CN108710151A - 一种轮胎金属异物检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轮胎金属异物检测系统，包括旋转模块、第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、显示模块、警报模块和主控模块；所述第一电涡流传感器和/或第二电涡流传感器包括信号探头和仪表前置器，所述信号探头与仪表前置器通过单导线连接，所述仪表前置器内设置有信号处理模块；所述旋转模块、显示模块和警报模块均连接到主控模块，所述第一电涡流传感器和第二电涡流传感器的信号处理模块的输出端均连接到显示模块的输入端。相比于现有技术，本发明对于检测人员而言工作量更小，同时检测结果的误差更小，能够获得更加精确稳定的检测结果。

Description

一种轮胎金属异物检测系统
技术领域
本发明涉及轮胎检测技术领域，尤其是一种轮胎金属异物检测系统。
背景技术
轮胎是车辆的关键部分，尤其是对于汽车而言，其有关到驾乘者的行驶安全及稳定性等重要问题，因此轮胎的保养及检测是值得重点关注的问题；在这之中，最常见的一种问题就是轮胎扎入金属物的问题，若不及时检测发现，可能会造成漏气等严重事故，目前公知技术一般是采用单一的电涡流传感器来进行检测的，具体检测过程是：将轮胎固定放置，利用该传感器探头对轮胎所有位置进行逐一的单次检测，以发现是否有金属异物；这种方式虽然可以实现检测，但工作量较大，对于具体检测者而言并不简便，并且只采用一个电涡流传感器进行某位置的一次检测，输出的检测信号的误差较大，因为在实际检测中由于胎面磨损、胎面厚度不一致、轮胎钢丝带束层等外部因素的影响，不能保证该电涡流传感器与该位置处的金属异物实现良好的电连接。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种轮胎金属异物检测系统，相比于现有技术，对于检测人员而言工作量更小，同时获得的检测结果的误差更小。
为了弥补现有技术的不足，本发明采用的技术方案是：
一种轮胎金属异物检测系统，包括用于将轮胎进行旋转的旋转模块、用于先后检测轮胎胎面同一位置并分别输出相应的第一检测信号和第二检测信号的第一电涡流传感器和第二电涡流传感器、用于实时观察两检测信号的差值情况的显示模块、用于在显示模块输出异常情况时提供警示的警报模块和用于统筹控制的主控模块；所述第一电涡流传感器和/或第二电涡流传感器包括信号探头和仪表前置器，所述信号探头与仪表前置器通过单导线连接，所述仪表前置器内设置有用于处理两检测信号的信号处理模块；所述旋转模块、显示模块和警报模块均连接到主控模块，所述第一电涡流传感器和第二电涡流传感器的信号处理模块的输出端均连接到显示模块的输入端。
进一步，所述信号处理模块包括用于分别接收两检测信号的第一运算放大器和第二运算放大器、用于输出两检测信号差值的减法器、用于调节电流增益的电阻元件以及起到导通保护作用的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和第六电阻；
所述第一电涡流传感器的信号探头连接到第二运算放大器的同相端，所述第二电涡流传感器的信号探头连接到第一运算放大器的同相端，所述电阻元件串接在第一运算放大器的反相端与第二运算放大器的反相端之间；
所述第一电阻设置于第一运算放大器的反相端与输出端之间，且通过第三电阻连接到减法器的反相端，所述第四电阻设置于减法器的反相端与输出端之间；
所述第二电阻设置于第二运算放大器的反相端与输出端之间，且通过第五电阻分别连接到减法器的同相端和第六电阻的一端，所述第六电阻的另一端连接到参考地。
进一步，所述电阻元件为电阻器、电位器或可调电阻。
进一步，所述旋转模块包括旋转驱动器和用于为旋转驱动器提供驱动力的驱动电机，所述驱动电机分别连接到旋转驱动器和主控模块。
优选地，所述警报模块为指示灯或蜂鸣器。
优选地，所述显示模块为示波器。
优选地，所述第一电涡流传感器和第二电涡流传感器的量程为4-16mm。
优选地，所述主控模块为单片机芯片。
本发明的有益效果是：轮胎在旋转模块的驱动下进行旋转，采用两个电涡流传感器对轮胎进行检测，以输出两个检测信号并进行比较，从而得出金属异物的判别情况；由于轮胎是不停旋转的，两电涡流传感器总是能够检测到轮胎的同一位置，只不过存在时间先后问题，这样两者获得的检测信号也可能发生变化，但通过比较其信号差值的变化情况能够得知该处是否有金属异物，相比于单检测的系统而言，误差更小；其中，信号处理模块和显示模块的作用是方便观察信号差值的变化，警报模块则在显示模块的基础上进一步提升了本系统的观测能力，有利于检测人员及时了解是否出现金属异物的情况，主控模块的作用是实现对上述各模块的统筹控制，这些模块的设置有利于减少检测人员的工作负担，实现类智能控制。因此，相比于现有技术，本发明对于检测人员而言工作量更小，同时检测结果的误差更小，能够获得更加精确稳定的检测结果。
附图说明
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。
图1是本发明的结构示意框图；
图2是本发明的检测示意图；
图3是本发明的信号处理模块的电路原理图。
具体实施方式
参照图1和图2，本发明的一种轮胎金属异物检测系统，包括用于将轮胎进行旋转的旋转模块1、用于先后检测轮胎胎面同一位置并分别输出相应的第一检测信号U01和第二检测信号U02的第一电涡流传感器9和第二电涡流传感器8、用于实时观察两检测信号的差值情况的显示模块4、用于在显示模块4输出异常情况时提供警示的警报模块2和用于统筹控制的主控模块3；所述第一电涡流传感器9和/或第二电涡流传感器8包括信号探头6和仪表前置器5，所述信号探头6与仪表前置器5通过单导线7连接，所述仪表前置器5内设置有用于处理两检测信号的信号处理模块51；所述旋转模块1、显示模块4和警报模块2均连接到主控模块3，所述第一电涡流传感器9和第二电涡流传感器8的信号处理模块51的输出端均连接到显示模块4的输入端。
具体地，所述信号探头6与仪表前置器5通过单导线7连接，保证了检测信号的稳定输出，但并不限定，也可采用多组单导线7或电缆来进行连接；
轮胎在旋转模块1的驱动下进行旋转，采用两个电涡流传感器对轮胎进行检测，以输出两个检测信号并进行比较，从而得出金属异物的判别情况，但具体并不限定上述的实施手段，实际上只要轮胎与电涡流传感器发生相对运动，就可以检测到信号，这对于实际工程有很重要的意义，即给出了一种简便合理的检测思路；由于轮胎是不停旋转的，两电涡流传感器总是能够检测到轮胎的同一位置，只不过存在时间先后问题，这样两者获得的检测信号也可能发生变化，但通过比较其信号差值的变化情况能够得知该处是否有金属异物，相比于单检测的系统而言，误差更小；其中，信号处理模块51和显示模块4的作用是方便观察信号差值的变化，警报模块2则在显示模块4的基础上进一步提升了本系统的观测能力，有利于检测人员及时了解是否出现金属异物的情况，主控模块3的作用是实现对上述各模块的统筹控制，这些模块的设置有利于减少检测人员的工作负担，实现类智能控制。因此，相比于现有技术，本发明对于检测人员而言工作量更小，同时检测结果的误差更小，能够获得更加精确稳定的检测结果。
以下详细说明本发明的检测原理及过程：
应当说明的是，两检测信号的比较可以基于波形的比较，也可以进行直接的电压幅值比较或者以其他方式比较，但无论哪种，只要使用了具体的检测手段，其差值变化都是可知的。
起始时，可将两电涡流传感器的信号探头6分别与轮胎的任一位置接触，然后启动该检测系统，轮胎开始进行顺时针或逆时针旋转，在时间上，两个信号探头6检测到相同位置的先后顺序不一样，可知：
a、若轮胎所有位置均没有金属异物，无论何时，第一检测信号U01简记为U01和第二检测信号U02简记为U02的幅值大小一致且波形比较平稳，差值为零或几乎为零；
b、相对于情况a，若第一电涡流传感器9的信号探头6所检测的某位置有金属异物，则由于电涡流效应，U01会减小且波形平稳性会降低，而第二电涡流传感器8的信号探头6的检测位置处没有金属异物，U02不变，所以U02比U01要大，因此U01-U02的差值会明显减小；
c、相对于情况b，随轮胎的旋转，第一电涡流传感器9的信号探头6所检测的位置改变，但第二电涡流传感器8的信号探头6还未检测到先前第一电涡流传感器9的信号探头6所检测到的金属异物位置，则U01恢复正常且和U02保持一致，因此U01-U02的差值为零或几乎为零；
d、相对于情况c，当轮胎继续转动，金属异物来到了第二电涡流传感器8的信号探头6的检测位置处，由于电涡流效应，U02下降而U01保持原状，所以U01比U02要大一些，因此U01-U02的差值会明显变大，且变化范围与情况b中的几乎相同。
最后，U01和U02通过信号处理模块51将输出差值信号，根据U01-U02的差值明显变化了两次，可以进行判断：若出现两处波动很大的地方，且波动的幅值大致相等，则说明轮胎胎面上有金属异物。并且整个系统都是实时处理的，因此在观察波形的同时也可同时反推知道是哪个位置有金属异物，即只需记录下此时两信号探头6的检测位置即可，这对于排除金属异物的故障也是很有帮助的；根据以上检测原理，由于轮胎是不断旋转的，可知有多个金属异物情况的检测也是同样道理，只是需要进行多次判别而已，在此不作赘述，因此本实施例特意设计了警报模块2，可以帮助检测人员了解轮胎上是否具有金属异物，非常方便。
其中，参照图3，所述信号处理模块51包括用于分别接收两检测信号的第一运算放大器A1和第二运算放大器A2、用于输出两检测信号差值的减法器A3、用于调节电流增益的电阻元件Rx以及起到导通保护作用的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；
所述第一电涡流传感器9的信号探头6连接到第二运算放大器A2的同相端，所述第二电涡流传感器8的信号探头6连接到第一运算放大器A1的同相端，所述电阻元件Rx串接在第一运算放大器A1的反相端与第二运算放大器A2的反相端之间；
所述第一电阻R1设置于第一运算放大器A1的反相端与输出端之间，且通过第三电阻R3连接到减法器A3的反相端，所述第四电阻R4设置于减法器A3的反相端与输出端之间；
所述第二电阻R2设置于第二运算放大器A2的反相端与输出端之间，且通过第五电阻R5分别连接到减法器A3的同相端和第六电阻R6的一端，所述第六电阻R6的另一端连接到参考地。
所述电阻元件Rx为电阻器、电位器或可调电阻。
具体地，前端两运放为同相差分输入方式，同相输入可以大幅度提高电路的输入阻抗，减小电路对微弱输入信号的衰减；减法器A3差分输入可以使电路只对检测信号中的差模部分放大，而使共模输入部分只起跟随作用，进一步可使输出的差模部分与共模部分的幅值之比(即共模抑制比CMRR)得到提高，其中电路增益的调节只需通过改变电阻元件Rx的阻值即可实现。
其中，参照图1，所述旋转模块1包括旋转驱动器11和用于为旋转驱动器11提供驱动力的驱动电机12，所述驱动电机12分别连接到旋转驱动器11和主控模块3；旋转驱动器11及其驱动电机12有多种类型和型号，在这不作限定，可由检测人员自行设置其旋转的圈数或速度，以满足实际需要即可。
其中，优选地，所述警报模块2为指示灯或蜂鸣器，均可以由主控模块3根据显示模块4的输出信息来进行驱动控制；优选地，所述显示模块4为示波器，可以较为方便地观察波形，但其它波形观测仪器或系统也可以用来代替；优选地，所述第一电涡流传感器9/第二电涡流传感器8的量程为4-16mm，这是考虑到实际的金属异物的大小而设置的，小于此范围的一般不太好检测，大于此范围的一般较为明显，可直接从胎面上观察出；优选地，所述主控模块3为单片机芯片，其价格便宜，功能齐全。
以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (8)

1.一种轮胎金属异物检测系统，其特征在于：包括用于将轮胎进行旋转的旋转模块(1)、用于先后检测轮胎胎面同一位置并分别输出相应的第一检测信号(U01)和第二检测信号(U02)的第一电涡流传感器(9)和第二电涡流传感器(8)、用于实时观察两检测信号的差值情况的显示模块(4)、用于在显示模块(4)输出异常情况时提供警示的警报模块(2)和用于统筹控制的主控模块(3)；所述第一电涡流传感器(9)和/或第二电涡流传感器(8)包括信号探头(6)和仪表前置器(5)，所述信号探头(6)与仪表前置器(5)通过单导线(7)连接，所述仪表前置器(5)内设置有用于处理两检测信号的信号处理模块(51)；所述旋转模块(1)、显示模块(4)和警报模块(2)均连接到主控模块(3)，所述第一电涡流传感器(9)和第二电涡流传感器(8)的信号处理模块(51)的输出端均连接到显示模块(4)的输入端。
2.根据权利要求1所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述信号处理模块(51)包括用于分别接收两检测信号的第一运算放大器(A1)和第二运算放大器(A2)、用于输出两检测信号差值的减法器(A3)、用于调节电流增益的电阻元件(Rx)以及起到导通保护作用的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)和第六电阻(R6)；
所述第一电涡流传感器(9)的信号探头(6)连接到第二运算放大器(A2)的同相端，所述第二电涡流传感器(8)的信号探头(6)连接到第一运算放大器(A1)的同相端，所述电阻元件(Rx)串接在第一运算放大器(A1)的反相端与第二运算放大器(A2)的反相端之间；
所述第一电阻(R1)设置于第一运算放大器(A1)的反相端与输出端之间，且通过第三电阻(R3)连接到减法器(A3)的反相端，所述第四电阻(R4)设置于减法器(A3)的反相端与输出端之间；
所述第二电阻(R2)设置于第二运算放大器(A2)的反相端与输出端之间，且通过第五电阻(R5)分别连接到减法器(A3)的同相端和第六电阻(R6)的一端，所述第六电阻(R6)的另一端连接到参考地。
3.根据权利要求2所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述电阻元件(Rx)为电阻器、电位器或可调电阻。
4.根据权利要求1所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述旋转模块(1)包括旋转驱动器(11)和用于为旋转驱动器(11)提供驱动力的驱动电机(12)，所述驱动电机(12)分别连接到旋转驱动器(11)和主控模块(3)。
5.根据权利要求1所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述警报模块(2)为指示灯或蜂鸣器。
6.根据权利要求1所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述显示模块(4)为示波器。
7.根据权利要求1所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述第一电涡流传感器(9)和第二电涡流传感器(8)的量程为4-16mm。
8.根据权利要求1-7任一所述的一种轮胎金属异物的检测系统，其特征在于：所述主控模块(3)为单片机芯片。
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