CN207717712U - 在役电磁超声换能器完好性检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电磁超声检测领域，涉及一种电磁超声换能器的完好性实时的检测系统。包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路。以单片机为主控芯片，利用传感器等进行数据采集，通过软件进行编程完成各部分功能，液晶屏进行显示，从而完成在役电磁超声换能器完好性检测系统设计。

Description

在役电磁超声换能器完好性检测系统

技术领域

本实用新型属于无损检测领域，涉及一种电磁超声换能器的完好性实时的检测系统，尤其涉及一种在役电磁超声换能器完好性检测系统。

背景技术

电磁超声换能器（EMAT）是利用电动力学法在导电金属中产生超声波的一种新型的装置，电磁超声换能器在实际检测工作中有十分重要的作用。电磁超声检测技术的核心即是电磁超声换能器。电磁超声检测技术能够广泛应用于高温、高压管道的测量。在检测过程中，电磁超声换能器长期处于高温高压环境下工作。电磁超声换能器采集数据的准确程度影响了电磁超声检测的准确性。电磁超声换能器的组成主要是各种各样的磁铁和线圈的组合，电磁超声结构完好性对于电磁超声检测的顺利进行起着决定性的作用，换能器进行信号处理的过程距离工作环境很远，所以要求硬件性能更加稳定，换能器一直工作在高温高压的环境下，在工作环境下激励线圈由于摩擦撞击等原因容易出现线圈短路或开路情况，当激励线圈损坏并长时间处于开路或短路状态时，具有危险性；当换能器处于高温检测环境时，换能器内永磁铁易发生退磁情况，导致换能器失效。基于电磁超声换能原理，其激励线圈工作于数百伏的高压脉冲状态。一旦发生故障，电磁超声换能器失效，百伏高压激励脉冲极易导致危险状况发生，轻则损坏仪器，重则造成工作人员伤亡。因此对于在役电磁超声换能器的完好性检测是十分必要的。

发明内容

实用新型目的：

换能器的磁铁和线圈在高温高压恶劣工作环境中易损坏，一旦损坏具有危险性。为了防止检测数据出错和结构损坏带来的危险，对换能器进行控制，检测出换能器损坏后断开电源，可以防止损坏其他部件，也防止了采集数据出错，可以做到及时发现故障并修正，设计出一种在役电磁超声换能器完好性检测系统。

技术方案：

一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路；

主机电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路相连，主机电路接受激励线圈工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路和按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；或主机电路接受激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；

激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路相连，激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路还同时与切换电路相连，切换电路输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路或切换电路；激励线圈工作期间检测电路和切换电路或激励线圈非工作期间检测电路和切换电路构成激励线圈检测电路；

电源电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、主机电路和故障显示电路相连供电。

所述激励线圈工作期间检测电路由变压器L1对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成单向桥式整流电路，整流电路后并联10μF电容C4和0.1μF电容C5，电容C4和电容C5两端分别共同串联1k电阻R8和1k电阻R9并接入LM358的同相输入端IN1-和反相输入端IN1+，LM358输出端OUT1串联一个10k电阻R11再与反相输入端IN1-相连；接地端GND接地，接地端GND与同相输入端IN1+间串联有一个10k电阻R10；输出端OUT1与单片机P10口相连；同相输入端IN2+接入磁铁磁性检测电路信号，输出端OUT2和反相输入端IN2-相连构成电压跟随器，输出端OUT2与单片机P11口相连；电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C6后接地滤去高频干扰；桥式一端与一个1k电阻R16串联后接电源。

所述激励线圈非工作期间检测电路为激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，激励线圈非工作期间检测电路的阻值1k电阻R19串联切换电路的滑动变阻器R17的滑动端相连，电阻R19另一端接入LM358同相输入端IN1+；LM358接地端GND接地同时串联一个阻值10k电阻R20，电阻R20另一端与同相输入端IN1+相连；反相输入端IN1-串联一个阻值为1k电阻R18，电阻R18另一端接地，输出端OUT1串联一个阻值为10k电阻R21，电阻R21另一端接入反相输入端IN1-；输出端OUT1还与单片机P10口相连；LM358电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C7后接地滤去高频干扰。

所述切换电路用电磁继电器组成，根据换能器的工作周期对检测电路进行切换；电磁继电器一端接电源，另一端串联一个2N3904三极管Q2和一个10k电阻R15后与单片机P12接口相连；接插件Header2引脚4和引脚5内部相连，滑动变阻器R17固定端一端与滑动端相连，同时连接接插件Header2引脚4和激励线圈非工作期间检测电路中的电阻R19，滑动变阻器R17另一端接电源后与开关K1闸刀3相连；开关K1闸刀1与接插件Header2引脚5相连；开关K1闸刀2与变压器L1相连，变压器L1另一端与接插件Header2引脚4相连。

所述磁铁磁性检测电路为准确测量磁铁磁场，利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量；霍尔元件3144电源端4接电源，接地端6接地，输出端5与单限比较器同相输入端8相连；单限比较器电源端9接电源且串联阻值为10k电阻R4，电阻R4另一端与发光二极管LED1相连，发光二极管LED1另一端与单限比较器输出端11相连，输出端11还连接有一个容值0.1μF电容C1，电容C1另一端接地；单限比较器接地端10接地，反相输入端7与滑动变阻器R3滑动端相连，滑动变阻器R3固定端一端接电源，另一端接地；单限比较器输出端11还与接插件Header3引脚2相连，接插件Header3引脚2与激励线圈工作期间检测电路中的LM358同相输入端IN2+相连，接插件Header3引脚1与电源相连，Header3引脚3接地。

所述蜂鸣器报警电路选择用PNP型三极管Q3作为蜂鸣器 LS1导通的开关，即将PNP型三极管Q3的基极端串联一个阻值为4.7k的电阻R22，电阻R22另一端与单片机的P32口相连，三极管Q3发射极与蜂鸣器LS1相连，蜂鸣器LS1另一端与电源相连，三极管集电极接地。

所述故障显示电路采用LCD1602液晶屏对检测出的故障类型进行显示；其中V0脚即第三个引脚连接滑动变阻器R2滑动端，滑动变阻器R2固定端一端接电源，另一端接地。

所述主机电路包括有主控制器采用单片机STC12C5A60S2进行电压采集，单片机将线圈检测电路输出的模拟信号利用单片机内部自带A/D进行模数转换；单片机电路连接符合单片机最小系统电路连接方法，即单片机接地端GND接地；电源端VCC接电源且串联的电容C2，电容C2另一端接地； 1脚 P10与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1、激励线圈非工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1相连，对激励线圈检测电路输出信号进行模数转换；2脚 P11与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT2相连，接收信号进行模数转换；3脚 P12与切换电路电阻R15相连，控制电磁继电器工作；复位引脚9 REST与容值1μF电容C3相连，复位引脚9REST还连接有一个阻值为10k的电阻R1，电阻R1另一端接地，电容C3另一端接电源VCC，复位引脚9 REST与电容C3，电阻R1构成复位电路；12脚P32与蜂鸣器报警电路相连；18脚XTAL2连接一个外部晶振Y1且与容值为30pF的电容C13相连，电容C13另一端接地；外部晶振Y1另一端与19脚XTAL1相连；19脚与一个容值为30pF的电容C14相连，电容C14另一端接地；18脚XTAL2、19脚XTAL1、晶振Y1、电容C13和C14组成振荡电路；25脚 P24串联发光二极管D1和阻值1k电阻R7后接电源，21脚 P20、22脚P21和23脚P23分别串联双刀双掷开关SW-DPST；

所述按键电路模式选择开关KEY MOD、‘ - ’操作开关KEY SUB、‘ + ’操作开关KEYADD分别串联一个双刀双掷开关SW-DPST后接地，开关另一端对应接入主机电路中单片机的21脚、22脚和23脚。

所述电源电路电源接通后对电路供电，串联100μF电容C1接地滤去高频干扰；电源与接插件Header 4引脚1相连，且与一个容值为100μF的电容C1相连，电容C1另一端接地；发光二极管D4一端串联一个阻值为1k的电阻R6，电阻R6另一端接地，发光二极管D4另一端与电源相连；接插件Header 4 引脚1和引脚2相连；引脚3和引脚4相连后接地；由接插件Header 4 引出导线为系统各部分供电。

优点及效果：

1.针对电磁换能器一直工作在高温高压的环境下，线圈和磁铁会发生损坏这一特点设计了这种在役电磁超声换能器完好性检测系统，对电磁超声换能器进行实时检测，及早发现换能器的损坏；

2.对电磁超声换能器磁铁磁性的检测，及时发现磁铁是否处于良好的工作状态，避免因磁铁消磁影响测量结果，同时消除换能器因磁铁消磁无法吸附工件而造成的人员伤亡和财产损失；

1. 电磁超声换能器工作时，激励线圈工作于数百伏的高压脉冲状态，激励线圈非工作期间的检测可以防止在工作开始时，施加的高压因为线圈短路，断路而对工件和人员造成的伤害；

2. 电磁超声换能器工作期间，激励线圈也有可能发生短路，断路的情况，对于激励线圈工作期间的检测可以避免因为工作时线圈突然发生故障而造成的工件损伤和人员伤亡；

3. 在役电磁超声换能器完好性检测系统对电磁超声换能器的检测可以判断电磁超声换能器的完好性，提高检测结果和检测精度；

4. 检在测系统检测出换能器损坏后断开电源，可以防止损坏其他部件，也防止了采集数据出错，可以做到及时发现故障并修正；

5. 检测系统操作简单，故障显示在LCD屏幕上，同时还有蜂鸣器报警电路进行报警，便于及时发现故障，知悉故障原因，保护电磁超声换能器、被测工件和工作人员的安全。

附图说明

图1为检测系统整体示意图；

图2为激励线圈工作期间检测电路图；

图3为激励线圈非工作期间检测电路图；

图4为切换电路图；

图5磁铁磁性检测电路图；

图6蜂鸣器报警电路图；

图7故障显示电路图；

图8主机电路图；

图9电源电路图；

图10按键电路图。

所述标注为：101：激励线圈工作期间检测电路、102：切换电路、103：激励线圈非工作期间检测电路、104：磁铁磁性检测电路、105：电源电路、106：主机电路、107：按键电路、108：故障显示电路、109：蜂鸣器报警电路。

具体实施方式

如图1所示，一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，包括激励线圈工作期间检测电路101、切换电路102、激励线圈非工作期间检测电路103、磁铁磁性检测电路104、电源电路105、主机电路106、按键电路107、故障显示电路108和蜂鸣器报警电路109；

主机电路106与激励线圈工作期间检测电路101、激励线圈非工作期间检测电路103、磁铁磁性检测电路104、电源电路105、按键电路107、故障显示电路108和蜂鸣器报警电路109相连，主机电路106接受激励线圈工作期间检测电路101、磁铁磁性检测电路104和按键电路107发出的信号并发送到故障显示电路108和蜂鸣器报警电路109；或主机电路106接受激励线圈非工作期间检测电路103、磁铁磁性检测电路104、按键电路107发出的信号并发送到故障显示电路108和蜂鸣器报警电路109；

激励线圈工作期间检测电路101与激励线圈非工作期间检测电路103相连，激励线圈工作期间检测电路101与激励线圈非工作期间检测电路103还同时与切换电路102相连，切换电路102输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路101或切换电路103；激励线圈工作期间检测电路101和切换电路102或激励线圈非工作期间检测电路103和切换电路102构成激励线圈检测电路；

电源电路105与激励线圈工作期间检测电路101、激励线圈非工作期间检测电路103、磁铁磁性检测电路104、主机电路106和故障显示电路108相连供电。

如图2所示，所述激励线圈工作期间检测电路101由变压器L1对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成单向桥式整流电路，整流电路后并联10μF电容C4和0.1μF电容C5，电容C4和电容C5两端分别共同串联1k电阻R8和1k电阻R9并接入LM358的同相输入端IN1-和反相输入端IN1+，LM358输出端OUT1串联一个10k电阻R11再与反相输入端IN1-相连；接地端GND接地，接地端GND与同相输入端IN1+间串联有一个10k电阻R10；输出端OUT1与单片机P10口相连；同相输入端IN2+接入磁铁磁性检测电路信号，输出端OUT2和反相输入端IN2-相连构成电压跟随器，输出端OUT2与单片机P11口相连，输出信号接入单片机A/D转换接口进行模数转换；电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C6后接地滤去高频干扰；桥式一端与一个1k电阻R16串联后接电源，使桥路处于临界导通状态，减小信号损失，提高信号损失比。

如图3所示，所述激励线圈非工作期间检测电路103为激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，LM358是一种双运算放大器。有独立的电源端与接地端。在它的内部具有两个独立的、增益高、能够补偿内部频率的双运算放大器，它不仅适用于电压范围很宽的单电源，在双电源工作模式中也同样适用，在工作条件正常的情况下，电源的电流与电压不相关。激励线圈非工作期间检测电路的阻值1k电阻R19串联切换电路的滑动变阻器R17的滑动端相连，电阻R19另一端接入LM358同相输入端IN1+；LM358接地端GND接地同时串联一个阻值10k电阻R20，电阻R20另一端与同相输入端IN1+相连；反相输入端IN1-串联一个阻值为1k电阻R18，电阻R18另一端接地，输出端OUT1串联一个阻值为10k电阻R21，电阻R21另一端接入反相输入端IN1-；输出端OUT1还与单片机P10口相连；LM358电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C7后接地滤去高频干扰。电阻R17可变电阻起到保护电路作用，将电阻R18、R19设置为相同阻值，电阻R20、R21设置为相同阻值,经过差分比例运算电路可获得激励线圈两端电压，输出电压直接与单片机I/O口连接。

如图4所示，所述切换电路102用电磁继电器组成，根据换能器的工作周期对检测电路进行切换；电磁继电器一端接电源，另一端串联一个2N3904三极管Q2和一个10k电阻R15后与单片机P12接口相连；接插件Header2引脚4和引脚5内部相连，滑动变阻器R17固定端一端与滑动端相连，同时连接接插件Header2引脚4和激励线圈非工作期间检测电路中的电阻R19，滑动变阻器R17另一端接电源后与开关K1闸刀3相连；开关K1闸刀1与接插件Header2引脚5相连；开关K1闸刀2与变压器L1相连，变压器L1另一端与接插件Header2引脚4相连；P12口输出高电平时晶体管导通，电磁继电器工作，开关K1闸刀1和3相连时，激励线圈非工作期间检测电路工作；P12口输出低电平时，晶体管不导通，电磁继电器不工作，开关K1闸刀1和2相连，激励线圈工作期间检测电路工作；高频高压交流脉冲信号通过变压器降压至整流电路。

如图5所示，所述磁铁磁性检测电路104为准确测量磁铁磁场，利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量；霍尔元件3144电源端4接电源，接地端6接地，输出端5与单限比较器同相输入端8相连；单限比较器电源端9接电源且串联阻值为10k电阻R4，电阻R4另一端与发光二极管LED1相连，发光二极管LED1另一端与单限比较器输出端11相连，输出端11还连接有一个容值0.1μF电容C1，电容C1另一端接地；单限比较器接地端10接地，反相输入端7与滑动变阻器R3滑动端相连，滑动变阻器R3固定端一端接电源，另一端接地；单限比较器输出端11还与接插件Header3引脚2相连，接插件Header3引脚2与激励线圈工作期间检测电路中的LM358同相输入端IN2+相连，接插件Header3引脚1与电源相连，Header3引脚3接地；当霍尔元件检测到磁场时，输出信号，经过单限比较器后输出电压，发光二极管LED1所在电路没有电流，电路不工作，LED1不亮，信号输出至激励线圈工作期间检测电路的运算放大器LM358同相输入端IN2+；当霍尔元件未检测到磁场时，没有信号输出，单限比较器输出端为负，发光二极管LED1所在电路导通，LED1发光，起到报警作用。

如图6所示，所述蜂鸣器报警电路109选择用PNP型三极管Q3作为蜂鸣器 LS1导通的开关，即将PNP型三极管Q3的基极端串联一个阻值为4.7k的电阻R22，电阻R22另一端与单片机的P32口相连，三极管Q3发射极与蜂鸣器LS1相连，蜂鸣器LS1另一端与电源相连，三极管集电极接地，当单片机给蜂鸣器LS1对应的I/O一个低电平时，三极管Q3的基极对应低电平，三极管Q3饱和导通，使蜂鸣器LS1开始工作，当给三极管Q3的基极高电平时，三极管Q3不导通，蜂鸣器LS1暂停工作。在检测到线圈出现短路或断路，或者磁体消磁的情况时电路报警。

如图7所示，所述故障显示电路108采用LCD1602液晶屏对检测出的故障类型进行显示；其中V0脚即第三个引脚连接滑动变阻器R2滑动端，滑动变阻器R2固定端一端接电源，另一端接地；调节液晶的显示对比度，通过改变滑动变阻器的阻值来改变电压值，从而使液晶显示在最清晰的状态。

如图8所示，所述主机电路106包括有主控制器采用单片机STC12C5A60S2进行电压采集，单片机将线圈检测电路输出的模拟信号利用单片机内部自带A/D进行模数转换；单片机电路连接符合单片机最小系统电路连接方法，即单片机接地端GND接地；电源端VCC接电源且串联的电容C2，用于滤去高频干扰，电容C2另一端接地； 1脚 P10与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1、激励线圈非工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1相连，对激励线圈检测电路输出信号进行模数转换；2脚 P11与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT2相连，接收信号进行模数转换；3脚 P12与切换电路电阻R15相连，控制电磁继电器工作；复位引脚9 REST与容值1μF电容C3相连，复位引脚9REST还连接有一个阻值为10k的电阻R1，电阻R1另一端接地，电容C3另一端接电源VCC，复位引脚9 REST与电容C3，电阻R1构成复位电路；12脚P32与蜂鸣器报警电路相连；18脚XTAL2连接一个外部晶振Y1且与容值为30pF的电容C13相连，电容C13另一端接地；外部晶振Y1另一端与19脚XTAL1相连；19脚与一个容值为30pF的电容C14相连，电容C14另一端接地；18脚XTAL2、19脚XTAL1、晶振Y1、电容C13和C14组成振荡电路；25脚 P24串联发光二极管D1和阻值1k电阻R7后接电源，工作时导通，二极管发光用作电源指示灯；21脚 P20、22脚P21和23脚P23分别串联双刀双掷开关SW-DPST，用作“模式选择”、“—”和“ + ”；26~28脚、32~39脚与液晶显示屏LCD602相连控制故障显示电路；

如图10所示，所述按键电路107模式选择开关KEY MOD、‘ - ’操作开关KEY SUB、‘+ ’操作开关KEY ADD分别串联一个双刀双掷开关SW-DPST后接地，开关另一端对应接入主机电路106中单片机的21脚、22脚和23脚。

如图9所示，所述电源电路105电源接通后对电路供电，串联100μF电容C1接地滤去高频干扰；电源与接插件Header 4引脚1相连，且与一个容值为100μF的电容C1相连，电容C1另一端接地；发光二极管D4一端串联一个阻值为1k的电阻R6，电阻R6另一端接地，发光二极管D4另一端与电源相连；接插件Header 4 引脚1和引脚2相连；引脚3和引脚4相连后接地；由接插件Header 4 引出导线为系统各部分供电；供电时发光二极管D4所在电路留过电流，发光二极管D4工作发光用作电源工作指示灯。

在役电磁超声换能器完好性检测系统检测方法，检测方法如下：

1）.启动电源电路为主机电路供电；

2）.将磁铁靠近磁性检测电路的霍尔元件，磁铁磁性检测电路输出信号，经过单片机模数转换后结果传输至故障电路的LCD1602液晶屏中若故障电路的LCD1602液晶屏显示磁铁完好，则磁铁无故障；若故障电路的LCD1602液晶屏显示磁铁故障，蜂鸣器报警，则需要更换磁铁；

3）.通过按键电路的按键进行模式选择，控制单片机输出电位，单片机输出信号至切换电路，通过输出高低电平控制切换电路三极管的导通或阻断，进而控制切换电路电磁铁的通断，改变开关的闸刀状态，从而选择激励线圈非工作期间检测电路或激励线圈工作期间检测电路，以检测电磁超声换能器的激励线圈是否完好；

4）.当激励线圈不工作时，使用激励线圈非工作期间检测电路检测激励线圈，激励线圈非工作期间检测电路输出信号，经过单片机模数转换后结果传输至故障电路的LCD1602液晶屏中，若液晶屏显示激励线圈完好，则激励线圈能够工作；若液晶屏显示激励线圈故障，蜂鸣器电路报警，则需要更换激励线圈；

当激励线圈工作时，使用激励线圈工作期间检测电路检测激励线圈，激励线圈工作期间检测电路输出信号，经过单片机模数转换后结果传输至故障电路的LCD1602液晶屏中，若液晶屏显示激励线圈完好，则激励线圈能够继续工作；若液晶屏显示激励线圈故障，蜂鸣器电路报警，则需要更换激励线圈。

本实用新型工作原理：

本设计是一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，动态检测电磁超声换能器完好性。系统以低功耗自带A/D转换的STC12C5A60S2单片机为核心，对电磁超声换能器各个组成部件进行实时的完好性检测，当磁铁发生退磁情况，通过霍尔传感器检测到磁铁磁性消失；线圈发生短路或者短路情况时，测量电压与正常电压值不相等（测量值小于被测电压线圈短路，测量值为零时线圈短路）,单片机立即发出控制信号，控制电磁超声换能器停止工作，确保安全，实现在役电磁超声换能器完好性检测设计。

检测系统包括激励线圈完好性检测电路，磁铁磁性检测电路，主机电路，蜂鸣器报警电路和故障显示电路。

激励线圈工作期间利用整流滤波电路将交流脉冲信号转换为直流输出，电路不仅能够输出较大的电流，还可以将交流电压转化为平滑的直流电压。变压器对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成的桥路为单向桥式整流电路，由于整流电路的输出电压虽然是单一方向的，但是仍含有较大的交流成分，因此在整流电路后利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压，滤波电路即在整流电路的输出端并联一个电容构成电容滤波电路，电路利用电解电容，利用电容的容量很大和充放电的作用，最终使输出的电压接近平缓。激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，经过差分比例运算电路可获得激励线圈两端电压，输出电压直接与单片机IO口连接。换能器工作周期内检测电路的切换使用电磁继电器实现。

磁铁磁性检测电路利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量，输出开关信号送入单片机。

主机电路使用单片机STC12C5A60S2进行电压采集，单片机将线圈检测电路输出的模拟信号利用单片机内部自带A/D进行模数转换。应用单片机的A/D转换部分进行电压检测。STC12C5A60S2单片机的模数转换口在P1口具有10位8路高速的模数转换。该单片机的A/D转换是电压输入型的，转换速度非常快，可以达到25万次每秒钟。复位后的P1口是弱上拉型的I/O口，通过软件可以将P2口上的任何一位设置成A/D转换口，不用做模数转换的其他位仍然可用作普通的I/O口使用。通过软件编程烧入单片机内，使主机电路得以实现各部分功能。

蜂鸣报警电路驱动电路包括三个主要部分，分别为三极管、一个蜂鸣器、一个限流电阻。蜂鸣器是一种可以发出声音的元件，在有源蜂鸣器两端加上直流电压或者在无源蜂鸣器上加上方波就能够发出声音。因为单片机的I/O口默认的是高电平，选择用PNP型三极管作为蜂鸣器导通的开关，即将PNP型三极管的基极端与单片机的I/O口相连，当单片机给蜂鸣器对应的I/O一个低电平时，三极管的基极对应低电平，三极管饱和导通，使蜂鸣器开始工作，当给三极管的基极高电平时，三极管不导通，蜂鸣器暂停工作。

故障显示电路采用LCD1602液晶屏对检测出的故障类型进行显示。

以上内容是结合优选技术方案对本实用新型所做的详细说明，不能认定实用新型的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本实用新型思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：包括激励线圈工作期间检测电路、切换电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、主机电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路；

主机电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、电源电路、按键电路、故障显示电路和蜂鸣器报警电路相连，主机电路接受激励线圈工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路和按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；或主机电路接受激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、按键电路发出的信号并发送到故障显示电路和蜂鸣器报警电路；

激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路相连，激励线圈工作期间检测电路与激励线圈非工作期间检测电路还同时与切换电路相连，切换电路输出控制信号至激励线圈工作期间检测电路或切换电路；激励线圈工作期间检测电路和切换电路或激励线圈非工作期间检测电路和切换电路构成激励线圈检测电路；

电源电路与激励线圈工作期间检测电路、激励线圈非工作期间检测电路、磁铁磁性检测电路、主机电路和故障显示电路相连供电。

2.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述激励线圈工作期间检测电路由变压器L1对高频高压交流脉冲信号进行降压，4个1N4007整流二极管组成单向桥式整流电路，整流电路后并联10μF电容C4和0.1μF电容C5，电容C4和电容C5两端分别共同串联1k电阻R8和1k电阻R9并接入LM358的同相输入端IN1-和反相输入端IN1+，LM358输出端OUT1串联一个10k电阻R11再与反相输入端IN1-相连；接地端GND接地，接地端GND与同相输入端IN1+间串联有一个10k电阻R10；输出端OUT1与单片机P10口相连；同相输入端IN2+接入磁铁磁性检测电路信号，输出端OUT2和反相输入端IN2-相连构成电压跟随器，输出端OUT2与单片机P11口相连；电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C6后接地滤去高频干扰；桥式一端与一个1k电阻R16串联后接电源。

3.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述激励线圈非工作期间检测电路为激励线圈在非工作期间外加周期性直流电压对线圈两端电压进行测量，利用集成运放LM358构成了差分比例运算电路，激励线圈非工作期间检测电路的阻值1k电阻R19串联切换电路的滑动变阻器R17的滑动端相连，电阻R19另一端接入LM358同相输入端IN1+；LM358接地端GND接地同时串联一个阻值10k电阻R20，电阻R20另一端与同相输入端IN1+相连；反相输入端IN1-串联一个阻值为1k电阻R18，电阻R18另一端接地，输出端OUT1串联一个阻值为10k电阻R21，电阻R21另一端接入反相输入端IN1-；输出端OUT1还与单片机P10口相连；LM358电源接口VCC与电源相连，串联一个0.1μF电容C7后接地滤去高频干扰。

4.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述切换电路用电磁继电器组成，根据换能器的工作周期对检测电路进行切换；电磁继电器一端接电源，另一端串联一个2N3904三极管Q2和一个10k电阻R15后与单片机P12接口相连；接插件Header2引脚4和引脚5内部相连，滑动变阻器R17固定端一端与滑动端相连，同时连接接插件Header2引脚4和激励线圈非工作期间检测电路中的电阻R19，滑动变阻器R17另一端接电源后与开关K1闸刀3相连；开关K1闸刀1与接插件Header2引脚5相连；开关K1闸刀2与变压器L1相连，变压器L1另一端与接插件Header2引脚4相连。

5.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述磁铁磁性检测电路为准确测量磁铁磁场，利用霍尔传感器3144模块对磁铁磁场进行测量；霍尔元件3144电源端4接电源，接地端6接地，输出端5与单限比较器同相输入端8相连；单限比较器电源端9接电源且串联阻值为10k电阻R4，电阻R4另一端与发光二极管LED1相连，发光二极管LED1另一端与单限比较器输出端11相连，输出端11还连接有一个容值0.1μF电容C1，电容C1另一端接地；单限比较器接地端10接地，反相输入端7与滑动变阻器R3滑动端相连，滑动变阻器R3固定端一端接电源，另一端接地；单限比较器输出端11还与接插件Header3引脚2相连，接插件Header3引脚2与激励线圈工作期间检测电路中的LM358同相输入端IN2+相连，接插件Header3引脚1与电源相连，Header3引脚3接地。

6.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述蜂鸣器报警电路选择用PNP型三极管Q3作为蜂鸣器 LS1导通的开关，即将PNP型三极管Q3的基极端串联一个阻值为4.7k的电阻R22，电阻R22另一端与单片机的P32口相连，三极管Q3发射极与蜂鸣器LS1相连，蜂鸣器LS1另一端与电源相连，三极管集电极接地。

7.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述故障显示电路采用LCD1602液晶屏对检测出的故障类型进行显示；其中V0脚即第三个引脚连接滑动变阻器R2滑动端，滑动变阻器R2固定端一端接电源，另一端接地。

8.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述主机电路包括有主控制器采用单片机STC12C5A60S2进行电压采集，单片机将线圈检测电路输出的模拟信号利用单片机内部自带A/D进行模数转换；单片机电路连接符合单片机最小系统电路连接方法，即单片机接地端GND接地；电源端VCC接电源且串联的电容C2，电容C2另一端接地； 1脚 P10与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1、激励线圈非工作期间检测电路运放LM358输出端OUT1相连，对激励线圈检测电路输出信号进行模数转换；2脚P11与激励线圈工作期间检测电路运放LM358输出端OUT2相连，接收信号进行模数转换；3脚P12与切换电路电阻R15相连，控制电磁继电器工作；复位引脚9 REST与容值1μF电容C3相连，复位引脚9REST还连接有一个阻值为10k的电阻R1，电阻R1另一端接地，电容C3另一端接电源VCC，复位引脚9 REST与电容C3，电阻R1构成复位电路；12脚P32与蜂鸣器报警电路相连；18脚XTAL2连接一个外部晶振Y1且与容值为30pF的电容C13相连，电容C13另一端接地；外部晶振Y1另一端与19脚XTAL1相连；19脚与一个容值为30pF的电容C14相连，电容C14另一端接地；18脚XTAL2、19脚XTAL1、晶振Y1、电容C13和C14组成振荡电路；25脚 P24串联发光二极管D1和阻值1k电阻R7后接电源，21脚 P20、22脚P21和23脚P23分别串联双刀双掷开关SW-DPST；

所述按键电路模式选择开关KEY MOD、‘ - ’操作开关KEY SUB、‘ + ’操作开关KEY ADD分别串联一个双刀双掷开关SW-DPST后接地，开关另一端对应接入主机电路中单片机的21脚、22脚和23脚。

9.根据权利要求1所述的在役电磁超声换能器完好性检测系统，其特征在于：所述电源电路电源接通后对电路供电，串联100μF电容C1接地滤去高频干扰；电源与接插件Header 4引脚1相连，且与一个容值为100μF的电容C1相连，电容C1另一端接地；发光二极管D4一端串联一个阻值为1k的电阻R6，电阻R6另一端接地，发光二极管D4另一端与电源相连；接插件Header 4 引脚1和引脚2相连；引脚3和引脚4相连后接地；由接插件Header 4 引出导线为系统各部分供电。