漏磁检测旋转探头供电及信号的无线传输研究

　　在漏磁检测中,对回转体材料(如棒料和管料)的纵向缺陷进行检测时有两种方式,即探头旋转,被测材料直线前进。探头不动,材料螺旋前进。采用前一种方式的设备具有设计简单、维护方便等优点。但由于探头要连续旋转,检测元件的稳定供电和检测信号的无畸变输出就成为首先要解决的问题。以下研究了一种简单易行、成本低廉的电源和信号无线传输系统,其工作流程见图1。通过无线供电系统,检测元件获得需要的工作电压,所得信号经过放大、调理以及压频(V/F)转换变成数字信号后,由红外发射部分发射。接收部分接收到信号后,通过频压(F/V)转换、放大调理和模/数(A/D)转换后,输入计算机进行显示和分析。

　　1　基于电磁耦合的无线供电系统设计

　　在探头旋转的工作方式中,供电电源的安全传输是整个设备设计中的难点,也是影响系统工作可靠性的主要因素。采用滑环供电时,接触部位存在摩擦阻力、磨损和发热等问题,容易现电源供给不稳定,工作寿命短以及转速不能过高等问题。而采用电池供电虽然方便、简单,但其供电量有限,不适用于长时间连续检测的系统^[1] 。为此,利用电磁耦合原理,设计了无线供电系统。

　　无线供电系统装置原理如图2所示,其中线圈L1固定在检测设备的支座上,是静止不动的。而L2则与探头一起高速旋转。在机械结构上需保证L1和L2同心。线圈的尺寸需根据所检材料的尺寸而定,其要求是被检材料能无干涉地通过线圈。这样通过向L1供电使其产生交变磁场,根据互感原理可在L2上产生出感应电压。

　　为了最大限度地减少漏磁通,提高能量传送效率,线圈L1和L2绕制成图3所示的结构。将铜线绕制在数个如图所示的均匀分布在L1周围的硅钢片上,线圈L1通以交流电后会在对应的L2上感应出电动势。这样,分离的感应线圈采用串联或并联方式即可获得合适的电压和电流。

　　　　将线圈L2上的感应电压通过整流和稳压后获得直流供电电源,再由稳压模块(VI-J20-CZ)稳压以保证检测元件稳定的电压供给。电路结构见图4。

　　2　信号的无线传输系统设计

　　旋转探头中输送的均是微弱的检测信号,所以在传输过程中必然要保证信号不失真且具有较强的抗干扰性能。常用信号耦合系统有碳刷、滑环和电容等,但都普遍存在信号不稳定、维护不方便和抗干扰性差等缺点。为此采用非接触红外传输作为检测信号的传输方式。该方式中,如果直接对连续性的模拟检测信号进行传输,那么传输距离、传输过程的干扰以及发光器件的电光转换性能都将引起信号失真,导致检测结果不准确[2]。而将连续性的模拟信号转换成开关式的数字信号,就可以使传输变得简单,干扰也将大为减小。