高速无损探伤试验台监控系统的设计与实现

论文摘要

无损探伤作为一种先进的非接触式检测技术,在高速铁路的钢轨裂纹检测上有着重大的应用价值。本文针对钢轨无损探伤研究的试验需求,介绍了研制无损探伤试验台的目标,分析了电磁探伤的实验原理,明确了无损探伤试验台的工作原理以及监控系统的工作目标。为实现无损探伤试验台的自动控制,本文设计了嵌入式的监控系统。在介绍了嵌入式系统技术的应用特点后,选择了基于ARM Cortex-M3的STM32F103ZET6嵌入式处理器,从功能完整性角度分析了嵌入式系统的硬件组成,介绍了变频调速系统的工作原理,分析了机电系统的选型原则,选择了F2000-G矢量变频器和YZP132M2-8交流电机作为电力拖动方案,设计了变频调速接口实现试验台的运动控制;设计了基于SZGB-6转速传感器和CWY-DO-504位移传感器的监测系统和基于DMT8048070S005W的人机交互系统,通过Altium Designer设计了变频调速接口、数据采集接口、人机交互接口等硬件电路,最终完成电路板的PCB设计。在完成系统硬件设计后,本文主要介绍了基于RealView MDK的嵌入式软件开发与调试。首先,通过系统地介绍MODBUS协议组成与应用特点,分析了该协议的实现原理,结合嵌入式系统的特点通过编程实现了该协议,并应用于F2000-G的通信以实现变频调速的控制功能;其次,根据实际被测对象介绍了转速传感器与涡流传感器的应用特点,设计了脉冲测量和定时采样程序,实现无损探伤试验台实时监控功能;最后,基于人机交互的需要,分析了智能显示终端DMT8048070S005W的用户接口,设计了人机交互的处理方案并编程实现,满足了可视化需求。最后,本文介绍试验台的装配,进行了各项功能的测试,结果表明,无损探伤试验台与嵌入式监控系统达到了预定的性能指标,满足了无损探伤的实验要求,具有操作简单、性能可靠、自动化程度高的优点,通过对课题研究工作的总结,指出了不足之处并对下一步工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题研究目的和意义
• 1.2.1 课题研究目的
• 1.2.2 课题研究意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内研究现状
• 1.3.2 国外研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及章节安排
• 第二章 无损探伤试验台监控系统总体设计
• 2.1 系统结构概述
• 2.2 无损探伤实验原理
• 2.3 嵌入式监控系统
• 2.3.1 嵌入式处理器选型
• 2.3.2 嵌入式软件系统选型
• 2.4 变频调速
• 2.4.1 变频调速原理
• 2.4.2 变频调速系统设备选型
• 2.5 状态监测
• 2.5.1 转速测量
• 2.5.2 机械位移测量
• 2.6 人机交互
• 第三章 硬件设计
• 3.1 硬件总体设计
• 3.2 变频调速接口
• 3.2.1 F2000-G 应用接口
• 3.2.2 变频调速接口设计
• 3.3 传感器接口电路
• 3.3.1 转速传感器接口电路
• 3.3.2 涡流传感器接口电路
• 3.4 人机交互接口设计
• 3.5 PCB 设计
• 第四章 嵌入式监控系统的软件设计
• 4.1 开发调试环境
• 4.1.1 RealView MDK 开发环境
• 4.1.2 J-Link 调试环境
• 4.1.3 人机交互设计环境
• 4.2 嵌入式软件总体设计
• 4.2.1 软件总体结构
• 4.2.2 任务循环
• 4.2.3 硬件初始化
• 4.3 基于MODBUS 协议的变频调速系统
• 4.3.1 MODBUS 协议
• 4.3.2 变频调速系统的软件设计
• 4.4 状态监测
• 4.4.1 转速脉冲的频率测量
• 4.4.2 径向水平位移的测量
• 4.5 基于智能显示终端的人机交互
• 4.5.1 智能显示终端的指令集说明
• 4.5.2 智能显示终端的人机界面配置
• 4.5.3 基于嵌入式系统的人机交互模块设计
• 第五章 装配与测试
• 5.1 试验台装配
• 5.2 性能测试
• 5.2.1 转速测试
• 5.2.2 机械位移测试
• 5.2.3 无损探伤测试
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文