自动增益的钢丝绳检测电路及等空间信号采集的实现

　　0　引言

　　钢丝绳无损检测被广泛地应用于矿井提升钢丝绳的定期检测及索道纤拉和牵引钢丝绳的检测^[1]。目前技术成熟、应用也广泛的检测方法是电磁检测法^[1],该方法通过检测被励磁的钢丝绳表面的漏磁信息反演钢丝绳缺陷。常用的传感器有感应线圈和霍尔元件,采用前者可获取钢丝绳圆周面上漏磁信息的总和,采样通道少、易实现,但是获取的信号会因检测速率的变化而产生畸变;采用后者得到的信号与检测速率无关,但是单个的传感器只能检测所在点的磁场,需在钢丝绳横截面圆周上密布传感器,检测系统要采集和存储所有传感器的输出信号。此外,无论采用哪种传感器,检测速率的变化都会引起信号在空间上的拉伸或压缩,不利于信号分析,因此需要对钢丝绳信号进行等空间采样,而非常规的等时采样。

　　对于感应线圈传感器,采用频-压转换器和对数运放组成自动增益的检测电路,可方便地消除检测速率变化引起的信号畸变,同时避免信号在A/D输入端产生饱和;对霍尔阵列传感器,设计了基于FPGA和DSP的多通道检测系统,可在钢丝绳轴向等间距地获取各圆周上的漏磁信息。等空间采样由编码器发出等间距脉冲控制A/D采样来实现。

　　1　自动增益的钢丝绳检测电路

　　1·1　检测电路的原理和结构

　　该电路用于感应线圈传感器信号的调理、采集和分析。因传感器的输出与检测速率成正比,需对检测信号进行速度归一化处理。

　　等空间采样的原理:钢丝绳的移动带动编码器测距轮转动,钢丝绳每移动相同的间隔,编码器即发出1个等间距脉冲,等间距脉冲的频率与检测速率成正比,用它作为DSP的中断,每中断1次采集1个信号,从而实现单通道信号的等空间采样。自动增益的实现:如图1所示,ADVFC32将编码器脉冲转化为与脉冲频率成正比的电压信号^[2]kV,LOG102的输出为^[3]

　　可见,输出V中剔除了速度因素,即信号增益根据检测速率的大小自动调节,既能避免A/D输入端产生饱和,又能保证一定的信号分辨率;而且进行A/D转换时无需记录采样点的速度信息,上位机对采集的数据统一进行反对数运算可得真实信号。

　　1·2　电路仿真及测试

　　1·2·1　频-压转换的仿真及测试

　　ADVFC32进行频-压转换的仿真波形如图2所示,图2(a)为输入4 kHz和8 kHz的频率信号(在t=3 ms处跳变),可见,图2(b)输出与输入信号的频率成正比,输入频率跳变时输出响应延迟约1 ms,因此检测时应尽量避免检测速率的跳变。同时,频-压转换的输出要加上有源滤波才能得到平稳的输出,电路采用二阶有源滤波。