CN110187005B - 一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置 - Google Patents
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Abstract
基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：包括MCU(1)、激励单元(2)、涡流传感器单元(3)、信号处理单元(4)、执行单元(5)和电源单元(6)，所述MCU(1)通过接口分别控制激励单元(2)、信号处理单元(4)、执行单元(5)，所述激励单元(2)通过端口控制涡流传感器单元(3)，所述电源单元为整个检测装置供电。本发明能够大幅提高现有装置的精确度、可靠性，实现多种类缺陷在线检测，减少人工误差和装置因素带给人体的伤害。
Description
技术领域
本发明涉及基于涡流效应的无损检测领域，具体地指一种针对轮胎钢丝帘缺陷的无损检测装置。
背景技术
随着人们对汽车的需求量不断增加，轮胎行业得到持续发展。钢丝帘线是最常用且效果最理想的汽车轮胎骨架材料，使用钢丝帘线作为骨架增强材料的子午线轮胎，其使用寿命增加、耐磨性和耐穿刺性能更好，而且使用子午线轮胎的汽车具有节省油耗、行驶时的速度增加以及舒适度变好等优点。
目前，钢丝帘线在生产中出现的主要质量问题是钢丝帘的间距不符合要求。现有针对轮胎钢丝帘线的实时在线无损检测的方法有目测法、激光传感器法以及X光透射成像法等。目测法的准确性容易受疲劳、检测标准不一致等人为因素影响出现错检和漏检；激光传感器法应用于复合挤出断面的测量和轮胎侧面检测，检测钢丝帘线间距的缺陷种类不多，多在偏差和重叠方面。X光透射成像法的关键技术和专利掌握在国外企业手中，因此检测仪器价格昂贵，检修不方便。此外，在检测过程中需要较强的X射线照射量，对人身伤害较大。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有中存在的缺陷，而提供一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷实时在线无损检测装置,本发明能够大幅提高现有装置的精确度、可靠性，实现多种类缺陷在线检测，减少人工误差和装置因素带给人体的伤害。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，所述检测装置包括：包括MCU、激励单元、涡流传感器单元、信号处理单元、执行单元和电源单元，所述MCU通过接口分别控制激励单元、信号处理单元、执行单元，所述激励单元通过端口控制涡流传感器单元，所述电源单元为整个检测装置供电。
所述MCU，即该检测装置的控制单元，所述MCU用于驱动激励单元产生频率、幅值不同的高频激励信号；同时实时接收AD转换模块发送的的电压信息，进一步根据数据处理分析来控制执行单元中的显示模块和警报模块。
进一步地，所述MCU包括芯片U5、复位电路、时钟电路、调试电路、模式电路以及工作状态电路，所述复位电路用于芯片上电初始复位以及出现程序问题时的复位；时钟电路提供芯片工作需要的时钟信号；调试电路用于芯片的程序烧写和调试；模式电路用于选择不同的启动方式；工作状态电路用于显示MCU供电情况和芯片工作情况。
所述激励单元：包括DDS波形发生器，所述DDS波形发生器包括了有源晶振电路、AD9832电路，所述有源晶振电路用于给芯片AD9832提供工作参考时钟，AD9832电路用于接收MCU发送的控制信号，进一步通过查找正弦表和D/A转换输出相应频率波形的高频信号，以提供给涡流传感器单元作为相应的激励源。
进一步地，所述有源晶振电路选用25MHz有源晶振，以作为芯片AD9832的参考时钟；AD9832电路以AD9832芯片为主要构成部分，该芯片易于实现FSK和PSK等各种数字调制功能，通过第一串行端口与MCU的SPI2接口进行通信，方便程序调控输出不同频率的输出信号，输出频率最高一般为参考时钟频率的40％。
所述涡流传感器单元：包括电桥电路和双涡流传感器，所述双涡流传感器由单晶铜丝绕制形成，通过基于螺旋测微仪的支架进行固定，以便根据实际钢丝帘标准间距进行传感器间距调节，所述双涡流传感器用于钢丝帘间距差异的检测，在激励源信号的激励下，获取高频的响应数据；所述的电桥电路以激励源作为供桥电源，进一步将双涡流传感器的阻抗变化转化为电压信号变化，方便后续信号的处理和测量。
进一步地，所述双涡流传感器输出分别接入电桥电路的CON1和CON2，作为电桥电路桥臂的感性阻抗，根据涡流效应，双涡流传感器线圈阻抗变化与金属导体电导率σ、磁导率ξ、尺寸因子T、线圈与测量金属导体表面距离D、电流强度I和频率ω有关，线圈阻抗可用Z＝F(T,ξ,σ,D,I,ω)函数表示，双涡流传感器在T、ξ、σ、I、ω参数一致的情况下，线圈阻抗只与D有关，进一步保证D参数相同，故双涡流传感器在同时检测到钢丝帘或者同时没有检测到钢丝帘的情况下，阻抗变化一致；若双涡流传感器中存在一个没有检测到钢丝帘，则阻抗变化不一致。
进一步地，所述电桥电路包括R12和R13定值精密电阻和R26和R27高精度可调电阻，R26和R27是两个相同的电阻，通过调节R26和R27的阻值，使电桥电路在初始时处于电桥平衡状态,而钢丝帘间距相对于标准值的差异将改变电桥平衡，将钢丝帘间距相对比标准值的差异转化为相对应的电桥间电压数据。
所述信号处理单元：包括滤波放大模块和AD转换模块，所述滤波放大模块对涡流传感器单元输出的电压信号进行滤波放大处理；所述AD转换模块用于将处理好的电压信号转换为MCU可识别的数字量。
进一步地，所述滤波放大模块由滤波电路和信号放大电路组成，所述滤波电路用于隔离涡流传感器单元输出的电压信号中低频干扰，同时对高频信号进行滤波处理。所述的信号放大电路以芯片INA128为主要构成单元，通过调节电阻R11来实现不同的增益比，对滤波信号进行相应的放大处理。
更进一步地，所述AD转换模块由芯片ADS1255构成，具有23比特的无噪声精度；所述AD转换模块采用第二串行端口与MCU的SPI1接口通信，将处理好的电压信号通过AIN1端输入，经过内部四阶Δ-∑调制器处理，输出对应的数字量信号。
所述执行单元：包括电机模块、警报模块和显示模块，所述电机模块根据MCU检测到钢丝帘间距缺陷的情况下做出不同的动作；所述警报模块在MCU检测到钢丝帘间距缺陷时发出警报声，用以提醒工作人员；所述显示模块用于显示当前装置检测钢丝帘的工作情况。
进一步地，所述电机模块包括第一三极管放大电路和继电器驱动电路，所述第一三极管放大电路由三极管和电阻组成，为继电器驱动电路提供0～3.3V控制信号；所述继电器驱动电路由继电器、续流二极管组成，续流二极管防止自感高电压对电路的损坏，有效保护驱动电路。
进一步地，所述警报模块包括第二三极管放大电路，所述第二三极管放大电路由三极管和电阻组成，为有源蜂鸣器提供驱动电流。
进一步地，所述显示模块由OLED显示屏构成，所述显示模块通过第三串行端口和MCU的IIC1接口通信，用于显示当前检测过的总轮胎数量以及钢丝帘间距合格和不合格的数量。
所述电源单元：包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块为控制单元和执行单元提供5V和3.3V的供电电压，所述第二电源模块为激励单元、涡流传感器单元和信号处理单元提供5V、2.5V、3.3V和VREF的基准电压。
进一步地，所述第一电源模块包括USB电路和第一3.3V转换电路，USB电路的USB接口用于输入外部的5V电压，通过第一3.3V转换电路输出稳定的3.3V电压。
进一步地，所述第二电源模块包括5V转换电路、第二3.3V转换电路、2.5V转换电路以及基准电压转换电路，5V转换电路用于将外部的9V～12V之间的电池电压输入转换为5V输入；第二3.3V转换电路用于将5V电压转换为3.3V电压。2.5V转换电路用于将5V电压转换为2.5V电压，作为基准电压转换电路的输入电压；基准电压转换电路用于将2.5V电压转换为VREF的基准电压，作为基准电压提供给芯片ADS1255和芯片INA128，保证两者工作稳定性和可靠性，减少对输出信号的影响。
本发明设计了一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷实时在线无损检测装置，通过DDS信号发生器提供频率可靠、输出稳定的激励源，并通过程序可以软调节输出不同频率和幅值的激励源；进一步利用双涡流传感器实现高精度的轮胎钢丝帘间距缺陷的无损检测，大大提高了现有测量方法的精度，该双涡流传感器设计能够调节测量距离，增大了实际应用范围；执行单元可以实现缺陷的检测报警和数据分析显示。
相对于现有技术，本发明的优点如下：
1)本发明可以在线实时检测，可检测多种类缺陷，并通过执行单元进行缺陷报警和数量显示，显著提高实际检测质量。
2)本发明可以实现高精度的间距测量，并可调节测量范围，适合不同标准的钢丝帘间距检测，大大拓宽了应用范围。
3)本发明直接对钢丝帘间距的误差进行测量，无需对生产线传动带的速度进行精确控制，具有鲁棒性优异的特性。
4)本发明系统结构简单，使用电磁测量的方式避免了X光等使用，避免了工人收到辐射等伤害。
附图说明
图1为本发明设计装置的结构框图；
图2为本发明硬件电路结构图；
图3为本发明MCU电路图；
图4为激励单元电路图；
图5为涡流传感器单元电路图；
图6为滤波放大模块电路图；
图7为AD转换模块电路图；
图8为执行单元电路图；
图9为电源设计方案图；
图10为第一电源模块电路图；
图11为第二电源模块电路图；
图12为本发明装置的工作流程图；
图13为本发明装置的工作原理图；
图14为轮胎钢丝帘缺陷图；
图中：1、MCU，1.1、复位电路，1.2、调试电路，1.3、时钟电路，1.4、模式电路，1.5、工作状态电路，1.6、SPI2接口，1.7、SPI1接口，1.8、IIC1接口，2、激励单元，2.1、有源晶振电路，2.2、AD9832电路，2.3、激励源，2.4、第一串行端口，3、涡流传感器单元，3.1、电桥电路，3.2、双涡流传感器，3.2a、第一涡流传感器，3.2b、第二涡流传感器，4、信号处理单元，4.1、滤波放大模块，4.1.1、滤波电路，4.1.2信号放大电路、4.2AD转换模块，4.3第二串行端口，5、执行单元，5.1电机模块，5.1.1第一三极管放大电路，5.1.2、继电器驱动电路，5.2警报模块，5.2.1第二三极管放大电路、5.3显示模块，5.4第三串行端口，6、电源单元6，6.1第一电源模块，6.1.1、USB电路，6.1.2第一3.3V转换电路，6.2第二电源模块，6.2.15V转换电路，6.2.2第二3.3V转换电路，6.2.3、2.5V转换电路，6.2.4、基准电压转换电路，7、轮胎钢丝帘，7.1标准钢丝帘，7.2、局部不规则钢丝帘，7.3、、缺根钢丝帘，7.4过密钢丝帘。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式进一步介绍该技术方案。
实施例1：如图1、图2所示，本发明一种基于涡流效应的轮胎钢丝缺陷检测装置，包括控制单元、激励单元2、涡流传感器单元3、信号处理单元4、执行单元5和电源单元6。控制单元包括MCU1，所述MCU1分别通过SPI2接口1.6来控制激励单元2输出高频激励源2.3，通过SPI1接口1.7来控制AD转换模块4.2，进一步读取钢丝帘缺陷检测的信号量，通过IIC1接口1.8来控制显示模块5.3，显示当前的钢丝帘质量检测状态；并进一步通过GPIO口PB8和PB9来分别控制警报模块5.2和电机模块5.1。
激励单元2通过第一串行端口2.4与MCU1通信，经过运算输出激励源2.3，激励源2.3通过AOUT+和AOUT-两个端口输出高频信号以驱动涡流传感器单元3。
涡流传感器单元3通过BIN+和BIN-两个输入端接受激励源2.3的高频激励，进一步通过双涡流传感器3.2检测钢丝帘间距，并通过电桥电路3.1将间距变化引起涡流传感器3.2阻抗的变化转化为电压信号，通过COUT输出至信号处理单元4。
信号处理单元4通过AIN1接收变化的高频电压信号，经过内部滤波电路4.1.1、信号放大电路4.1.2以及AD转换模块4.2相应的处理后，通过第二串行端口4.3将初步处理的信号传输至MCU1。
执行单元5通过第三串行接口5.4与MCU1通信，显示当前钢丝帘质量检测状态，进一步接收来自MCU1的GPIO信号量，驱动相应的警报模块5.2和电机模块5.1。
电源单元6分为第一电源模块6.1和第二电源模块6.2，第一电源模块6.1为MCU1和执行单元5供电，第二电源模块6.2为激励单元2、涡流传感器单元3以及信号处理单元4供电；其中第二电源模块6.2生成的基准电压分别通过VREFAD和VREFINA端口供给AD转换模块4.2和信号放大电路4.1.2。
如图3所示，所述MCU1包括芯片U5、复位电路1.1、时钟电路1.3、调试电路1.2、模式电路1.4、工作状态电路1.5、SPI2接口1.6、SPI1接口1.7和IIC1接口1.8，复位电路1.1用于芯片U5上电初始复位以及出现程序问题时的复位；时钟电路1.3提供芯片U5工作需要的时钟信号；调试电路1.2用于芯片U5的程序烧写和调试；模式电路1.4用于选择不同的启动方式，工作状态电路1.5用于显示MCU1供电情况和芯片U5工作情况，D1用来显示MCU1供电情况，D2一端与PC13引脚相连，当芯片正常工作时，PC13定时输出高低电平，因此D2会持续闪烁。
如图4所示，激励单元2包括有源晶振电路2.1、AD9832电路2.2、激励源2.3以及第一串行端口2.4，有源晶振电路2.1选用25MHz有源晶振，作为芯片AD9832的参考时钟，芯片AD9832输出频率最高一般为参考时钟频率的40％，因此输出激励源2.3频率为0～10MHz；该芯片易于实现FSK和PSK等各种数字调制功能，通过第一串行端口2.4与MCU1的SPI2接口1.6进行通信，方便程序调控输出不同频率的输出信号；AD9832电路2.2以AD9832芯片为主要构成部分，为了保证输出激励源2.3的稳定性和可靠性，使用FB1磁珠进行模拟地和数字地隔离，有效抑制模拟电路低频信号对输出信号的干扰。
如图5、图13所示，涡流传感器单元3包括电桥电路3.1和双涡流传感器3.2，其中双涡流传感器3.2包括第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b，双涡流传感器3.2之间的可调距离d可以通过螺旋测微仪的支架进行调整，可调距离d根据实际标准钢丝帘间距来确定，测量精度可以达到0.1mm；第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b在制作上材料相同、尺寸相同，外形相同，在安装上需要保证线圈头在同一水平面上，也即距离所测量钢丝帘的高度h1和h2相等。在激励源2.3的高频信号激励下，双涡流传感器3.2线圈产生交变磁场，当钢丝帘运动到双涡流传感器3.2的测量位置时，根据涡流效应产生反向交变磁场作用于双涡流传感器3.2线圈，导致电桥电路3.1的CON1和CON2端的阻抗发生变化，进一步利用电桥电路的特性转化为变化的电压信号。电桥电路3.1包括R12和R13定值精密电阻和R26和R27高精度可调电阻，R26和R27是两个相同的电阻，通过调节R26和R27的阻值，使电桥电路3.1在初始时处于电桥平衡状态，此时输出电压趋于0V；当第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b的阻抗变化相等时，输出电压仍趋于0V；当第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b阻抗变化不相等时，输出电压明显高于0V。
如图6、图7所示，信号处理单元4包括滤波放大模块4.1、AD转换模块4.2以及第二串行端口4.3。其中滤波放大模块4.1包括滤波电路4.1.1和信号放大电路4.1.2，滤波电路4.1.1通过采用C20和C21大小滤波电容的组合，有效滤除输出信号中的低频干扰，进一步滤出高频信号；所述的信号放大电路4.1.2以芯片INA128为主要构成单元，通过调节电阻R11来实现不同的增益比，对滤波信号进行相应的放大处理。其中AD转换模块4.2由芯片ADS1255构成，所述AD转换模块4.2采用第二串行端口4.3与MCU的SPI1接口1.7通信，将处理好的电压信号通过AIN1端输入，经过内部四阶Δ-∑调制器处理，输出对应的数字量信号。
如图8所示，执行单元5包括电机模块5.1、警报模块5.2和显示模块5.3和第三串行端口5.4，电机模块5.1包括第一三极管放大电路5.1.1和继电器驱动电路5.1.2，其中第一三极管放大电路5.1.1由三极管2N3904、1K和10K电阻组成，为继电器驱动电路5.1.2提供0～3.3V控制信号；继电器驱动电路5.1.2由继电器、续流二极管IN4734组成；在MCU1检测到钢丝帘间距存在误差时，通过第一三极管放大电路5.1.1驱动继电器驱动电路5.1.2，因此继电器断开，电机停止工作。
警报模块5.2包括第二三极管放大电路5.2.1，所述第二三极管放大电路5.2.1由三极管S8050、1K和10K电阻组成，为有源蜂鸣器提供驱动电流，在MCU1检测到钢丝帘间距缺陷时发出警报声，用以提醒工作人员。显示模块5.3由OLED显示屏构成，通过第三串行端口5.4和MCU1的IIC1接口1.8通信，MCU1将处理好的数据通过IIC协议形式发送给显示模块5.3，用于显示当前检测过的总轮胎数量以及钢丝帘间距合格和不合格的数量。
如图9～11所示，电源单元6包括第一电源模块6.1和第二电源模块6.2。第一电源模块6.1包括USB电路6.1.1和第一3.3V转换电路6.1.2，其中第一3.3V转换电路6.1.2选用了芯片RT9193，噪声低，稳定性好；USB电路6.1.1的micro-USB接口用于连接外部的5V输入电压，并进一步通过第一3.3V转换电路6.1.2输出稳定的3.3V电压，第一电源模块6.1为MCU1和执行单元5提供5V和3.3V的供电电压。
第二电源模块6.2包括5V转换电路6.2.1、第二3.3V转换电路6.2.2、2.5V转换电路6.2.3以及基准电压转换电路6.2.4，为激励单元2、涡流传感器单元3和信号处理单元4提供5V、2.5V、3.3V和VREF的基准电压。5V转换电路6.2.1用于将外部的9V～12V之间的电池电压输入转换为稳定的5V输出；第二3.3V转换电路6.2.2用于将5V电压转换为3.3V电压；2.5V转换电路6.2.3用于将5V电压转换为2.5V电压，并进一步作为基准电压转换电路6.2.4的输入电压；基准电压转换电路6.2.4用于将2.5V电压转换为VREF的基准电压，提供给芯片ADS1255和芯片INA128，保证两者工作的稳定性和可靠性，减少对输出信号的影响。
如图12所示，MCU1发送驱动信号使激励单元2生成相应的激励源2.3，该激励源2.3作用于涡流传感器单元3，双涡流传感器3.2得到高频响应信号，将所测间距信息通过电桥电路3.1转化为电压信号，进一步，电压信号在信号处理单元4的处理下，输出电压数字信号给MCU1，进一步MCU1通过运算处理，通过比较电压数字信号和所设置的标准阈值的大小，判断出当前检测的轮胎钢丝帘的缺陷情况，同时将缺陷信号或标准信号输出给执行单元5，执行单元5根据所给的信号类型，执行相应的警报模式并显示相关测量数据。
如图13～14所示，待检测的轮胎钢丝帘7共有四种质量情况：标准钢丝帘7.1、局部不规则钢丝帘7.2、缺根钢丝帘7.3和过密钢丝帘7.4。当轮胎钢丝帘7向右运动经过第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b的检测区域下方时，标准钢丝帘7.1的钢丝帘a与b之间的间距与可调检测距离d的大小相等，因此第一涡流传感器3.2a和第二涡流传感器3.2b的阻抗变化是相同的，故电桥电路3.1输出的电压信号基本与平衡状态一致，趋于0V；局部不规则钢丝帘7.2的钢丝帘c与e、缺根钢丝帘7.3的钢丝帘f与g之间的间距大于可调检测距离d、因此在第二涡流传感器3.2b检测到钢丝帘e和g时，第一涡流传感器3.2a并未检测到钢丝帘c和f，此时两者的阻抗变化不一致，故电桥电路3.1输出非平衡状态下的电压，远大于0V；过密钢丝帘7.4的钢丝h和i之间的距离小于可调距离d，因此在第一涡流传感器3.2a检测到钢丝帘h时，第二涡流传感器3.2b还没有检测到钢丝帘i，此时两者的阻抗变化不一致，故电桥电路3.1输出非平衡状态下的电压，远大于0V，根据输出电压的不同，进一步通过MCU1的检测和运算即可确定轮胎钢丝帘存在的缺陷情况。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于，所述检测装置包括：包括MCU（1）、激励单元（2）、涡流传感器单元（3）、信号处理单元（4）、执行单元（5）和电源单元（6），所述MCU（1）通过接口分别控制激励单元（2）、信号处理单元（4）、执行单元（5），所述激励单元（2）通过端口控制涡流传感器单元（3），所述电源单元为整个检测装置供电；
所述激励单元（2）包括有源晶振电路（2.1）、AD9832电路（2.2）、激励源（2.3）以及第一串行端口(2.4)，激励单元(2)通过第一串行端口(2.4)与MCU(1)通信，经过运算输出激励源(2.3)，激励源(2.3)通过AOUT+和AOUT-两个端口输出高频信号以驱动涡流传感器单元（3），所述有源晶振电路选用25MHz有源晶振，以作为芯片AD9832的参考时钟；AD9832电路以AD9832芯片为主要构成部分，该芯片易于实现FSK和PSK各种数字调制功能，通过第一串行端口与MCU的进行通信，方便程序调控输出不同频率的输出信号；
所述涡流传感器单元包括电桥电路和差动涡流传感器，所述差动涡流传感器由金属丝绕制形成，通过支架进行固定，所述差动涡流传感器用于钢丝帘间距相对于标准值的差异的检测，在激励源信号的激励下，获取高频的响应数据；所述的电桥电路以激励源作为供桥电源，其中双涡流传感器（3.2）包括第一涡流传感器（3.2a）和第二涡流传感器（3.2b），双涡流传感器（3.2）之间的可调距离d通过支架进行调整，可调距离d根据实际标准钢丝帘间距来确定，利用螺旋测微仪精密测量仪器实现0.1mm级别的高精度定位。
2.根据权利要求1所述的基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于：所述电桥电路包括R12和R13定值精密电阻和R26和R27高精度可调电阻，电阻相互串联，并与相互串联的涡流线圈探头形成在组成并联电桥电路，通过调节R26和R27的阻值，使电桥电路在初始时处于电桥平衡状态。
3.根据权利要求2所述的基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于，所述信号处理单元：包括滤波放大模块和AD转换模块，所述滤波放大模块对涡流传感器单元输出的电压信号进行滤波放大处理；所述AD转换模块用于将处理好的电压信号转换为MCU可识别的数字量；所述滤波放大模块由滤波电路和信号放大电路组成，所述滤波电路用于隔离涡流传感器单元输出的电压信号中低频干扰，同时对高频信号进行滤波处理，所述的信号放大电路以芯片为主要构成单元，通过调节电阻R11来实现不同的增益比，对滤波信号进行相应的放大处理；所述AD转换模块与MCU的接口通信，对单片机输出对应的数字化的信号。
4.根据权利要求3所述的基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于：所述执行单元：包括电机模块、警报模块和显示模块，所述电机模块根据MCU检测到钢丝帘间距缺陷的情况下做出不同的动作；所述警报模块在MCU检测到钢丝帘间距缺陷时发出警报声，用以提醒工作人员；所述显示模块用于显示当前装置检测钢丝帘的工作情况；所述电机模块包括第一三极管放大电路和继电器驱动电路，所述第一三极管放大电路由三极管和电阻组成，为继电器驱动电路提供0~3.3V控制信号；所述继电器驱动电路由继电器、续流二极管组成；所述警报模块包括第二三极管放大电路，所述第二三极管放大电路由三极管和电阻组成，为有源蜂鸣器提供驱动电流；所述显示模块由OLED显示屏构成，用于显示当前检测过的总轮胎数量以及钢丝帘间距合格和不合格的数量。
5.根据权利要求4所述的基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于：所述电源单元包括第一电源模块和第二电源模块，所述第一电源模块为控制单元和执行单元提供5V和3.3V的供电电压，所述第二电源模块为激励单元、涡流传感器单元和信号处理单元提供5V、2.5V、3.3V和VREF的基准电压。
6.根据权利要求5所述的基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置，其特征在于：所述第一电源模块包括USB电路和第一3.3V转换电路，USB电路的USB接口用于输入外部的5V电压，通过第一3.3V转换电路输出稳定的3.3V电压；
所述第二电源模块包括5V转换电路、第二3.3V转换电路、2.5V转换电路以及基准电压转换电路，5V转换电路用于将外部的9V~12V之间的电池电压输入转换为5V输入；第二3.3V转换电路用于将5V电压转换为3.3V电压;2.5V转换电路用于将5V电压转换为2.5V电压，作为基准电压转换电路的输入电压；基准电压转换电路用于将2.5V电压转换为VREF的基准电压，作为基准电压提供给芯片ADS1255和芯片INA128。
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| CN113624832A (zh) * | 2021-09-03 | 2021-11-09 | 威海华菱光电股份有限公司 | 钢丝帘布缺陷检测系统 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1959402A (zh) * | 2006-11-01 | 2007-05-09 | 浙江大学 | 基于巨磁电阻传感器的涡流检测装置 |
| CN101266227A (zh) * | 2008-05-14 | 2008-09-17 | 哈尔滨工业大学 | 检测子午胎钢丝帘线缺陷的涡流电磁检测探头及检测方法 |
| WO2011135872A1 (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-03 | トヨタ自動車株式会社 | 渦流計測用センサ |
| CN102608199A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-25 | 南昌航空大学 | Acfm数字化检测仪的信号调理电路 |
| CN102879462A (zh) * | 2012-10-27 | 2013-01-16 | 浙江大学 | 一种金属缺陷涡流检测装置及其探头 |
| CN102967651A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-13 | 江苏科技大学 | 基于dds技术的涡流检测激励信号源 |
| CN105092698A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-11-25 | 威海山河电气有限公司 | 轮胎胎体钢丝帘布无损检测装置及方法 |
| CN107064604A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-08-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于磁场传感的电流传感装置 |
| CN207215755U (zh) * | 2017-09-13 | 2018-04-10 | 西安合电电气有限公司 | 一种涡流导线探伤仪 |
| CN210720261U (zh) * | 2019-06-19 | 2020-06-09 | 东南大学 | 一种基于涡流效应的轮胎钢丝帘缺陷检测装置 |
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Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1959402A (zh) * | 2006-11-01 | 2007-05-09 | 浙江大学 | 基于巨磁电阻传感器的涡流检测装置 |
| CN101266227A (zh) * | 2008-05-14 | 2008-09-17 | 哈尔滨工业大学 | 检测子午胎钢丝帘线缺陷的涡流电磁检测探头及检测方法 |
| WO2011135872A1 (ja) * | 2010-04-27 | 2011-11-03 | トヨタ自動車株式会社 | 渦流計測用センサ |
| CN102608199A (zh) * | 2012-03-06 | 2012-07-25 | 南昌航空大学 | Acfm数字化检测仪的信号调理电路 |
| CN102879462A (zh) * | 2012-10-27 | 2013-01-16 | 浙江大学 | 一种金属缺陷涡流检测装置及其探头 |
| CN102967651A (zh) * | 2012-11-19 | 2013-03-13 | 江苏科技大学 | 基于dds技术的涡流检测激励信号源 |
| CN105092698A (zh) * | 2015-09-11 | 2015-11-25 | 威海山河电气有限公司 | 轮胎胎体钢丝帘布无损检测装置及方法 |
| CN107064604A (zh) * | 2017-05-10 | 2017-08-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于磁场传感的电流传感装置 |
| CN207215755U (zh) * | 2017-09-13 | 2018-04-10 | 西安合电电气有限公司 | 一种涡流导线探伤仪 |
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