CN110208338A - 一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置，包括测量待测曳引钢带电容值的微电容测量采集电路，所述微电容测量采集电路包括以待测曳引钢带为介电质的电极板组件和电容采集电路，所述电容采集电路包括电容数字转换芯片和单片机，所述单片机通过所述电容数字转换芯片与所述电极板组件连接，所述电容数字转换芯片读取所述电极板组件的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给所述单片机，所述单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。本发明还提供了一种基于微电容的曳引钢带无损检测方法。本发明的有益效果是：实现了曳引钢带的无损检测。

Description

一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置与方法
技术领域
本发明涉及无损检测，尤其涉及一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置与方法。
背景技术
在传统的钢丝绳无损检测当中，从一开始的肉眼和生活经验检测曳引钢带的内部故障，到利用漏磁检测方法、磁致伸缩等方法对曳引钢带进行无损检测，其都不能完全的检测出曳引钢带内部的断丝、锈蚀、磨损等情况，通过检测曳引钢带的漏磁信号对钢带损伤进行检测，存在的问题是仅对于铁磁性钢带有效，且对曳引钢带轴向裂纹损伤需要设计特殊的励磁结构才能获得较理想的检测结果。并且部分方法与待测对象进行接触，会导致待测对象受到没必要的损伤。
因此，如何更好的实现曳引钢带的无损检测是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置与方法。
本发明提供了一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置，包括测量待测曳引钢带电容值的微电容测量采集电路，所述微电容测量采集电路包括以待测曳引钢带为介电质的电极板组件和电容采集电路，所述电容采集电路包括电容数字转换芯片和单片机，所述单片机通过所述电容数字转换芯片与所述电极板组件连接，所述电容数字转换芯片读取所述电极板组件的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给所述单片机，所述单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
作为本发明的进一步改进，所述电极板组件的外层包裹有屏蔽层，所述电极板组件包括至少两块规格相同的与待测曳引钢带平行布置的电极板，任意两块电极板之间组成以待测曳引钢带为介电质的电容器。
作为本发明的进一步改进，其中一块电极板为源电极板，该源电极板接激励电压V，其余电极板均为检测电极板，检测电极板为虚地状态。
作为本发明的进一步改进，所述电容数字转换芯片的型号为AD7746，所述单片机的型号为MK60。
本发明还提供了一种基于微电容的曳引钢带无损检测方法，通过电容数值的变化和电容量的变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
作为本发明的进一步改进，布置多块与待测曳引钢带平行的规格相同的电极板，待测曳引钢带为任意两块电极板之间的介电质，通过电容数字转换芯片读取任意两块电极板的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给单片机，通过单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
作为本发明的进一步改进，通过利用麦克斯韦方程等电磁公式，建立微电容测量曳引钢带传感器的数学模型，利用数值分析进行求解得出电容的计算公式，利用ANSYS仿真软件建立基于微电容的曳引钢带无损检测数学模型，并利用有元分析方法对基于微电容的曳引钢带无损检测数学模型进行剖分，并分析其电场强度、电容测量，利用仿真软件模拟出曳引钢带的缺陷故障，并利用电容值的变化和变化趋势区分出来。
作为本发明的进一步改进，将AD7746电容数字转换芯片采集后的数据通过I2C接口发送MK60单片机进行处理，并利用上位机以折现图的形式显示出来，通过判断曲线的变化量和变化率来分析待测曳引钢带是否出现问题，如果出现问题在利用变化趋势不同判断是故障中的哪一类型。
本发明的有益效果是：通过上述方案，基于微电容的曳引钢带无损检测，能够准确测量出待测曳引钢带是否出现损伤，同时在测量时能够保证传感器与测量对象的无接触式、无损伤式，保证了待测对象的完整性，实现了曳引钢带的无损检测。
附图说明
图1是本发明一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置，包括测量待测曳引钢带电容值的微电容测量采集电路，所述微电容测量采集电路包括以待测曳引钢带3为介电质的电极板组件1和电容采集电路，所述电容采集电路包括电容数字转换芯片和单片机，所述单片机通过所述电容数字转换芯片与所述电极板组件1连接，所述电容数字转换芯片读取所述电极板组件1的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给所述单片机，所述单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带3是否出现损伤。
如图1所示，所述电极板组件1的外层包裹有屏蔽层2，电极板组件1包括在待测曳引钢带3下面放置八块规格相同的电极板，其中一块为源电极板11，施加激励电压V，其余为检测电极板12，每两块电极板组成电容器，上方的待测曳引钢带3即为电极板之间的介电质，八块电极板可以读取28组电容值。其中检测电极板12为虚地状态。通过使用AD7746电容数字转换芯片和MK60单片机组成的微电容测量采集电路读取两块电极板之间的电容值，通过读取待测曳引钢带电容值后，和读取正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带的健康状态
一种基于微电容的曳引钢带无损检测方法，通过电容数值的变化和电容量的变化趋势来判断曳引钢带内部的故障，包括断丝、锈蚀和外部磨损等。AD7746采集完电容数值以后，通过I2C技术将采集数据发送给MK60单片机，MK60将采集后数据进行处理得到电容值，通过与正常曳引钢带的电容值进行比较，判断待测曳引钢带3是否内部出现相关问题。
一种基于微电容的曳引钢带无损检测方法，通过利用麦克斯韦方程等电磁公式，建立微电容测量曳引钢带传感器的数学模型，利用数值分析进行求解得出电容的计算公式。利用ANSYS仿真软件建立该传感器的数学模型，并利用有元分析方法对模型进行剖分，并分析其电场强度、电容测量等参数，利用仿真软件模拟出曳引钢带的几种缺陷故障，并利用电容值的变化和变化趋势区分出来。仿真实验验证以后，以AD7746芯片和MK60单片机为核心搭建传感器实物模型，通过仿真得出同面多电极电容传感器的最优参数应用在实物设计中。将AD7746采集后的数据通过I2C发送MK60单片机进行处理并利用上位机以折现图的形式显示出来，通过判断曲线的变化量和变化率来分析所测量的曳引钢带是否出现问题，如果出现问题在利用变化趋势不同判断是故障中的哪一类型。
通过利用ANSYS软件搭建同面八电极电容传感器模型，通过对模型有元分析得出其电场强度矢量图和等电势云图。在推导出传感器的数学模型以后得出数值解。从数学理论上证明了利用电容法判断曳引钢带内部是否出现损伤情况的可行性。在仿真实验中模拟曳引钢带的几种典型故障情况，算出电容值，分析并判断不同故障情况下其电容值和电容变化率不同。同时在仿真中分析电极参数对于传感器灵敏度的影响，并选取最优参数使得微电容测量曳引钢带传感器灵敏度最高。
在仿真以后，搭建微电容测量曳引钢带传感器实物。供电模块用7.2V锂电池，利用AMS117降压电路得出所需要的3.3V。MK60单片机和AD7746之间的通讯通过I2C实现，该通讯模块保证了传输速度和效率。MK60单片机将采集后的数据进行滤值优化和归一化算法得出待测曳引钢带3的电容值，并通过LCD液晶屏显示出来，后期为了实际测量的简便性，设计了微电容传感器上位机。通过上位机可以直观清楚的显现电容这一参数，并根据变化判断待测曳引钢带3出现故障中的哪一问题。
由于曳引钢带的电容为十几pf，因此测量电路的正确选取很有必要，基于AD7746所涉及的微电容测量电路能够精确测量待测对象的电容值，并利用AD8515放大器进行量程的扩大。使得检测装置应用对象更为广泛。该设计的可用于电梯、钢丝绳等较多社会领域。
本发明提供的一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置与方法，不仅能够准确测量出待测曳引钢带3是否出现损伤，并能够判断出现损伤故障是那一种类，同时在测量时能够保证传感器与测量对象的无接触式、无损伤式，保证了待测对象的完整性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于微电容的曳引钢带无损检测装置，其特征在于：包括测量待测曳引钢带电容值的微电容测量采集电路，所述微电容测量采集电路包括以待测曳引钢带为介电质的电极板组件和电容采集电路，所述电容采集电路包括电容数字转换芯片和单片机，所述单片机通过所述电容数字转换芯片与所述电极板组件连接，所述电容数字转换芯片读取所述电极板组件的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给所述单片机，所述单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
2.根据权利要求1所述的基于微电容的曳引钢带无损检测装置，其特征在于：所述电极板组件的外层包裹有屏蔽层，所述电极板组件包括至少两块规格相同的与待测曳引钢带平行布置的电极板，任意两块电极板之间组成以待测曳引钢带为介电质的电容器。
3.根据权利要求2所述的基于微电容的曳引钢带无损检测装置，其特征在于：其中一块电极板为源电极板，该源电极板接激励电压V，其余电极板均为检测电极板，检测电极板为虚地状态。
4.根据权利要求1所述的基于微电容的曳引钢带无损检测装置，其特征在于：所述电容数字转换芯片的型号为AD7746，所述单片机的型号为MK60。
5.一种基于微电容的曳引钢带无损检测方法，其特征在于：通过电容数值的变化和电容量的变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
6.根据权利要求5所述的基于微电容的曳引钢带无损检测方法，其特征在于：布置多块与待测曳引钢带平行的规格相同的电极板，待测曳引钢带为任意两块电极板之间的介电质，通过电容数字转换芯片读取任意两块电极板的待测曳引钢带电容值，并将该待测曳引钢带电容值发送给单片机，通过单片机将待测曳引钢带电容值与正常曳引钢带电容值进行比较，通过电容的变化量和变化趋势来判断待测曳引钢带是否出现损伤。
7.根据权利要求6所述的基于微电容的曳引钢带无损检测方法，其特征在于：通过利用麦克斯韦方程等电磁公式，建立微电容测量曳引钢带传感器的数学模型，利用数值分析进行求解得出电容的计算公式，利用ANSYS仿真软件建立基于微电容的曳引钢带无损检测数学模型，并利用有元分析方法对基于微电容的曳引钢带无损检测数学模型进行剖分，并分析其电场强度、电容测量，利用仿真软件模拟出曳引钢带的缺陷故障，并利用电容值的变化和变化趋势区分出来。
8.根据权利要求7所述的基于微电容的曳引钢带无损检测方法，其特征在于：将AD7746电容数字转换芯片采集后的数据通过I2C接口发送MK60单片机进行处理，并利用上位机以折现图的形式显示出来，通过判断曲线的变化量和变化率来分析待测曳引钢带是否出现问题，如果出现问题在利用变化趋势不同判断是故障中的哪一类型。
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