МЕНЮ


Фестивали и конкурсы
Семинары
Издания
О МОДНТ
Приглашения
Поздравляем

НАУЧНЫЕ РАБОТЫ


  • Инновационный менеджмент
  • Инвестиции
  • ИГП
  • Земельное право
  • Журналистика
  • Жилищное право
  • Радиоэлектроника
  • Психология
  • Программирование и комп-ры
  • Предпринимательство
  • Право
  • Политология
  • Полиграфия
  • Педагогика
  • Оккультизм и уфология
  • Начертательная геометрия
  • Бухучет управленчучет
  • Биология
  • Бизнес-план
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Банковское дело
  • АХД экпред финансы предприятий
  • Аудит
  • Ветеринария
  • Валютные отношения
  • Бухгалтерский учет и аудит
  • Ботаника и сельское хозяйство
  • Биржевое дело
  • Банковское дело
  • Астрономия
  • Архитектура
  • Арбитражный процесс
  • Безопасность жизнедеятельности
  • Административное право
  • Авиация и космонавтика
  • Кулинария
  • Наука и техника
  • Криминология
  • Криминалистика
  • Косметология
  • Коммуникации и связь
  • Кибернетика
  • Исторические личности
  • Информатика
  • Инвестиции
  • по Зоология
  • Журналистика
  • Карта сайта
  • Блок возбуждения для ВТП

    Блок возбуждения для ВТП

    Техническое задание к курсовому проекту.

    Разработать:

    Блок возбуждения для дефектоскопии плоской поверхности ферромагнитных

    объектов.

    Устройство включает в себя :

    1. Генератор дискретной (синусоидальной) частоты с параметрами:

    макс. диапазон частот:1КГц-2,5МГц

    (рабочий диапазон частот задает оператор в пределах

    максимального);

    ток: 10 мА;

    число дискретов в диапазоне: от 10 до 20;

    коэффициент гармоник не более 1 % :

    2. Нагрузкой для генератора служит катушка размещенная на объекте

    контроля:

    число витков возбуждающей катушки: 20;

    число витков измерительной катушки: задается оператором от 10 до

    20;

    диаметр возбуждающей катушки: от 4 до 20 мм;

    диаметр измерительной катушки: задается оператором от 4 до 20 мм;

    длина катушек: от 2 до 15 мм:

    Свойства объектов контроля:

    m=1-10;

    s=5-10 MCм/м;

    Площадь контролируемого участка S=5 см2;

    Основные технические характеристики

    и условия эксплуатации:

    . габариты: 100х50х100 (мм);

    . масса: не более 0,3 кг;

    . диапазон рабочих температур: от 5 до 45 оС;

    . влажность: от 30 до 90%;

    . давление: от 700 до 800 мм.рт.ст.;

    1.Введение.

    Вихретоковые методы контроля основаны на анализе взаимодействия

    внешнего электромагнитного поля с электромагнитным полем вихревых

    токов, наводимых возбуждающей катушкой в электропроводящем объекте

    контроля. В качестве преобразователя используют обычно индуктивные

    катушки. Синусоидальный ток, действующий в катушках ВТП, создает

    электромагнитное поле, которое возбуждает вихревые токи в

    электропроводящем объекте. Электромагнитное поле вихревых токов

    воздействует на измерительную катушку преобразователя, наводя в ней

    ЭДС или изменяя ее полное электрическое сопротивление. Регистрируя

    напряжение на зажимах катушки, получают информацию о свойствах объекта

    и о положении преобразователя относительно него. Особенность

    вихретокового преобразователя в том, что его можно проводить без

    контакта преобразователя и объекта. Получение первичной информации в

    виде электрических сигналов, бесконтактность и высокая

    производительность определяют широкие возможности автоматизации

    вихретокового контроля. Одна из особенностей ВТМ состоит в том, что на

    сигналы преобразователя практически не влияют влажность, давление и

    загрязненность газовой среды, радиоактивные излучения, загрязнение

    поверхности объекта контроля непроводящими веществами. Однако им

    свойственна малая глубина зоны контроля, определяемая глубиной

    проникновения электромагнитного поля в контролируемую среду. Сильное

    влияние на полученные результаты оказывают нелинейные искажения

    сигнала, подаваемого на задающую катушку. Для обеспечения

    универсальности, установка начальных условий, а также обработка

    полученной информации современных преобразователей должна

    осуществляться при помощи компьютеров, тогда каждый режим работы

    преобразователя будет обрабатываться отдельной программой. В данной

    работе разрабатывался генератор синусоидального сигнала для накладного

    вихретокового преобразователя, амплитуда тока в котором порядка 10 мА,

    а нелинейные искажения порядка 1%. Частота сигнала должна задаваться

    программным путем, с использованием микропроцессорной техники.

    Ниже приводятся типы уже существующих преобразователей:

    |Тип |Частота тока |Скорость |Объект контроля |Вид дефекта |

    | |возбуждения, кГц|контроля | | |

    |ВД-30П |4; 16; 64; 300 |0,5-3 |Ферро- и |Трещины, раковины, |

    |ВД-31П | |0,5-4 |неферро-магнитные|плены и т.д. |

    | | | |прутки | |

    | | | |и трубы 1-47 мм | |

    |ВД-23П |130; 1000; 20000|0,5-5 |Проволока |Расслоения, трещины|

    | | | |0,02-5мм | |

    | | | | |заусенцы |

    |Дефектомат |0,2; 2,5; 10; |1,2; 5; |Трубы и прутки |Трещины, раковины, |

    |2.189 |30; 90 |15 |3-135 мм |плены |

    2. Структурная схема разрабатываемого устройства.

    . БВ - блок возбуждения; (нужно разработать в этом семестре)

    . ВТП - вихретоковый преобразователь;

    . БО - блок обработки;

    . АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

    . ОК- объект контроля;

    3. Блок возбуждения (БВ).

    Блоком возбуждения в данном устройстве является широкополосный генератор

    напряжения синусоидальной формы. БВ состоит из синтезатора частот (СЧ) и

    формирователя сигнала (ФС) заданной формы. Рассмотрим их структурные и

    электрические схемы более подробно.

    Блок возбуждения

    3.1. Структурная схема СЧ.

    [pic] [pic]

    fc - частота сигнала подающегося на вход формирователя сигнала

    3.1.1. Опорный генератор (ОГ).

    В качестве ОГ выбираем генератор с кварцевым резонатором на 16 МГц

    микросхема РК374.

    3.1.2. Счетчики -делители частоты M и N.

    Счетчик М служит для задания шага изменения частоты. Счетчик N необходим

    для обеспечения сетки частот изменяющихся с заданным шагом fог/M.

    Предполагается что счетчики управляются цифровым кодом с ЭВМ. Выбираем

    счетчики серии КР1554ИЕ10 (аналог -74ALS161AN фирмы National ,USA).

    Микросхема КР1554ИЕ10 - это четырехразрядный двоичный синхронный счетчик.

    Счетчик запускается положительным перепадом (фронтом) тактового импульса на

    входе С. Сброс всех триггеров счетчика в нулевое состояние осуществляется

    по общему входу R(инв.). Режим параллельной загрузки информации

    устанавливается подачей напряжения низкого уровня на вход разрешения

    параллельной загрузки PE(инв.) , при этом предварительно установленная на

    входах D0...D3 информация по фронту импульса на входе С записывается в

    триггеры счетчика. Для синхронного каскадирования микросхема КР1554ИЕ10

    имеет вход разрешения счет ЕСТ , вход разрешения переноса ЕСR и выход

    переноса CR. Счетчик считает тактовые импульсы , если на входах ECT и ECR

    подано напряжение высокого уровня. Вход ECR последующего счетчика

    соединяется со входом CR предыдущего счетчика.

    Условно-графическое обозначение

    КР1554ИЕ10

    Таблица назначения выводов

    |1 |R(инв.)|вход установки в состояние |

    |2 | |«лог. 0» |

    |3 |С |вход тактовый |

    |4 |D0 |вход данных |

    |5 |D1 |вход данных |

    |6 |D2 |вход данных |

    |7 |D3 |вход данных |

    |8 |ECT |вход разрешения счета |

    |9 |OV |общий вывод |

    |10 |PE(инв.|вход разрешения парал. |

    |11 |) |загрузки |

    |12 |ECR |вход разрешения переноса |

    |13 |D03 |выход данных |

    |14 |D02 |выход данных |

    |15 |D01 |выход данных |

    |16 |D00 |выход данных |

    | |CR |выход переноса |

    | |Ucc |напряжения питания |

    Предполагается что цифровые входы данных D0...D3 , а также входы R(инв.) ,

    ECT , ECR и PE(инв.) будут управляться с ЭВМ , соответствующим программным

    и аппаратным обеспечением .

    3.1.3. Фазово-частотный детектор (ФЧД).

    Если на схему ФЧД приходят равные частоты fог/M и fвых/N то из условия

    равенства этих частот получаем [pic]. В качестве ФЧД выбираем ИМС

    исключающее « или » серии К155ЛП5 (Аналог 74ALS86).

    3.1.4. Генератор управляемый напряжением (ГУН).

    ГУН - генератор , частота которого пропорциональна управляющему

    напряжению. Выбираем ИМС К531ГГ1 (Аналог 74S124N).

    Микросхема 531ГГ1-представляет собой два генератора. Частота каждого

    генератора управляется напряжением. Каждый генератор представляет

    собой автомультивибратор , имеющий вход управления частотой (УЧ)

    выводы 1 и 2 и диапазоном частоты (Д) выводы 14 и 3. К выводам 12 и 13

    подсоединим кварцевый резонатор КР374 на 16МГц. 16,15 - Uп; 9,8-общий

    вывод. Для обеспечения заданного диапазона частоты ко входам 4-5

    присоединяем конденсатор емкостью с=2 пФ (КД-1-2пФх100В).

    [pic]

    3.1.5. Интегратор.

    Для управления работой ГУН служит интегратор на операционном усилителе

    [pic]

    Параметры R и С выбираем из условия , что постоянная времени интегрирования

    должна быть больше максимальной длительности сигнала в 10 раз.

    т.е. RC>10 мс.

    tи=R*C >10*T ;

    T=1/f=1/1КГц=1мс ;

    Выбираем R=100 КОм (МЛТ-0.25-100 кОм (5%) ;

    С=1 мкФ (К50-6-1мкФх6.3 В);

    Таким образом постоянная времени интегратора будет tи=R*C=100 мс;

    Интегратор выполним на основе быстродействующего ОУ 544УД2:

    Ku=20000;

    Uсм=30 мВ;

    Iвх=0.1 нА;

    f1=15 МГц

    Выходное напряжение интегратора будем рассчитывать по формуле:

    [pic] (1)

    , где [pic] (2)

    Посчитаем погрешность интегрирования, связанную с дополнительным

    напряжением на входе ОУ из-за неидеальности его свойств.

    DUвх=IвхR=1.10-3 В

    dUвх=DUвх/Uвх=2.10-4%

    Относительная ошибка интегрирования:

    g=tи/2tC=10-5

    Найдем частоту wв : wв=1/(Ku+1)RC=2.10-4 Гц.

    3.2. Формирователь сигнала (ФС).

    Формирователем сигнала заданной формы является восьмиразрядный сдвиговый

    регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой КР1533ИР8

    (Аналог 74ALS164). Микросхема КР1533ИР8 представляет собой восьмиразрядный

    сдвиговый регистр с последовательной загрузкой и параллельной выгрузкой.

    Наличие двух входов последовательной загрузки A и B позволяет использовать

    один из них в качестве управляющего загрузкой данных: низкий уровень

    напряжения хотя бы одном из них по положительному фронту тактового импульса

    устанавливает первый триггер регистра в состояние низкого уровня напряжения

    , в то же время высокий уровень напряжения на управляющем входе позволяет

    по другому входу осуществлять ввод данных в последовательном коде. Частота

    следования импульсов по входу С - не более 50 МГц , т.е. вполне пригодно

    т.к. максимальная частота дискретного синусоидального сигнала будет на

    выходе fвых = 50/16 ( 3МГц , что соответствует техническому заданию.

    Таблица назначения выводов

    |A |вход информационный |

    |B |вход информационный |

    |CLК |вход тактовый |

    |CLR |вход сброса |

    |QA |выход |

    |QB |выход |

    |QC |выход |

    |QD |выход |

    |QE |выход |

    |QF |выход |

    |QG |выход |

    |QH |выход |

    |Vcc |напряжение питания |

    |GND |общий вывод |

    КР1533ИР8 формирует дискретный периодический сигнал аппроксимированный

    функцией [pic] , где

    [pic]

    [pic] - период ;

    16-16 дискретов на периоде ;

    n - номер текущего дискрета ;

    [pic]

    При однополярном питании данный сигнал сдвинут относительно нулевой точки

    на постоянную составляющую Eп/2.

    3.2.1. Расчет номиналов резисторов.

    Данная схема может обеспечить Rвых=5КОм ;

    Запишем систему уравнений для нахождения номиналов резисторов: (3)

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    [pic]

    После расчета и округления до ближайших номинальных значений получаем:

    R1=R8=150КОм (МЛТ-0.25-150 кОм (5%);

    R2=R7=47КОм (МЛТ-0.25-47 кОм (5%) ;

    R3=R6=33КОм (МЛТ-0.25-33 кОм (5%) ;

    R4=R5=27КОм (МЛТ-0.25-27 кОм (5%);

    3.2.2 Анализ сигнала на выходе ФС.

    Полезный сигнал на выходе регистра аппроксимируется ступенчато, что

    соответственно вносит свои погрешности и искажения. Возьмем сигнал для

    примера [pic] с частотой f=1000 Гц и числом дискретов N=16 ;

    [pic] [pic]

    Рассмотрим погрешность на половине периода [pic]

    Для аппроксимации данного сигнала рассмотрим функцию:

    [pic] , где floor(x) - функция , возвращающая ближайшее целое число

    меньшее или равное аргументу (х вещественный).

    [pic]

    Относительную погрешность пронормируем по истинному значению сигнала

    [pic]

    [pic] (4)

    Изобразим в процентном отношении

    [pic]

    Рассмотрим спектр сигнала на выходе ФС. Для этого применим разложение в

    ряд Фурье для периодического сигнала dcos(t). Найдем коэффициенты для

    разложения в ряд по косинусам:

    [pic] bk=0 (5)

    Так как значение напряжения на выходе ФС между отсчетами времени

    постоянно , то заменим интеграл на сумму :

    [pic] [pic] [pic] [pic] (6)

    [pic] (7)

    [pic] (8)

    Где k - номер гармоники в сигнале

    Определим коэффициент гармоник в процентах :

    [pic] [pic] (9)

    Спектр сигнала на выходе ФС выглядит следующим образом:[pic]

    Таким образом видно , что коэффициент гармоник достаточно велик и нужно

    применить ФНЧ, отсекающий высшие гармоники спектра сигнала.

    3.2.3. Перестраиваемый фильтр управляемый цифровым кодом.

    Электрическая схема ФНЧ:

    [pic]

    Коэффициент передачи К(f) такой схемы равен:

    [pic]

    (11)

    R1=1КОм ; R2=R1 ; C=5 нФ.

    ЛАЧХ

    фильтра

    [pic]

    Рассчитаем подавление гармоник спектра сигнала в децибелах Kпод :

    [pic] где к -номер гармоники ;

    [pic]

    Найдем коэффициент гармоник после ФНЧ , амплитуды гармоник станут

    соответственно:

    [pic]

    (12)

    [pic] [pic]% (13)

    что соответствует техническому задания (Кгарм < 1 %)

    Но нам нужен перестраиваемый фильтр следовательно вместо резисторов будем

    использовать токовый ЦАП 572ПА1.

    1 - аналоговый выход 1

    2 - аналоговый выход 2

    3 - общий 4 -

    цифровой вход 1

    5 - цифровой вход 2

    6 - цифровой вход 3

    7 - цифровой вход 4

    8 - цифровой вход 5

    9 - цифровой вход 6

    10- цифровой вход 7

    11- цифровой вход 8

    12- цифровой вход 9

    13- цифровой вход 10

    14- питание Uип (+)

    15- опорное напряжение Uоп

    16- вывод резистора обратной связи

    Для реализации динамических свойств ЦАП на выходе нужно использовать

    быстродействующий ОУ с коэффициентом усиления по напряжению не менее 104.

    В качестве ОУ выбираем быстродействующий К544УД2

    |Ku |fmax, МГц |Uвых, В |Uпит, В |Iпот, мА |

    |20000 |15 |10 |±15 |7 |

    Схема фильтра управляемого цифровым кодом:

    [pic]

    R=10 КОм ; n=10 (разрядность ЦАП).

    [pic] Rmin=10 КОм (14)

    [pic] Rmax=10 МОм (15)

    Так как время установления выходного напряжения после подачи кода на

    вход ЦАП tуст равно 5 мкс, соответственно частота дискретизации fдискр

    должна быть не более 200 кГц, а с учетом того что по теореме Котельникова

    синусоиду можно восстановить лишь при наличии двух дискретов на период, то

    максимальная частота не может быть выше 100 кГц. То есть С равно:

    [pic] ; С= 1нФ (К50-6-1нФх6.3 В);

    Данный фильтр управляется цифровым двоичным кодом N (этот код соответствует

    коду из синтезатора частот) следовательно изменяя код N будет изменяться

    частота сигнала fc , сопротивление резистивной матрицы ЦАП , постоянная

    времени интегратор tи и соответственно частота среза фильтра fср.

    4. Вывод.

    Т.о. блок возбуждения для вихретокового преобразователя обеспечивает

    подачу на накладной вихретоковый датчик синусоидального сигнала

    амплитудой 10 мА во всем диапазоне частот 1КГц-2.5 МГц , коэффициент

    гармоник сигнала при этом около 0.6%, что соответствует техническому

    задания.

    5. Список используемой литературы.

    1) Справочник "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы", Москва,

    "Радио и связь" 1989 г.

    2) Справочник "Изделия электронной техники. Цифровые микросхемы.

    Микросхемы памяти. Микросхемы ЦАП и АЦП", Москва, "Радио и связь" 1994

    г.

    3) Справочник "Резисторы", Москва, "Радио и связь" 1991 г.

    4) Справочник "Расчет индуктивностей", Ленинград, "Энергия" 1970 г.

    5) Справочник "Приборы для неразрушающего контроля материалов и

    изделий" том 2, Москва, "Машиностроение" 1986 г.

    3) В.Н. Гусев, Ю.М. Гусев "Электроника", Москва, "Высшая школа" 1991г.

    -----------------------

    БВ

    ВТП

    БО

    АЦП

    Порты ввода/вывода

    ЭВМ

    ОК

    ВТП

    ФС

    ФНЧ

    СЧ

    M

    ОГ

    ГУН

    (

    ФЧД

    :N

    N

    Ucc

    Rинв

    PEинв

    C

    D0

    D1

    D2

    D3

    ECT

    ECR

    CT2

    D00

    D01

    D02

    D03

    CR

    01

    09

    02

    03

    04

    05

    06

    07

    10

    14

    13

    12

    11

    15

    Общий

    572ПА1

    4

    .

    .

    .

    .

    .

    13

    15 14

    16

    1

    2

    3


    Приглашения

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хореографического искусства в рамках Международного фестиваля искусств «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»

    09.12.2013 - 16.12.2013

    Международный конкурс хорового искусства в АНДОРРЕ «РОЖДЕСТВЕНСКАЯ АНДОРРА»




    Copyright © 2012 г.
    При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.