涡流探伤课程设计

1、方案设计

设计方案如图1原理框图所示，通过模拟涡流传感器输出被测件与标准件的差动信号输出，然后经过后续处理输出的信号来检查所测得器件是否有缺陷，如果有缺陷就会发出红光警报，反之，如果安全则会发出绿光。

图1 方案原理框图

绿光安全 模拟涡流 传感器 第一级放大电路 第二级放大电路 精密整流电路 红光报警 单限比较器 滤波电路 2、电路工作原理及设计说明

1、模拟涡流传感器电路设计

模拟涡流传感器电路如图2所示，其原理是用电桥产生输出信号，上端输出模拟测量标准件产生的电信号，下端输出的是模拟测量被测器件产生的电信号。

图2 模拟涡流传感器电路设计

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涡流探伤仪模拟电路部分设计

可计算出上端输出测量标准件电压有效值U09R31=9×=4.5mv,下

11R2R3R19=9×

R1R19端可以调节滑动变阻器输出不同的电信号，我所设的极限值为U19110.22=3.944mv即当输出的信号电压值大于3.944mv时绿灯亮，反之就红灯亮报110.22警。

2、放大电路的设计

该放大电路由两极放大电路组成，第一级放大电路三运放构成的精密放大器也叫仪表放大器。其特点具有稳定的、足够大的放大倍数，可以用于弱信号的发大，并且还具有高输入电阻和高共模抑制比。第二级放大器为反相比例放大器，第一级与第二级发大器为阻容耦合，有防止失真的作用。如图3所示。

因此

Ui1Ui2R6U01U02

R62R5Ui1Ui2 2R5即 U01U02=1R6且U03R9U01U02 R4所以输出电压

U03R92R(15)(Ui1Ui2) R4R6R92R2022(15)1100 R4R611R1660/160倍 R15 所以 A1第二级放大倍数A2因此总放大倍数为AA1*A2600*1006000倍

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图3 放大电路

3、精密整流电路设计

如图4所示当输入电压Ui〉0时，D1管导通，D2管截止。因而输出电压Uo=Ui。 当输入电压Ui＜0时，D1管截止，D2管导通。根据虚短、虚断可知A1为虚地。

0Ui/R11U00/R12所以Uo=－Ui, 因此 UO=|Ui|

因而本电路可以实现全波整流。

图4 精密整流电路

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4、一阶有源滤波电路

低通滤波器是一种用来传输低频段信号，抑制高频段信号的电路。为了使负载不影响滤波特性，可在无源电路与负载间加一个高输入电阻、低输出电阻的隔离电路。这样就构成一个有源滤波电路。如图5所示。其特点是可以再集成运放功耗允许的情况下，负载变化时放大倍数的表达式不变，频率特性不变。 其电压放大倍数

Au=1/(1+jf/f0)

特征频率：

f0=1/2R14C2=7.96HZ

图5 一阶有源滤波电路 5、单限比较器及报警电路

由图可知当输入电压大于阈值电压UT12R21=3V时红色二极管发光进

R20R21行报警，若输入电压Ui小于3V时，就会发出绿光，表示被测器件可以使用。由一个UA748CP运算放大器及两个电阻，两个发光二极管构成的比较及报警电路。如图6所示

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图6单限比较器及报警电路

3．电路性能指标的测试 1、放大电路的测试

放大电路如图3分别输入Ui1为600 Hz，有效值为4.5m的信号，Ui2为600 Hz，有效值3.88m的信号，第一级仪表放大电路放大100倍，第二级反相比例放大60 倍。其波形仿真如图7所示。

图7 放大电路仿真波形图

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此时测得值如右图8

理论值为UUi1Ui26000

=4.53.881036000 =3.72V

图8 放大信号后的值

通过计算可知放大效果达到了要求。 2、精密整流电路的测试

精密整流电路如图4所示，

精密整流仿真结果如图9所示，整流达到要求

图9 输入及整流后的仿真波形图

3、一阶有源滤波电路的测试

这次课程设计中采用的是一阶有源滤波电路，如上图5所示。当信号通过此低通滤波电路后，将交流分量滤掉而输出直流电压 其仿真结果如下图10

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图10有源滤波后的仿真波形图 4、单限比较器电路的测试

当输人的电压大于阈值电压3V时，二极管发出红光警报，其仿真结果如图11所示。当输入电压小于阈值电压3V时，发出绿光，表示安全。

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图11 单限比较器仿真波形图

4．结论、性价比

通过测试，所设计的电路满足了设计任务及指标要求的我们将输出的差动信号放大到我们所设定的值，通过整流、滤波等手段得到相应的电压，并通过单限比较器判断是否进行报警。但是毕竟是第一次设计电路，最后的电路可能没有达到最优的性价比。设计思路简单易懂，电路图可读性好，测量精确度高。所用的器件比较普通、常见，在市场上都可以很很容易的买到，电路中只用到了常用的电阻和电容，运算放大器、普通的发光二极管，因此成本较低。而这个电路能达到任务书上的要求，满足其功能的需要，所以性价比比较高，很有实用价值。

参考文献

[1]童诗白，华成英主编者. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年 年9月第4版；

[2]李秀人主编. 电子技术实训指导. [M]北京：国防工业出版社，2006年9月 [3]吴正光、郑颜主编. 电子技术实验仿真与实践. [M]北京：科学出版社，2008年8月

[4] [美] 赛尔吉欧.佛朗哥 著 .刘树棠 朱茂林 荣玫 译.电路设计. [M]西安：西安交通大学出版社，2004年8月

[5]李万臣主编. 模拟电子技术基础设计 仿真 编程与实践. [M]哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2005年5月

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涡流探伤仪模拟电路部分设计

附录I 总电路图

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附录II 元器件清单

序号 编号 名称 型号 数量 1 U1 -U7 运算放大器 7 2 U8 运算放大器 UA748CP 1 3 V2 理想电源 9mv,600HZ 1 4 R19 电位器 1K 1 5 R1-R4、R6、R8 电阻 1K 6 6 R11、R12、R15 电阻 1K 3 7 R17、R22、R24 电阻 1K 3 8 R5、R7、R13 电阻 2K 3 9 R14、R18、R21 电阻 2K 3 10 R9、R10 电阻 20K 2 11 C1、C2 固定电容 10F 2 12 R16、R23 电阻 60K 2 13 D1、D2 二极管 2 14 R20 电阻 6K 1 15 LED1 发光二极管 红色 1 16 LED2 发光二极管 绿色 1 17 Vcc 12V电源 1 18 VEE -12V电源 1

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