基于弱磁技术的共享单车焊缝检测系统研究
发布时间：2021-10-24 21:37
当前自行车焊缝检测都是采取抽检形式,将自行车零部件或者整车送至自行车质量检验中心进行射线、超声、电磁等常规方法的无损检测。随着共享单车的迅速普及,数以亿计的自行车使用一段时间后均需要进行检测,以保障人们骑行的安全。然而,这些传统的无损检测方法存在检测效率低、成本高、检测工艺复杂等问题。为了解决共享单车的检测时存在的这些问题,针对共享单车数量庞大,焊缝结构复杂的特点,本文研制了一套基于弱磁检测技术的共享单车焊缝检测系统,实现对自行车焊缝的快速、有效检测。与传统的无损检测方法相比,弱磁检测技术具有检测速度快、无需励磁、无需耦合剂等特点。本文创新性地将弱磁检测技术引入到共享单车的检测中。首先,阐述了弱磁检测技术的基本原理,并分析了运用弱磁检测方法对共享单车焊缝进行检测的可行性。随后,根据共享单车焊缝检测系统的整体功能要求,设计了共享单车焊缝检测系统的总体方案。该检测系统主要分为硬件和软件两个部分。其中硬件部分对推挽全桥式磁电阻芯片和推挽半桥式磁电阻芯片进行了分析,利用推挽全桥式磁电阻芯片设计了高精度TMR传感器来采集微弱的磁信号。软件部分是在C/S模式框架下进行开发,采用C#语言编写了共享单...
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全桥磁电阻传感器芯片
.2.2 TMR 传感器电路设计由于磁电阻元件的工艺、内部电路失调和高频干扰的影响,推挽桥式磁电阻在工作中不可能获得上一节描述的线性传输曲线，且磁电阻传感芯片采集到行车焊缝表面的磁场信号十分微弱。因此，必须对磁电阻芯片采集到的磁信行滤波、放大处理。图 3-9 所示为磁电阻（TMR）芯片的外围调理电路结构由一个 TMR 芯片、一个高通滤波网络、一个低通滤波网络和 2 个低噪声运大器组成。TMR 芯片的偏置电压通过并联一个电容的方式隔离偏置电路的高分。高通滤波网络由三个电阻值都为10K 的电阻 R101、R102、R105 和三容值都为10 F的电容 C101、C102、C105 分别串联而成,其截止频率.592HZ。类似的，低通滤波网络由三个阻值都为100K 的电阻 R103、R104107 和三个电容值都为10nF 的电容 C103、C104、C107 分别并联而成，其截率为1592HZ 。为了获得稳定的差分电压放大值。低噪声运算放大器的电路入了带通滤波的深度负反馈。
通过仿真可得带通频率为1Hz~32Hz 的放大增益为 78db~80db 如图3-10 所示。图 3-10 放大增益曲线获得稳定的输出电压outV 后，需要对采集到的电压值进行量化处理。笔者通过采用 MicroChip 公司的 PIC33EP32GP502 单片机和 ADI 公司的 AD7732 芯片构件高精度采集控制系统，并实现电压模拟信号的 24 位 ADC 转换。图 3-11 为单片机与 AD 芯片在电路中的连接电路。上位机与下位机的通信采用串口通信方式，并通过 MCP2200 芯片实现 USB至 UART（通用串行总线至通用异步接受器/发送器）的串口转换。图 3-12 为MCP2200 芯片与 MicroUSB 接口的连接电路图。将 TMR 传感器的原理电路图绘制生成 PCB 板，如图 3-13 所示。其中传感器端部为 TMR 芯片位置。图 3-14 为 TMR 传感器实物图。图 3-11 PIC33EP32GP502 单片机和 AD7732 芯片的连接电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]《钛及钛合金牌号和化学成分》新国标将于2017年11月1日起执行[J]. 本刊通讯员. 钛工业进展. 2017(04)
[2]铬钼钢焊接技术研究[J]. 沈艳军. 价值工程. 2016(23)
[3]基于小波变换的X射线数字图像焊缝缺陷边缘检测[J]. 张盼,陈志东,李晓旭,李鹏程,洪戈,付饶,李琳,张宁. 管道技术与设备. 2016(03)
[4]基于有限元仿真的薄板焊缝缺陷涡流检测信号分析[J]. 厚康,周海婷,王清,何丹,潘红良,秦宗慧. 仪表技术与传感器. 2016(05)
[5]浅谈铬钼钢在压力容器中的应用及设计中应注意的问题[J]. 陈玉荣,徐子欢. 河南科技. 2015(21)
[6]铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测仿真研究[J]. 谢建红,李来平,危荃,涂俊,宋凯. 失效分析与预防. 2015(06)
[7]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[8]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
[9]浅谈压力容器的焊接缺陷和预防措施[J]. 湛立宁,王晓凤,马振华. 中国外资. 2013(05)
[10]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
博士论文
[1]基于X射线图像的焊缝缺陷检测与识别研究[D]. 佟彤.上海交通大学 2014
[2]多铁垒隧道结的自旋输运[D]. 王建.苏州大学 2009
[3]基于超声TOFD法的焊缝缺陷表征研究[D]. 迟大钊.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于弱磁检测的小径管焊缝检测技术研究[D]. 王海登.南昌航空大学 2016
[2]信号二次相位耦合识别在机车故障诊断中的应用研究[D]. 许人杰.北京交通大学 2012
[3]MgO基隧道磁电阻特性的研究[D]. 吕华.兰州大学 2012
[4]带钢焊缝缺陷在线检测技术的研究[D]. 谭书涛.华东理工大学 2012
[5]磁性隧道结的隧穿磁电阻研究[D]. 张佩佩.四川师范大学 2011
[6]金属焊缝的红外无损检测技术的研究[D]. 闫富荣.天津理工大学 2011
[7]用于地磁测量的各向异性磁阻传感器研究[D]. 王帅英.华中科技大学 2008
本文编号：3456027
【文章来源】：南昌航空大学江西省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全桥磁电阻传感器芯片
.2.2 TMR 传感器电路设计由于磁电阻元件的工艺、内部电路失调和高频干扰的影响,推挽桥式磁电阻在工作中不可能获得上一节描述的线性传输曲线，且磁电阻传感芯片采集到行车焊缝表面的磁场信号十分微弱。因此，必须对磁电阻芯片采集到的磁信行滤波、放大处理。图 3-9 所示为磁电阻（TMR）芯片的外围调理电路结构由一个 TMR 芯片、一个高通滤波网络、一个低通滤波网络和 2 个低噪声运大器组成。TMR 芯片的偏置电压通过并联一个电容的方式隔离偏置电路的高分。高通滤波网络由三个电阻值都为10K 的电阻 R101、R102、R105 和三容值都为10 F的电容 C101、C102、C105 分别串联而成,其截止频率.592HZ。类似的，低通滤波网络由三个阻值都为100K 的电阻 R103、R104107 和三个电容值都为10nF 的电容 C103、C104、C107 分别并联而成，其截率为1592HZ 。为了获得稳定的差分电压放大值。低噪声运算放大器的电路入了带通滤波的深度负反馈。
通过仿真可得带通频率为1Hz~32Hz 的放大增益为 78db~80db 如图3-10 所示。图 3-10 放大增益曲线获得稳定的输出电压outV 后，需要对采集到的电压值进行量化处理。笔者通过采用 MicroChip 公司的 PIC33EP32GP502 单片机和 ADI 公司的 AD7732 芯片构件高精度采集控制系统，并实现电压模拟信号的 24 位 ADC 转换。图 3-11 为单片机与 AD 芯片在电路中的连接电路。上位机与下位机的通信采用串口通信方式，并通过 MCP2200 芯片实现 USB至 UART（通用串行总线至通用异步接受器/发送器）的串口转换。图 3-12 为MCP2200 芯片与 MicroUSB 接口的连接电路图。将 TMR 传感器的原理电路图绘制生成 PCB 板，如图 3-13 所示。其中传感器端部为 TMR 芯片位置。图 3-14 为 TMR 传感器实物图。图 3-11 PIC33EP32GP502 单片机和 AD7732 芯片的连接电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]《钛及钛合金牌号和化学成分》新国标将于2017年11月1日起执行[J]. 本刊通讯员. 钛工业进展. 2017(04)
[2]铬钼钢焊接技术研究[J]. 沈艳军. 价值工程. 2016(23)
[3]基于小波变换的X射线数字图像焊缝缺陷边缘检测[J]. 张盼,陈志东,李晓旭,李鹏程,洪戈,付饶,李琳,张宁. 管道技术与设备. 2016(03)
[4]基于有限元仿真的薄板焊缝缺陷涡流检测信号分析[J]. 厚康,周海婷,王清,何丹,潘红良,秦宗慧. 仪表技术与传感器. 2016(05)
[5]浅谈铬钼钢在压力容器中的应用及设计中应注意的问题[J]. 陈玉荣,徐子欢. 河南科技. 2015(21)
[6]铝合金焊缝裂纹的阵列涡流检测仿真研究[J]. 谢建红,李来平,危荃,涂俊,宋凯. 失效分析与预防. 2015(06)
[7]2005-2010年中国地磁测量与地磁场模型的应用[J]. 徐如刚,顾左文,黎哲君,谈昕,张毅,王雷,袁洁浩,翟洪涛,辛长江,苏树鹏. 地球物理学进展. 2014(05)
[8]超声相控阵检测技术的发展及应用[J]. 靳世久,杨晓霞,陈世利,黄玉秋,郭薇. 电子测量与仪器学报. 2014(09)
[9]浅谈压力容器的焊接缺陷和预防措施[J]. 湛立宁,王晓凤,马振华. 中国外资. 2013(05)
[10]最新国际地磁参考场模型IGRF11研究[J]. 刘元元,王仕成,张金生,郑玉航,乔玉坤. 地震学报. 2013(01)
博士论文
[1]基于X射线图像的焊缝缺陷检测与识别研究[D]. 佟彤.上海交通大学 2014
[2]多铁垒隧道结的自旋输运[D]. 王建.苏州大学 2009
[3]基于超声TOFD法的焊缝缺陷表征研究[D]. 迟大钊.哈尔滨工业大学 2007
硕士论文
[1]基于弱磁检测的小径管焊缝检测技术研究[D]. 王海登.南昌航空大学 2016
[2]信号二次相位耦合识别在机车故障诊断中的应用研究[D]. 许人杰.北京交通大学 2012
[3]MgO基隧道磁电阻特性的研究[D]. 吕华.兰州大学 2012
[4]带钢焊缝缺陷在线检测技术的研究[D]. 谭书涛.华东理工大学 2012
[5]磁性隧道结的隧穿磁电阻研究[D]. 张佩佩.四川师范大学 2011
[6]金属焊缝的红外无损检测技术的研究[D]. 闫富荣.天津理工大学 2011
[7]用于地磁测量的各向异性磁阻传感器研究[D]. 王帅英.华中科技大学 2008
本文编号：3456027
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