复位。

时钟电路由一片PCF8563时钟芯片、32.768K晶振S202、纽扣电池J202和电容C206、C207组成。U206通过串行输出接口SCLO和SDAO与DSP芯片连接，为DSP提供时钟信息。S202和C206为U206提供32.768K的平稳震荡，从而使U206正常工作。纽扣电池J202和C207给U206提供电源，从而使U206芯片在掉电后仍然正常工作。

3-DSP模块26如图8所示，包括DSP芯片、晶振信号产生电路、JTAG下载接口、锁相环电源滤波电路、蜂鸣器按键电路和配置电阻、滤波电容电路；

DSP芯片（Digital Signal Processor，数字处理芯片），是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件，本装置采用TI公司的TMS320C6713B的3-DSP芯片进行数据的分析和计算。连接方式如图8所示，图中U307A、U307B、U307C所示，其功能是将从FPGA传送来的通过AD转换器转换来的数字信号进行运算处理，并通过GPIO控制报警。

晶振信号产生电路，由一片ICS502晶振处理芯片U310、一片25M晶振UEI、一片ACF451832电源滤波芯片U306及电容C373、电阻R360、电感L303等组成。25M晶振UEI输出端与ICS502晶振处理芯片U310脚步1连接，为其产生25MHz的震荡输入信号，信号电源滤波芯片U306的为ICS502晶振处理芯片U310为其提供滤波后的平稳电源，U306脚4经过电阻R360为DSP芯片U306和其他芯片提供稳定的25M时钟信号。

|JTAG下载接口，有14针的插座和配置电阻R379、R380、R381、R382、R383组成。其功能是通过此接口对DSP芯片进行程序的烧写和在线的仿真调试。

锁相环电源滤波电路，由一片ACF451832电源滤波芯片U306、电感L304、电容C342、C343组成，其功能是为DSP芯片内部的锁相环电路提供稳定的电源。

蜂鸣器和按键电路，由按键S304、三极管Q304、蜂鸣器LS302电阻R376、R382组成，按键是提供报警和供系统开发初期调试使用。

配置电阻和滤波电容电路，由电阻R301—R393、电容C304—C383组成，配置电阻采用上拉或下拉的方式得到高电平或低电平对DSP的相应引脚步进行配置，滤波电容放置在DSP芯片的各个电源引脚起到滤除噪声的作用。

4-FPGA模块27如图9所示，包括一片EP2C8F256C8的FPGA芯片和下载接口电路。

4-FPGA芯片U401（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），包括U401A、U401B、U401C、U401D、U401E五个区域，其中U401A、U401B为芯片使用的IO接口引脚区域，U401C为程序烧写引脚步区域，U401D为电源、地、锁相环引脚步区域，U401E为输入晶振引脚区域。FPGA芯片的第一个功能是读取AD转换器的数字电平信号，第二个功能是进行数字滤波、归一化等预处理后，当DSP空闲芯片的时候直接通过ED［0－31］传送给DSP芯片，当DSP芯片忙碌是其将信号存储在SDRAM中并等待DSP芯片再次空闲，最后一个功能是协调USB接口芯片、串口芯片等外围设备与DSP芯片进行通讯。它作为专用集成电路（ASIC）领域中的半定制电路而出现，及解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门数电路数有限的缺点，4-FPGA还具有内部丰富的触发器和I/O引脚以及速度快、功耗低、电平兼容性好的优点。DSP和FPGA集成在一块芯片上，可以实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。本装置有机用ALTERA公司EP2C8F256C8的FPGA芯片控制模数转换器和存储器与DSP的采集、存储和传送的时序控制。

下载接口电路，由配置拨码开关S401、一片EPCS4配置芯片U402、插座JP401及配置电阻R406—R412，其功能是拨码开关控制下载的方式。当拨码拨至Sa1－Sa5和Sb6－Sb10选择AS模式，即通过JTAD方式把程序通过JS401直接下载到芯片里，其优点是下载速度快，缺点是掉电后不能保持，适合于调试时仿真使用。当拨码拨至Sa6－Sa10和Sb1－Sb5，即通过把FPGA的程序下载到配置芯片U402内，当芯片上电后从U402中读取程序，这种方式程序下载速度相对较慢，但是解决掉电后不能保持的缺点。

接口电路模块28如图10所示，包括USB接口电路、232串口接口电路、485串口接口电路，其功能是完成系统与外界的通讯功能。

USB接口电路，由CY7C68001控制芯片U501、USP配置芯片U502、USP插座J501、晶振S502及外围电容电阻配置电路组成。USP插座J501脚1通过R505与FPGA的USB＿CHK引脚相连接，功能是当插座接入设备后，USB＿CHK引脚变为高电平，接着FPGA将处理枚举。USB插座的脚步2、脚3作为信号线分别与U501的脚16、脚15相连接，USB插座脚4与地相连接。晶振S502为U501的工作提供24M的晶振信号。USB配置芯片U502内存储着USB设备的信息，当USB设备上电后，U501将读取U502内的信息进行枚举。U501的BUF＿ED［15..0］、BUF＿EA［17..2］、USB＿CS、BUF＿RST#等引脚脚作为数据、地址和控制总线与FPGA芯片连接进行数据的交换通讯。

串口接口电路，由一片TL16C752B串口控制芯片U508，一片SP3232电平转换芯片U503，两片SP3232电平转换芯片U505、U506，两个串口插座J503、J504，晶振S501及电容和电阻组成。串口控制芯片U508通过BUF＿ED［15..0］、BUF＿EA［17..2］、BUF＿AWE#、BUF＿AOE#、BUF＿RST#构成数据、地址、控制总线与FPGA芯片连接从而进行通讯。晶振S501及C503、C509、R507构成的外围电路为U508的工作提供1.8432M的振荡信号。串口控制芯片U508的脚7、5与电平转换芯片U503的脚11、12连接，将电平转换成232标准的电平后，由电平转换芯片U503脚13、14引出与J503接口相连接。串口控制芯片U508脚8、4引脚分别与电平转换芯片U505脚4、电平转换芯片U506连接脚4，将电平转换成485标准的电平后，由电平转换芯片U505脚6、电平转换芯片U505脚6引出与J503接口相连接。

开关电路29如图11所示，包括滤波器选择控制电路和继电器控制电路，其功能是执行相应的控制命令。

滤波器选择控制电路由一片隔离作用的6N137光电耦合器U601、一个显示状态作用的LED二极管D601组成。由缓冲模块引来的RELAY7与U601脚3相连接，U601脚6作为控制输出通过SEL＿FILTER控制带通滤波器的频率选择。

继电器控制电路，由一片ULN2803A继电器驱动芯片U602，6个G6B－1114继电器RELAY601－RELAY606组成。由缓冲模块引来的RELAY1－RELAY6与U602的脚1－6相连接，U601脚12－18作为控制输出通过分别与控制6个继电器RELAY601－RELAY606的通断，从而完成继电器对外加报报警设备的控制。

存储电路30如图12所示，包括SDRAM存储器电路和FLSAH存储器电路，其功能是存储系统的程序和数据。

SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器）存储器，收两片HY57V56120存储芯片U701、U702组成。U701、U702两片SDRAM芯片通过数据、地址和控制总线与DSP芯片和FPGA芯片相连接，其功能是存储FPGA芯片获取的AD专感器传来的信号，待DSP芯片进行处理。

FLSAH存储器电路，由一片AM29LV160－70E的FLASH芯片（闪存存储芯片）U703组成。U703通过数据、地址、控制总线与DSP芯片相连接，其功能是存储刀具识别过程中的参数和变量和存储DSP芯片的系统程序和算法程序。

电源电路31如图13所示，包括5V、3.3V、1.2V、2.5V电源电路及DSP芯片电源控制电路，其功能是为系统各个芯片提供电源。

5V电源电路，由5V电源输入插座JP820、二极管D801、信号信号调整供电接口JP818、滤波电容和电感组成。5V电由插座JP820进入，一方面流经防止反向插入的二极管D801后，其他传给其他稳压芯片，另一方面通过接口JP818给信号调整部分供电。

3.3V电源电路，由一片LP3856稳压芯片U807、一片ACF451832电源转换成1.2V直流电后经U803电源滤波后，供给DSP芯片等电路3.3V电源。

1.2V电源电路，由一片LP3856稳压芯片U808、一片ACF451832电源滤波芯片U804和相关配置电阻、滤波电容和电感组成。其中U808将5V直流电转换成1.2V直流电后经U804电源滤波后，供给DSP芯片内核提供1.2V的电源。

2.5V电源电路，由两片LTC1844稳压芯片U805、U806，两片ACF451832电源滤波芯片U801、U802组成。其中两片LTC1844稳压芯片U805、U806分别将5V直流电转换成2.5V直流电，并通过两片LTC1844稳压芯片U805、U806进行电源滤波，分别提供给两路AD转换器2.5V直流电。

DSP芯片电源控制电路，由一片XP161A1355PR的功率管Q802，三极管Q801，二极管D803及电阻RP801、RP802、RP809，电容C823组成，其功能是FPGA芯片通过DSP＿EN控制DSP芯片的3.3V电源供给, 当DSP＿EN为高电平时，Q801的基极为高电平，Q802脚1为低电平，从而通过Q802脚2\3导通使DSP电源接通3.3V直流电。

如图14所示，本装置在获取到声发射信号的数字波形时，对其进行3个方面的特征提取。其一，对原始数字波形进行FFT（Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换）的频域分析，分析结结果作为特征1，例如信号的功率谱密度。其二，对原始数字波形进行时域分析，分析结果作为特征2，例如信号的峰—峰值、均方根值等。其三，对原始信号进行DWT（Discrete Wavelet Transform，离散小波变换）的时频域分析，分析结果作为特征3，例如信号小波分解后各个层次的频带的能量。从原始波形提取出来的三个方面的特征中，包含着一些重复的内容以及一些干扰的信号，所以要将特征输入特征分析系统进行重复项和干扰项的删减和特征参数的优化。磨损判断系统可以根据专家数据库中的样本特征参数自我训练，从特征分析系统输出的特征参数将送入训练后的磨损判断系统，输出为刀具磨损的等级，最后依据这个等级报警。

如图15所示，装置开启后，第一步，由DSP芯片发出滤波器通道选择信号确定滤波范围是20k－80khz的中频还是240k－310khz的中高频；第二步，装置开始采集声发射信号的数字波形，并将其进行时域、频域、时频域的分析来提取特征；第三步，对重复的特征参数的进行优化，本例中使用的是主元分析（PCA，Principal Component Analysis）的方法进行优化的；第四步，判断磨损判断系统是否已训练，若没有训练，则读取专家数据库的相应样本进行训练，若已经训练，则将优化后的信号特征参数输入磨损判断系统进行磨损程度的分级，本例子中的磨损判断系统使用的是神经网络；第五步，系统根据磨损级别和专家数据库内的报警阈值比较，判断报警。

峰—峰值即指信号最高峰值与最低峰值勤的差。

烧写即将程序写入芯片中。

如图16所示，显示控制部分8包括：控制处理器AT89C52单片机U901、一片CM12864中文液晶U902、一片18B20温度传感器U903、声音报警器U904、一片MAX232串口通讯接口芯片U905、一片AT24C02存储芯片U906及按键部分及其外围电路组成。

控制处理器AT89C52单片机U901的P3.4、P3.5、P3.6、P0.0-P0.7、P3.7与U902的LCDEN、RS、WR、DO-D7、RD相连接；U901的P2.2与U903的2引脚连接；U901的P2.3通过电阻R902和三极管Q901与U904的一段相连接；U901的P3.0、P3.1分别与U904的12、11引脚相连接；U901的P1.0、P1.1、P1.2分别与按键S901、S902、S903相连接，U905经过接口J901与信号处理部分7的串行接口相连接。

该部分用于参数设定、装置控制和报警。该部分通过串口方式对信号处理部分7的串行接口J503相连接。

U901读取串口通讯芯片U905得到来自信号处理部分7的刀具磨损状态信息，将磨损程度显示在液晶U902上。如果磨损程度大于设定的阈值，U901将驱动报警器U904进行报警。温度传感器U903采集仪器温度，若温度过高影响仪器正常运行，U901也将驱动报警器U904进行温度报警。阈值可以通过按键S901、S902、S903进行设置。设置的阈值将通过U901控制存储在存储芯片U906上，以免系统掉电后阈值数据遗失。

Claims

1.刀具磨损检测仪，其特征包括声发射传感器、前置放大电路、信号调理电路、信号处理电路和显示控制电路；声发射传感器输出端接前置放大电路的输入端，前置放大电路输出端接信号调理电路输入端，信号调理电路输出端接信号处理电路输入端，信号处理电路输出端接显示控制电路输入端。

2.根据权利要求1所述的刀具磨损检测仪，其特征在于信号调理电路包括信号幅值调整电路、差动放大电路和滤波器通道选择电路；信号幅值调整电路输出端接滤波器通道选择电路输入端，滤波器通道选择电路输出端接差动放大电路输入端。

3.根据权利要求2所述的刀具磨损检测仪，其特征在于信号幅值调整电路包括由接口J1、电阻R47、电阻48、电容C28、两个二极管D1、稳压管D2、稳压管D3；接口J1一端接地，接口J1另一端接电容C28一端，电容C28另一端接电阻R47，电阻R47另一端接电阻48和接两个D1，两个D1其中一个的正极，另一个的负极，电阻R47另一端接输出端，两个D1其中一个正向端接稳压管D3正向端，两个D1其中一个负向端接稳压管D2负向端，电阻48另一端接地，稳压管D2正向端和稳压管D3负向端接地。

4.根据权利要求2所述的刀具磨损检测仪，其特征在于差动放大电路包括差动放大器U10、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R30；电阻R30一端接地另一端接U10脚1和电阻R33，电阻R33另一端接U10脚4及接正向输出，电阻R31一端接滤波器通道选择电路23中多路选择器U8的脚2、7、10、15，电阻R31另一端接U10的脚8和阻R32，电阻R32另一端接U10脚5及接反向输出，U10脚2接地，U10脚3接＋5V1，U10脚6接－5V1。

5.根据权利要求2所述的刀具磨损检测仪，其特征在于滤波器通道选择电路包括多路选择器U6、U8、240k－310k带通滤波器滤波电路和20k－80k带通滤波器滤波电路、三极管Q1、电阻R45、电阻46、电容C21、电容C22和滤波器控制选择控制端子；多路选择器U6脚2、7、10、15接信号幅值调整电路输出端，U6脚13接电容C22，电容C22接地，U6脚12接+5V，U6脚4接-5V1，U6脚5接地，U6脚3、14接240k－310k带通滤波器滤波电路输入端，U6脚6、11接20k－80k带通滤波器滤波电路输入端，U6脚8、9接电阻R45，电阻R45另一端接三极管Q1基极，三极管Q1发射极接地，三极管Q1集电极接U6和U8的脚1、16，滤波器控制选择控制端子接U6和U8的脚8、9，240k－310k带通滤波器滤波电路输出端接U8脚3、14，20k－80k带通滤波器滤波电路输出端接U8脚6、11，U8脚5接地，U8脚4接-5V1，U8脚12、13接+5V1，接电容C21，电容C21接地，U8脚步2、7、10、15接电阻R31。

6.根据权利要求5所述的刀具磨损检测仪，其特征在于20k－80k带通滤波器滤波电路包括一个截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器和一个截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端接截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端；截止频率为20k的高通巴特沃斯高通滤波器包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33和电容C11、C12、C13、C14、C15；信号输入接电容C11，C11另一端接电阻R25和运算放大器U1A脚2，R25接地，U1A脚3经过R23与地连接，U1A脚1经过R24与U1A脚3连接，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接电容C12，C12另一端接C13和电阻R27，C13另一端接R26和U2A脚2，R26接地，R27另一端接U2A脚1，U2A脚3经R28接地，U2A脚3经R29接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接电容C14，C14另一端接C15和R31，C15另一端妆R30和U2B脚6，R30另一端接地，R31另一端接U2B脚7，U2B脚5经R32接地和经R33接U2B脚7；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44和电容C16、C17、C18、C19、C20；截止频率为80k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接电阻R34，R34另一端接电容C16和U1B脚6，C16另一端接地，U1B脚5经过R35接地和经过R36接U1B脚7，U1B脚7接电阻R39，R39接R40和电容C18，C18另一端接U3A脚1，R40接C17和U3A脚2，C17另一端接地，U3A脚步3经过R37接地和经过R38接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R41，R41另一端接R42和C20，C20另一端接U3B脚7，R42另一端接C19和U3B脚6，C19另一端接地，U3B脚5经过R43接地和经过R44接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻；240k－310k带通滤波器滤波电路包括截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器和截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端接截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端；截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器包括运算放大器U1A、U2A、U2B，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11和电容C1、C2、C3、C4、C5；信号接电容C1，C1另一端接电阻R3和U1A脚2，R3另一端接地，U1A脚3经过R1接地和经过R2接U1A脚1，U1A脚8接+5V，U1A脚4接-5V，U1A脚1接C2，C2另一端接C3和R5，R5另一端接U2A脚1，C3另一端接R4和U2A脚2，R4另一端接地，U2A脚3经过R6接地和经过R7接U2A脚1，U2A脚8接+5V，U2A脚4接-5V，U2A脚1接C4，C4另一端接C5和R8，R8另一端接U2B脚7，C5另一端接R9和U2B脚6，R9另一端接地，U2B脚5经过R10接地和经过R11接U2B脚7；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器包括运算放大器U1B、U3A、U3B，电阻R12、R13、R14、R15、R、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22和电容C6、C7、C8、C9、C10；截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接截止频率为240k的高通巴特沃斯高通滤波器输出端，截止频率为310k的高通巴特沃斯低通滤波器输入端接电阻R12，R12另一端接C6和接U1B脚6，C另一端接地，U1B脚步5经达R13接地和经过R14接U1B脚7，U1B脚7接R17，R17另一端接R18和C8，C8另一端接U3A脚1，R18另一端接C7和接U3A脚2，C7另一端接地，U3A脚3经过R15接地和经过R16接U3A脚1，U3A脚8接+5V，U3A脚4接-5V，U3A脚1接R20，R20另一端接R19和C10，C10另一端接U3B脚7，R19另一端接C9和接U3B脚6，C9另一端接地，U3B脚5经过R21接地和经过R22接U3B脚7，U3B脚7接负载电阻。

7.根据权利要求1所述的刀具磨损检测仪，其特征在于信号处理电路包括模数转换电路、缓冲器电路、3-DSP模块、4-FPGA模块、接口电路、开关电路、存储器电路、电源电路；信号调理电路的正向输出接信号处理电路中模数转换电路的AIN1+接口，信号调理电路的反向输出接信号处理电路中模数转换电路的AIN1－接口，模数转换电路脚AD1[0-15]、AD1＿CLK、PD1、OB1、WARP1、AD＿RD1、CNVST1#、AD＿CS1、PDREF1、IMPULSE1、PDBUF1、16位数据输出线路AD2[0-15]、AD2＿CLK、PD2、OB1、WARP2、AD＿RD2、CNVST2#、AD＿CS2、PDREF2、IMPULSE2、PDBUF2、BUF＿RSTG与4-FPGA模块相连接；模数转换电路脚BUF＿RST与4-FPGA模块相连，4-FPGA模块脚USB＿WKUP、USB＿CS、USB＿FLGC、USB＿FLGB、USB＿FLGA、USB＿RDY、USB＿CHK、USB＿IRQ、UART＿CSA、UART＿CSB、UART＿INTA、UART＿INTB、BUF＿AWE#、BUF＿AOE#、BUF＿RST#、BUF＿RST与接口电路相连，4-FPGA模块脚BUF＿AOE#及BUF＿EN与接口电路相连，4-FPGA模块脚BUF＿RST#与存储器电路相连，4-FPGA模块的GPIO0、GPIO3、GPIO8、GPIO9、GPIO10、GPIO11、GPIO12、GPIO13和

Figure 2010106047408100001DEST_PATH_IMAGE001

与缓冲器电路2-BUFFER 相连，脚

与3-DSP模块相连，4-FPGA模块脚ED[0..31]数据总线、EA[21..31]地址总线与缓冲器电路、3-DSP模块和存储器电路相连，4-FPGA模块脚AWE#和AOE#与3-DSP模块和存储器电路相连，4-FPGA模块脚ECLKOUT、CLKOUT3、25M、CE2#、CE3#、INT4#、INT5#、 INT6#、INT7#、ARDY、HOLD#、BUSREQ、TIN1、TOUT1、TOUTO和 TINO与3-DSP模块相连，4-FPGA模块脚DSP＿EN与电源电路相连；接口电路脚485＿R/T和USB＿CLK与3-DSP模块相连，脚BUF＿ED[0..15]缓冲数据总线和BUF＿EA[2..17]与缓冲器电路相连；3-DSP模块引脚SCLO和SDAO与接口电路相连，脚BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、CEO#、AOE#、AWF#、ARE#、CE1， #和SDR＿CLK与存储器电路相连；缓冲器电路脚RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6T和RELAY7与开关电路相连；模数转换电路包括模拟输入保护和滤波电电路、AD转换芯片、滤波电容和配置电阻电路；缓冲器电路包括电平缓冲电路、数据缓冲电路、复位电路和时钟电路；3-DSP模块包括DSP芯片、晶振信号产生电路、JTAG下载接口、锁相环电源滤波电路、蜂鸣器按键电路和配置电阻与滤波电容电路；4-FPGA模块包括4-FPGA芯片和下载接口电路；接口电路包括USB接口电路、232串口接口电路、485串口接口电路；开关电路包括滤波器选择电路和继电器控制电路；存储器电路包括SDRAM存储器电路和FLSAH存储器电路；电源电路包括5V、3.3V、1.2V、2.5及DSP芯片。