CN104897770A - 一种钢丝绳无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种钢丝绳无损检测系统，包括：钢丝绳检测传感器、单片机微处理器和输入电路；其中，所述钢丝绳检测传感器用于采集钢丝绳数据并将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器；所述输入电路用于向所述单片机微处理器输入参考合格参数；所述单片机微处理器根据钢丝绳数据和所述参考合格参数来判断所述钢丝绳是否合格。

Description

一种钢丝绳无损检测系统

技术领域

本发明涉及电气信息领域，具体涉及钢丝绳无损检测领域，更具体地说，本发明涉及一种钢丝绳无损检测系统。

背景技术

钢丝绳在使用过程中容易出现断丝、磨损、锈蚀、局部形状异常和绳径缩细等缺陷，导致钢丝绳强度下降甚至失效，易引发事故。而现在的检测装置需在与电脑相连的情况下检测，而且专业程度较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够脱离计算机进行离线检测，满足各种环境下对钢绳检测需求的钢丝绳无损检测系统。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种钢丝绳无损检测系统，其特征在于包括：钢丝绳检测传感器、单片机微处理器和输入电路；其中，所述钢丝绳检测传感器用于采集钢丝绳数据并将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器；所述输入电路用于向所述单片机微处理器输入参考合格参数；所述单片机微处理器根据钢丝绳数据和所述参考合格参数来判断所述钢丝绳是否合格。

优选地，所述钢丝绳检测传感器利用空间域信号检测方法在所述钢丝绳检测传感器相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据。

优选地，所述钢丝绳无损检测系统还包括与单片机微处理器连接的显示器，用于显示关于所述钢丝绳是否合格的信息。

优选地，所述显示器实时地显示检测过程中钢丝绳的各个不同位置的磁通量曲线。

优选地，所述钢丝绳无损检测系统还包括与单片机微处理器连接的报警装置；而且其中，所述单片机微处理器在确定所述钢丝绳不合格的情况下使得报警装置发出警告。

优选地，所述钢丝绳无损检测系统还包括接口通信电路，用于连接至用于分析所述钢丝绳检测传感器10采集到的钢丝绳数据的计算机。

优选地，单片机微处理器的型号是C8051F005；液晶显示器的型号是RT12864M；输入电路是键盘；接口通信电路50是USB接口。

优选地，所述钢丝绳检测传感器基于漏磁通和磁桥路检测原理，并利用空间域信号检测方法，在所述钢丝绳检测传感器相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据，并实时地将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器；而且，所述单片机微处理器实时地将钢丝绳数据传递给所述显示器，以使得所述显示器根据实时接收到的钢丝绳数据显示钢丝绳的相应位置的磁通量曲线。

本发明的钢丝绳无损检测系统能够脱离计算机进行离线检测，满足各种环境下对钢绳检测需求；而且本发明的钢丝绳无损检测系统可带有报警装置，使检测方法简单易学，便于推广。此外，本发明的钢丝绳无损检测系统既能在现场检测，又能把信号传给计算机进行离线信号分析或者进行远程监控和诊断，这样就可以免去现场携带电脑，为钢丝绳现场检测提供方便实用的检测仪器系统。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统的系统框图。

图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的等空间采样原理示意图。

图3示意性地示出了根据本发明具体示例的D12与C8051F005的接口示意图。

图4示意性地示出了根据本发明具体示例的单片机程序设计流程。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统的系统框图。

如图1所示，根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统包括：钢丝绳检测传感器10、单片机微处理器20和输入电路30。

其中，所述钢丝绳检测传感器10用于采集钢丝绳数据并将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器20；所述输入电路30用于向所述单片机微处理器20输入参考合格参数；所述单片机微处理器20根据钢丝绳数据和所述参考合格参数来判断所述钢丝绳是否合格。

优选地，所述钢丝绳检测传感器10利用空间域信号检测方法在所述钢丝绳检测传感器10相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据。

优选地，根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统还包括显示器50，用于显示关于所述钢丝绳是否合格的信息。

而且，所述显示器50有利地能够实时地显示检测过程中钢丝绳的各个不同位置的磁通量曲线。具体地，例如，所述钢丝绳检测传感器10基于漏磁通和磁桥路检测原理，并利用空间域信号检测方法，在所述钢丝绳检测传感器10相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据，并实时地将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器20。而且所述单片机微处理器20实时地将钢丝绳数据传递给所述显示器50，以使得所述显示器50根据实时接收到的钢丝绳数据显示钢丝绳的相应位置的磁通量曲线。

优选地，根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统还包括报警装置40。而且其中，所述单片机微处理器20在确定所述钢丝绳不合格的情况下使得报警装置40发出警告，由此可以提醒工作人员。

优选地，根据本发明优选实施例的钢丝绳无损检测系统还包括接口通信电路60，用于连接至用于分析所述钢丝绳检测传感器10采集到的钢丝绳数据的计算机100。

所述钢丝绳检测传感器10基于漏磁通和磁桥路检测原理；而且数据采集传输处理系统以单片机微处理器为核心。单片机微处理器的型号例如是C8051F005。液晶显示器的型号例如是RT12864M。输入电路30例如是键盘。接口通信电路50例如是USB接口。

当钢丝绳通过检测装置时，检测传感器发出脉冲信号开始采集，经过单片机微处理器20内置的A/D转换，用键盘设置钢丝绳的参数后，可以直接对采集的信号进行处理，并将检测报告显示在液晶显示器上，钢丝绳状况恶劣的通过报警装置提示用户，或者可以将检测信号由USB接口传输到计算机上对数据进行再分析，得到更精确的分析结果。

下面将描述本发明的具体实施方式，需要说明的是，下述具体实施方式仅仅用于使得本领域技术人员可以理解本发明原理的具体实现过程，而不是用于限制本发明的范围；实际上，本发明可以采用除了下述具体实施方式之外的其它一些适当方式实现。

检测传感器与信号采集通道完成信号的传感与获取，并将模拟信号通过ADC转换为数字信号由单片机进行处理。

在具体示例中，在信号采集通道设计中有利地考虑到信号拾取、信号调节、AC转换、电源配置以及干扰防止等问题。检测装置中信号拾取采用了静输出2.5V电压、灵敏度为1.3mV/G的高灵敏集成霍尔元件UGN3503UA，信号调节任务是将传感器或敏感元件的输出转换成单片机输入要求的标准电平信号，由于UGN3503UA输出电平满足单片机的输入要求，而且通过软件实现信号滤波。因此，由前向通道采集的模拟电信号无需进行滤波放大电路，经电缆可直接送入单片机进行AD转换。

在钢丝绳检测中，检测信号是空间位置的函数而不是时间的函数，称之为空间域信号，其特征在空间域中才能得到真实的反映。在空间域信号检测过程中，传感器相对于被检测钢丝绳运动完成空间位置历程，并发出等空间脉冲信号。当传感器相对于被测钢丝绳相对运动时，进行等时间间隔读取端口状态，在脉冲信号作用下采样，可以将空间域离散检测信号转换为离散时间域信号。

根据空间域信号采样方法，将等空间间隔脉冲编码器固定或联动于空间域信号探测传感器，脉冲编码器的导轮沿钢丝绳轴向作纯滚动，带动脉冲编码器的光栅同步运动，当传感器相对于钢丝绳每移动一个空间采样间距△S时，在光栅的作用下，光源导致光敏输出一个脉冲信号。通过这一脉冲控制AD转换器的采样器进行数据采集和转换，输入计算机贮存。因此，经过这一脉冲序列控制的采样数字信号序列即为等空间采样信号。图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的等空间采样原理示意图，对于空间域信号的采样，首先要满足空间域采样定理的要求，其次，时间域中的信号处理系统又必须满足时域采样的要求。

优选地，加入旋转编码器；旋转编码器的作用是对缺陷进行精确定位，具体实施方式中采用了NMI-OME/100型旋转编码器。在检测过程中，随着检测装置在钢丝绳上运动，旋转编码器发出等空间脉冲信号。检测软件在脉冲信号作用下，开始进行数据采集，在采集的同时，系统可以对数据进行分析和识别，并输出相应的波形图，判断出钢丝绳的断丝和磨损等缺陷及其精确位置。

单片机C8051F005内集成有ADC子系统，该子系统包括1个9通道的可配置模拟多路开关AMUX、1个可编程增益放大器PGA和一个100kbs12位分辨率的逐次逼近型ADC。本系统中，4路模拟电信号送入单片机的IO口，使用C8051F005内置的ADC模块进行模数转换，所得数字信号存入ADC数据寄存器供单片机进行进一步处理。

在钢丝绳检测装置中，需要人机接口和界面，用于显示参数输入，比如钢丝绳直径、捻距、门限值以及钢丝绳规格、机构工作级别、顺交捻形式等参数的输入及选择，并且实时地显示检测过程中钢丝绳的各个不同位置的磁通量曲线以及在检测完毕之后能够显示相应的检测结果，比如断丝数、断丝位置以及给出该钢丝绳的安全评价即是否报废等。为了实现上述要求，得到友好的人机界面，使用了RT12864M图形点阵式液晶显示模块，可方便地与单片机C8051F005接口。通过对液晶控制器的写命令和写数据，很容易对其进行操作，完成用户界面显示。

RT12864M液晶显示模块是128*64点阵的汉字图形型液晶显示模块，使用ST7920控制A驱动器，可显示汉字及图形，内置8192个中文汉字(16*16点阵)，128个字符((8*16点阵)及64*256点阵显示RAM。可与CPU接口直接相连，提供8位并行及串行2种界面连接微处理机。具有多种功能:光标显示、画面移位和睡眠模式等。

在钢丝绳无损检测系统中，为了实现离线检测的功能，需要将检测数据传送至PC进行信号存储与再分析，这就涉及到如何在单片机和PC机之间进行高速、可靠的通信，USB接口芯片的出现很好地解决了这一问题。

PDIUSBD12(简称D12)是一款性价比很高的USB器件，完全符合USB1.1协议，集成了串行接口引擎(SIE)、320字节多结构的FIFO、模拟收发器、电压调整器、可编程时钟输出、SoftConnect和GOODLink等技术，支持双电压工作、多种传输模式和DMA，有良好的EMI特性。其内部不含微控制器，需要通过8位并行接口与其他微控制器配合使用。这种实现USB接口的标准组件，可以使设计者在各种不同微控制器中进行选择，最大限度地利用已有的设备和开发环境。这样可以极大地缩短开发时间、减少开发风险和费用，从而用最快捷的方法实现最经济的USB外设解决方案。

D12通过4针接口插头与PC机进行连接，接口插头除了通信通道D+与D_外，还能够提供5V电源。因此在设计中采用USB端口供电，这样可以大大简化电路系统并降低开发成本。由于系统中单片机C8051F005和液晶显示器RT1486M等一些器件的工作电压为3V，使用TI公司的TPS7133电压调节器可以将5V电压转换为3V对这些器件进行供电。

D12通过8位并行总线与C8051F005的8位IO口进行高速通信，速率可达2Mb/s。D12的A0脚与单片机的IO口P3.7相连，该端口控制的D12的命令和数据状态。INT_N引脚发出USB中断请求。GL_N是GOODLink指示灯，在调试过程中非常有用，在通信时会不停闪烁。如果一直亮或一直暗，表示USB接口有问题；如果D12挂起，则指示灯关闭。D12外接6MHz石英晶体，CLKOUT引脚提供C8051F005的外部时钟输入，可以通过固件编程改变其频率。DMACK_N、DMREQ和EOT_N等引脚用于DMA传输方式。D12与单片机C8051F005的接口电路如图3所示。

此外，检测系统要能正常工作，必须有硬软件双方的支持。在已有硬件平台的基础上，需要有相应高效、简洁的程序代码。检测软件采用单片机高级语言C编写，其程序整体流程如图4所示。

系统软件采用结构化程序设计方法，可以将其按功能模块划分为:初始化模块、采样模块、数据处理模块、液晶显示模块和USB通信模块。

初始化模块完成对整个硬件系统的初始化工作，包括对单片机和外围芯片的初始化配置；采样模块包括使用单片机自带的ADC把模拟量转换为数字量的程序和数字滤波程序；数据处理模块按照一定的算法计算采样值，再与用户输入的钢丝绳标准值进行比较，即得出钢丝绳损伤程度；液晶显示模块提供人机接口界面，例如钢丝绳参数和检测标准的输入和选择等，以及实时地显示检测过程中钢丝绳的各个不同位置的磁通量曲线并在检测完毕之后能够显示相应的检测结果；USB通信模块按照USB1.1规范的要求与计算机进行通信,将实时采集到的数据高速回放到计算机之中，形成原始数据文件，由PC机检测软件对其进行二次处理和分析。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种钢丝绳无损检测系统，其特征在于包括：钢丝绳检测传感器、单片机微处理器和输入电路；其中，所述钢丝绳检测传感器用于采集钢丝绳数据并将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器；所述输入电路用于向所述单片机微处理器输入参考合格参数；所述单片机微处理器根据钢丝绳数据和所述参考合格参数来判断所述钢丝绳是否合格。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于，所述钢丝绳检测传感器利用空间域信号检测方法在所述钢丝绳检测传感器相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据。

3.根据权利要求1或2所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于还包括与单片机微处理器连接的显示器，用于显示关于所述钢丝绳是否合格的信息。

4.根据权利要求3所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于，所述显示器实时地显示检测过程中钢丝绳的各个不同位置的磁通量曲线。

5.根据权利要求1或2所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于还包括与单片机微处理器连接的报警装置；而且其中，所述单片机微处理器在确定所述钢丝绳不合格的情况下使得报警装置发出警告。

6.根据权利要求1或2所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于还包括接口通信电路，用于连接至用于分析所述钢丝绳检测传感器10采集到的钢丝绳数据的计算机。

7.根据权利要求1或2所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于，单片机微处理器的型号是C8051F005；液晶显示器的型号是RT12864M；输入电路是键盘；接口通信电路50是USB接口。

8.根据权利要求1或2所述的钢丝绳无损检测系统，其特征在于，所述钢丝绳检测传感器基于漏磁通和磁桥路检测原理，并利用空间域信号检测方法，在所述钢丝绳检测传感器相对于被检测钢丝绳运动的状态下采集钢丝绳数据，并实时地将采集到的钢丝绳数据传递给所述单片机微处理器；

而且，所述单片机微处理器实时地将钢丝绳数据传递给所述显示器，以使得所述显示器根据实时接收到的钢丝绳数据显示钢丝绳的相应位置的磁通量曲线。