电涡流式电缆偏心在线测量系统研究
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摘要
电线电缆偏心测量是电线电缆在线质量监控的重要环节，电缆偏心不仅造成了材料的极大浪费，而且影响电缆的性能参数。本文对电缆偏心测量系统展开研究以实现电缆偏心的在线检测。
本文通过广泛阅读文献和调研，深入了解目前国外电缆偏心测量装置的现状和发展趋势，分析了各种测量方法的测量原理和各自的特点。在此基础上，详细论述了电涡流传感器的测试原理，提出了电涡流式偏心测量系统的研制方案和设计方法。
本文分三个部分论述了测量系统的组成：传感器设计、下位机系统和上位机系统。在传感器设计一章中，首先对涡流传感器进行等效电路分析，在此基础上分析了由电感、电容谐振电路构成的载波信号发生电路，并通过微调电容获得了标准频率的载波信号；接下来提出了采用盘式旋转电枢发电机解决载波信号发生电路电源供给问题的方案，同时通过旋转耦合变压器的引入，使得测量信号输出问题很好地解决；本章最后给出的一组实验曲线充分说明了这一方案的可实现性。
传感器输出的测量信号是中频的交流模拟信号，在下位机系统设计了鉴幅、滤波、放大电路将测量信号转化为模数转换器可以接受的直流信号。系统采用12位模数转换器TLC2543实现模数转换，使得转换误差达到1/4095，是可以满足测量精度的。数字测量信号在下位机系统的核心处理芯片AT89C52中计算后，得到测量结果，再经串口送入上位机系统显示。
本文的最后一章论述了上位机系统的硬件结构和软件程序。上位机系统的核心芯片是一片PIC16C73单片机，负责管理一个16键的键盘和液晶显示器，相应的硬件电路和几个主要的程序流程图同时给出。在编写显示器软件程序时，
系统充分利用了FM240128A液晶显示器具有图形和文本两种显示方式的特点，实现了测量结果的准确显示。
The control and measurement for the cable eccentricity is important for the cable production. The cable eccentricity not only causes the huge waste of the material, but also affects the performance parameters of the cable. The eccentricity measurement system was studied in this paper in order to realize the online measurement.
By widely reading plenty of literatures, the present condition and the developing trend about the cable eccentricity testing overseas are achieved. Based on that, measurement principle of the eddy current sensor is given in detail, and the project and design of the eddy current measurement system for the cable eccentricity is brought forward.
The content of the paper is mainly composed of three parts: the design of sensor, the inferior subsystem and the superior subsystem. In the second chapter, equivalent circuit of the eddy current sensor is firstly analyzed. Based on that, the carrier signal generating circuit that is realized by the LC periodic circuit is introduced, thus, the carrier signal of standard frequency is obtained through the trimming capacity. Subsequently, the disc type rotational armature generator and the rotational coupling transformer are separately leaded in to realize the power supplies of the carrier signal generating circuit and output of the measuring signal. Finally, the realizability of this measuring method is proved by a set of testing curve.
The amplitude discrimination circuit, the filter circuit and the amplifying circuit are designed to transform AC analog signal that the eddy current sensor output to DC analog signal, thus, the DC analog signal can be received by AD converter. To meet the requirements of measuring accuracy, 12 bits AD converter TLC2543 is applied in the inferior subsystem, and the transforming error is reduced to 1/1095. Digitalized measuring signal is processed in the AT89C52 single chip that is the core chip of the inferior subsystem, and the measuring result is obtained, then it is transmitted to the superior subsystem through the serial-parallel interface of single chip.
The hardware structure and program of the superior subsystem are disserted in the last chapter of the paper in detail. The keyboard with 16 keys and the lattice LCD controller are controlled by the PIC16C73 single chip that is the core chip of the superior subsystem, and the corresponding hardware circuit and flow chart of the program are given in this chapter. On programming the monitor software, we take full advantage of the characteristic which there are two display modes, text and graph display mode, in the FM240128A lattice LCD controller, then the accurate display of measuring result is obtained.
本文通过广泛阅读文献和调研，深入了解目前国外电缆偏心测量装置的现状和发展趋势，分析了各种测量方法的测量原理和各自的特点。在此基础上，详细论述了电涡流传感器的测试原理，提出了电涡流式偏心测量系统的研制方案和设计方法。
本文分三个部分论述了测量系统的组成：传感器设计、下位机系统和上位机系统。在传感器设计一章中，首先对涡流传感器进行等效电路分析，在此基础上分析了由电感、电容谐振电路构成的载波信号发生电路，并通过微调电容获得了标准频率的载波信号；接下来提出了采用盘式旋转电枢发电机解决载波信号发生电路电源供给问题的方案，同时通过旋转耦合变压器的引入，使得测量信号输出问题很好地解决；本章最后给出的一组实验曲线充分说明了这一方案的可实现性。
传感器输出的测量信号是中频的交流模拟信号，在下位机系统设计了鉴幅、滤波、放大电路将测量信号转化为模数转换器可以接受的直流信号。系统采用12位模数转换器TLC2543实现模数转换，使得转换误差达到1/4095，是可以满足测量精度的。数字测量信号在下位机系统的核心处理芯片AT89C52中计算后，得到测量结果，再经串口送入上位机系统显示。
本文的最后一章论述了上位机系统的硬件结构和软件程序。上位机系统的核心芯片是一片PIC16C73单片机，负责管理一个16键的键盘和液晶显示器，相应的硬件电路和几个主要的程序流程图同时给出。在编写显示器软件程序时，
系统充分利用了FM240128A液晶显示器具有图形和文本两种显示方式的特点，实现了测量结果的准确显示。
The control and measurement for the cable eccentricity is important for the cable production. The cable eccentricity not only causes the huge waste of the material, but also affects the performance parameters of the cable. The eccentricity measurement system was studied in this paper in order to realize the online measurement.
By widely reading plenty of literatures, the present condition and the developing trend about the cable eccentricity testing overseas are achieved. Based on that, measurement principle of the eddy current sensor is given in detail, and the project and design of the eddy current measurement system for the cable eccentricity is brought forward.
The content of the paper is mainly composed of three parts: the design of sensor, the inferior subsystem and the superior subsystem. In the second chapter, equivalent circuit of the eddy current sensor is firstly analyzed. Based on that, the carrier signal generating circuit that is realized by the LC periodic circuit is introduced, thus, the carrier signal of standard frequency is obtained through the trimming capacity. Subsequently, the disc type rotational armature generator and the rotational coupling transformer are separately leaded in to realize the power supplies of the carrier signal generating circuit and output of the measuring signal. Finally, the realizability of this measuring method is proved by a set of testing curve.
The amplitude discrimination circuit, the filter circuit and the amplifying circuit are designed to transform AC analog signal that the eddy current sensor output to DC analog signal, thus, the DC analog signal can be received by AD converter. To meet the requirements of measuring accuracy, 12 bits AD converter TLC2543 is applied in the inferior subsystem, and the transforming error is reduced to 1/1095. Digitalized measuring signal is processed in the AT89C52 single chip that is the core chip of the inferior subsystem, and the measuring result is obtained, then it is transmitted to the superior subsystem through the serial-parallel interface of single chip.
The hardware structure and program of the superior subsystem are disserted in the last chapter of the paper in detail. The keyboard with 16 keys and the lattice LCD controller are controlled by the PIC16C73 single chip that is the core chip of the superior subsystem, and the corresponding hardware circuit and flow chart of the program are given in this chapter. On programming the monitor software, we take full advantage of the characteristic which there are two display modes, text and graph display mode, in the FM240128A lattice LCD controller, then the accurate display of measuring result is obtained.
引文
1 尹克宁．电力工程．水利水电出版社，1986.
2 Dr.Daniel. Extrusion Expertise from Experimentation. Wire Industry， 1993，(4):147-150
3 Wire Asia 96 (Shanghai) . Wire Industry，1996, 63 (8):552-553
4 杨春森．电线偏心对绝缘电阻的影响．电线电缆，1992，(8): 43-45
5 Matthias Brunner. Integral Online Quality Control in Cable Production. Wire Industry，1995,(4):213-215
6 John Godshall. Digital Signal Processing Enhances Optical Non-contact Gauging Systems. Wire Journal International， 1994,(1):56-59
7 Hans R.Gnerlich. Field Testing of HV Power Cables:Understanding VLF Testing. IEEE Electrical Insulation Magazine，1995,11(5):13-16
8 Wire Asia 96 (Shanghai) . Wire Industry， 1996,63 (8):552-553
9 Robert Bessemer. Matching Drive Systems for Wire Coating Extrusion System. Machinery，1991,(7): 49-51
10 Roger Gilatert. Automatic Production of Wire and Cable Coils. Wire Industry，1996,63(3): 74-75
11 冉在芳．无损检测的分类及特征简介．无损检测，1999,21(2)：35－37
12 陈德．一种微机巡检式振动监测仪．电测与仪表，1997，34（6）：27-29
13 任吉林，林俊明．电磁检测．机械工业出版社，2000.
14 杨晓萍，王珂等． 电缆偏心度动态测量系统的研究．电工技术学报，1997，12（3）：64
15 杨晓萍．电缆偏心度动态测试仪的设计．电工技术杂志，1997，3(5): 14-16
16 物理学（中册）．高等教育出版社，1985.
17 Mitra, Z J. Chen and D. C. Jiles. Non-Destructive magnetic measurements in weld and base metals of service exposed Cr-Mo steel. NDT&E Int.,1995,28(1)：29-33
18 杨晓萍，洪伟． 感应式电感传感器的数学模型研究．仪表技术与传感器，1997，(9)：15-17
19 任吉林．电磁无损检测． 航空工业出版社，1989.
20 杨志绅,郑勤红等．发展中的涡流检测技术．云南大学学报，1997，17(4)：59-64
21 李雨润．涡流无损检测技术进展． 无损探伤，1999，29(2)：34-37
22 Glenn A. Washer. Developments for the non-destructive evaluation of highway bridges in the USA. NDT&E Int.，1998，31(4)：245-249
23 游凤荷．涡流检测技术的某些新进展． 无损检测，2001，23(3)：21-25
24 王化祥，张淑英．传感器原理及应用．天津大学出版社，1989.
25 余瑞芬．传感器原理（第二版）．航空工业出版社，1995.
26 丁镇生．传感器及传感技术应用．电子工业出版社，1998.
27 刘迎春，叶湘滨. 传感器原理、设计与应用（第三版）. 国防科技大学出版社，1997.
28 何圣静，陈彪. 新型传感器. 兵器工业出版社，1992.
29 程晓红，苏建龙. 新型桥式振荡高压发生器的机理及其暂态分析. 高电压技术，1997，23(2): 41-43
30 杨素行. 模拟电子技术基础简明教程（第二版）. 高等教育出版社, 1998.
31 林嘉锐. 高频电路原理. 电子工业出版社，1987.
32 段尚枢. 运算放大器应用基础. 哈尔滨工业大学出版社，2000.
33 柳泽健，金光磐. 有源滤波器的设计. 人民邮电出版社，1978.
34 王泳涛. 集成运算放大器实用基础. 化学工业出版社，1987.
35 何立民. MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术. 北京航空航天大学出版社，1989.
36 于英民，孙全. 计算机接口技术. 电子工业出版社，1996.
37 张毅刚，彭喜源等. MCS-51单片机应用设计. 哈尔滨工业大学出版社，1997.
38 蔡惟铮. 常用电子元器件手册. 哈尔滨工业大学出版社，1998.
39 力源电子股份有限公司. X24C45串行自动存储非易失性RAM数据手册， 1998.
40 魏群. 怎样选用无线电电子元器件. 人民邮电出版社，2000.
41 MAXIM新产品数据手册. 2000—2002.
42 窦振中. PIC系列单片机原理和程序设计. 北京航空航天大学出版社，1998.
43 武汉力源电子有限公司. PIC16CXX系列单片机应用，1997.
44 王有绪，许杰等．PIC系列单片机接口技术及应用系统设计．北京航空航天大学出版社，2000.
45 内藏T6963C控制器图形液晶显示模块使用手册．北京清华蓬远科贸公司，2002（资料）.
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