胶带输送机胶带纵向撕裂检测系统设计.docx

摘要钢绳芯带式输送机具有连续输送能力强、运行效率高、易于实现自动控制等诸多优点而广泛用于矿山、冶金等国民经济部门作为散状物料输送的重要手段。但在其运行过程中，常发生胶带的纵向撕裂，本文针对现有诸多类型带式输送机胶带纵向撕裂检测系统稳定性差、使用寿命短等缺点，深入研究了电磁感应式检测器的电磁感应原理和检测系统的电路，对整个检测系统进行了简单设计，对胶带纵向撕裂进行检测。通过对胶带中的线圈进行不间断的监测，系统能够在胶带发生纵向撕裂时，使输送机停机并发出报警信号，从而大大减少事故的损失。本系统通过对物理变化的检测转变为数字信号的检测，大大提高了整个系统的稳定性和准确性，同时结合单片机使检测更加简单，提高了操作人员的工作效率。关键词：胶带纵向撕裂；电磁感应；信号AbstractThe steel cable core belt type conveyer has the ability of continuous strong transport capability, the operating efficiency high, easy to realize the automatic control. So it is widely used in mining, metallurgy and other bulk materials sector as the national economy an important means of transportation. But in the course of its operation,it often has the longitudinal article is in view of many types of belt conveyor belt longitudinal tear monitoring system stability poor, service life short and other shortcomings,in-depth study of the electromagnetic induction-detector principle of electromagnetic induction and detection system circuit, giving a simple design of the entire monitoring system, monitoring the tape longitudinal the adhesive tape has the longitudinal tearing accident, The system can make the conveyer engine off promptly and sends out the alarm to reduce accident's loss system through transforms of physical changes monitor into the digital signal monitor, greatly improving the overall system stability, at the same time with SCM to make monitor simpler, raise operators' working efficiency.Keywords longitudinal rip electromagnetic induction signals目 录1 绪论1 引言1 发展现状1 国外发展现状1 国内发展现状2 胶带纵向撕裂检测装置应用前景2 课题研究的意义7 主要任务和要求72 系统原理设计8 确定系统原理8 发生纵向撕裂的原因分析8 输送机胶带设计8 监测系统概述93 监测系统设计11 结构组成11具体工作原理11硬件电路设计12信号发生电路12 监测传感器13 信号接收处理电路13 检测器17 其它电路194 胶带输送机选型计算21 总论21 课题21 胶带特点及其使用范围21 布置的原则21 设计参数及其计算21 原始数据及工作条件21 参数及计算22 输送能力计算22424 电动机功率计算245 主要部件的布置及选用25 主要部件25 电动机25 减速器26 联轴器26 制动器27 传动滚筒28 改向滚筒28轴承座29托辊29 拉紧装置30 保护装置30 逆转保护装置30 打滑保护装置31 防跑偏保护装置32 清扫器32 弹簧清扫器32 空段清扫器33结论34致谢35参考文献36附录37附录1371 绪论 引言钢绳芯带式输送机具有连续输送能力强、运行效率高、易于实现自动控制等诸多优点而广泛用于矿山、冶金等国民经济部门作为散状物料输送的重要手段。但在其运行过程中，常因石块或金属等硬锐的物体卡在某处并划破胶带而造成胶带的纵向撕裂，如不及时停车，不但会撕裂整条胶带一次性造成上百或上千万元的直接经济损失，还将使整个运输系统停产而造成巨大的间接损失。因此，非常有必要研制一种可靠实用的钢绳芯输送带纵向撕裂检测系统，实现对钢芯带纵向撕裂故障的及时、可靠的监控。本文针对现有纵向撕裂保护装置存在的缺点，提出一种新型电磁感应式纵向撕裂检测系统。随着世界各国煤炭生产的不断发展，矿井运输已趋于皮带化，我国也不例外。为了进一步提高我国煤炭产量，高速度、大运量的胶带运输机将成为我国今后矿井运输的主要工具。然而，此类运输机的胶带价格昂贵，一旦发生撕裂事故，其经济损失小则数十万，大则几百万，更为严重的是中断运输，迫使矿井停产，经济损失将无法估量。所以国内外对此研究都非常重视。以下对胶带纵向撕裂检测系统做简单的介绍。 发展现状1.2.1 国外发展现状胶带纵向撕裂检测系统研究现状为目前国外对胶带纵向撕裂保护装置的研究，已从接触式发展到非接触式，从单机化发展到智能化。成功的专利除了嵌入法、光电传感技术、超声波扫描技术外，现又有改进后的嵌入法、超声波技术和最新研究探讨的原子物理方法等。1）改进后的嵌入法：在70年代末，英、德就开始采用在胶带中埋设金属导线的方法。但由于胶带的连续运动，不可避免地会产生滚切的持续应力，使金属导线遭受磨损而断裂。为了克服这个缺点，英国应用摩擦系数较小的聚脂纤维做成的空心管套在导线外面，并硫化在胶带内，保护导线不产生疲劳损坏。以前研制的在胶带中埋设导线的检测装置的另一个缺点是导线和胶带上的橡胶混合物之间常因时间长而容易发生化学反应，破坏导线接头的导电性，导致误动作。为了解决这个问题，德国用直径较小的镀锌钢绳作为导线，该导线埋设在距胶带承载面一定距离的胶带上面层内，平行于胶带表面。在导线的接头区内，相对的导线互相拧紧，导线接头处的折合端罩有轻合金护套，从而使导线避免接触胶带面胶的橡胶混合物，提高了系统的可靠性。还有些国家在胶带中埋设导电橡胶、光导纤维等。此类保护装置的缺点是工艺复杂、成本高。另外，从某种意义上说，由于嵌入物与橡胶间有一个相融性的问题，如果处理不善，会降低胶带的强度。2）超声波扫描技术：超声波探伤为无损检测的一种重要手段，它与激光、红外、同位素并称为现代科学技术的四支尖兵。其最重要而取得辉煌成果的是超声波医学诊断及工业探伤。日本，英国、澳大利亚先后在7O年代末和8O年代初、中期，研究了用超声波在非金属胶带中进行探伤的检测器，并都获得了专利。滚轮式超声波检测装置：该检测装置由换能器、电子放大器和报警器组成（英国有发明专利）。换能器的安装与胶带呈滑动接触状态，即每个换能器由一个滚柱固定，并用托座支承。该监测装置还采用对发、收换能器沿胶带宽度方向的交叉布置。第一个发射换能器紧靠胶带左侧的边缘，胶带右边布置着第五个接收换能器。换能器发射额率为800250kHz。当胶带正常工作时，每个发射换能器以该频率发射超声波，接收换能器将经过一定时间后收到回波。当胶带发生纵向撕裂时，接收器接收到的信号比胶带完好时收到的信号弱，而且接收到信号的时间比胶带完好时收到的时间要长。纵向撕裂事故是否发生，可根据胶带信号衰弱的增值和信号持续的时间差来判定。为此，该装置可提供作为胶带纵向撕裂程度的预告或作为限制损坏程度自动停止胶带运行的装置。该装置的超声波是通过耦合到胶带上的，中间环节多，其耦合问题有一定的难度，目前都用在地面的输送机上。1.2.2 国内发展现状近几年来，国内也有不少单位研制了胶带纵向撕裂保护装置，多数为物料泄漏器一类。有弦线式、杠杆式、带条压敏式等。其中DJSBA一1型胶带纵向撕裂保护装置，已获得了国家专利。该装置的主要优点：(1)性能可靠，操作安全 (2)结构简单，安装调试方便，不需要经常维修 (3)有撕裂装置显示，维修人员可根据指示灯亮的情况直接到达事故位置进行维修 (4)适用范围广，地面与井下带宽在0814m的各种带式输送机均能使用 (5)价格便宜。整个装置见图1-1所示。1-槽钢；2-上托辊；3-胶带；4-传感器；5-挡板；6-保护装置；7、8-固定架；9-下托辊图1-1 DJSBA-1型胶带纵向撕裂保护装置 胶带纵向撕裂检测装置应用前景综观国内外研究现状，今后对胶带纵向撕裂检测装置的研究，必然是朝着新技术、新原理、非接触式智能化方向发展。国内外许多学者和研究者认为最理想的胶带检测装置应该具有下列优点：一是当胶带一旦发生撕裂，就能立即停机；二是胶带上有无物料都不影响检测系统正常工作；三是安装调整简单、操作安全、维修次数最少。然而，目前10O有效、低成本、寿命长、不需修理的胶带撕裂检测器还没有，而且短期内也难以办到， 因为发生撕裂的位置是随机的，引起的原因又是多种的，故只能从主要的、重要的位置和发生几率较高的地方开始，解决引起原因的有效率能达75%以上已是领先。除原子物理方法外，现有的技术如超声波、红外等都只能起到减少损失的作用，这种损失的程度要比接触式如物料泄漏器一类的装置要小得多。故对胶带纵向撕裂事故必须采取以防为主、综合冶理的办法。即管理与措施并举的办法，如：在设计胶带输送机时，就应该充分考虑到各种可能引起胶带撕裂的因素，采取接触式与非接触式简单的技术和高技术、新技术同时兼用，才能有效地治理这一事故。为此，可在加料口安装电磁除铁器，在加料点下安装廉价的物料泄漏器一类的检铡装置，再把导料槽出口设计成喇叭形状，以便大块物料通过，还可以在导料槽易卡物料处安装压力传惑器，在尘埃较少的地方安装光电一类检测器，在事故发生几率较高、危险性撕裂容易发生处安装超声波一类高技术的检测器等等。但是，具体采用哪种装置，用户可以根据胶带输送机的机型、作用及其重要程度等实际情况进行选择。就国外来说，也不是每条胶带都采用高技术的检测装置，而是根据胶带的价格、长度、作用来选择的，而且他们采用的也多数是物料泄漏器一类接触式的检测装置。因为此类装置的优点就是结构简单，安装使用方便，价格便宜，维修量少，对减少事故损失有积极的作用。目前国内外常见的胶带纵向撕裂检测保护装置有：1）棒型检测器这种装置是把一根棒或管状物弯曲成槽形托辊状，安装在槽形胶带下面的缓冲托辊之间，如图1-2所示。这样当有刺穿胶带的物料时，物料将拨动槽形棒偏转，迫使限位开关或载荷传感器动作，发出停机报警信号，使带式输送机停止运转。安装时，可把几个这样的槽形棒用连杆连在一起，控制一个共用开关。这种检测器安装在带式输送机的装载段，而且要求缓冲托辊之间必须具有适当的空间。1限位开关；2撑架；3穿孔；4槽形棒图1-2 棒型检测器2）弦线式检测器该装置由细钢丝或尼龙线作为探头，将其安装在缓冲托辊之间穿过小孔与槽形带下表面贴合，线的一段装一个弹簧限位开关，当线断裂或拉力增大都会启动开关。这种检测器的特点与棒型检测器类似，但灵敏度比较高。3）漏料检测器这种检测装置的结构如图1-3所示，它由托盘、支点、平衡锤和开关等组成。当胶带发生纵向撕裂时，胶带上的物料通过裂口泄漏到托盘里，物料的重量克服平衡锤的重量，使整个装置绕支点转动，迫使限位开关动作，进而使输送机停机。这种检测器结构简单，检测方便。但是，当输送带发生撕裂后，只有输送带上有物料且输送带的裂口足以泄漏物料时，检测器才能起到检测作用。此外，当托盘上的灰尘集聚较多时可能产生误动作。所以，需要经常检查并清理灰尘。1回空带；2托盘；3支点；4平衡锤；5承载带图1-3 漏料检测器4）摆动托辊检测器这种检测器是把槽形缓冲托辊安装在一个可在一定范围内沿胶带运动方向活动的托辊架上，其结构与调偏托辊类似。当刺穿输送带的物料推动这种托辊时，托辊架随之运动并使限位开关或载荷传感器动作，使输送机停机。这种检测器在使用中要经常检查，以保持检测器的正常使用。5）带宽检测器该检测器利用与胶带边缘相接触的检测辊或利用超声波距离测量来检测胶带宽度，其结构如图1-4所示。当胶带发生纵向撕裂时，胶带被撕裂的两半边可能互相重叠起来，使胶带总宽度减小，可由检测器检测出，发出停机报警信号使输送机停机。带宽检测器需要安装可调的实践继电器，以防止某段边缘被磨损的输送带通过检测器时，发生误动作。这种装置的特点是只有当被撕裂的输送带两半边重叠起来时才起作用。所以，这种装置与漏料检测器配合使用，将有较显著的效果。1检测辊；2万向节；3开关图1-4 带宽检测器6）超声波检测器利用超声波转换原理的超声波检测器，由超声波传递和检测两部分组成。这种检测器在胶带容易被撕裂的地方的托辊之间，安装上能够产生超声波的波导管，如图1-5所示，使之产生超声波振荡，再通过检波器检波后输出给处理器。当带式输送机处于正常运行状态时，超声波送波、收波正常，发出正常的信号。一旦胶带发生纵向撕裂，波导管因弯曲而损坏，这时送波和收波状态不同，就会发出输送带纵向撕裂信号，被检测器检测到，从而有处理器输出停机报警信号，使带式输送机停机，避免输送带撕裂事故继续扩大。这种检测器为密封装置，具有防水、防尘、寿命长；在输送强磁性物料或受轻微振动的情况下，检测器也不会发生误操作；无论输送带上有无物料，都可起到检测作用。 1给料斗；2波导管；3缓冲托辊；4检测部分；5处理盘；6报警器；7继电器输出图1-5 超声波检测器7）振动检测器这种检测器的结构如图1-6所示，在承裁托辊之间胶带的边缘处设置一个偏心圆盘作为振动器，在输送带的另一边设置一振动接收器，他以自由回转的辊子与胶带接触。当带式输送机运转时，偏心振动器使胶带产生横向强迫振动，振动接收器受胶带振动的作用，发出信号并输入放大器。当胶带发生纵向撕裂时，振动接收器不再受振动的作用，输出的信号相应减弱，从而控制输送机停机。1-振动器；2-辊子；3-振动接收器；4-放大器；5-执行继电器图1-6 振动检测器8）撕裂压力检测器该检测器在托辊架上安装有测力托辊，其内有测力传感器，如图1-7所示。当胶带发生纵向撕裂时，胶带受到一个持续一定时间的向下的压力，这个压力通过托辊传递给传感器，于是检测器发出一个停机报警信号，使输送机停机。这种检测器具有检测原理简单，检测灵敏度高的优点，但可靠性较差，使用寿命也较短。图1-7 撕裂压力检测器9）机械电气联合防撕裂装置若有大块物料或异物落在输送带上，使输送带和小皮带破裂，异物（物料）便带动小皮带运动，通过杠杆使胶带输送机停止运动。电气方面在小皮带上分布着导线，当异物刺破输送带时，使小皮带的导线刺破切断，控制装置切断输送机的电源使整机停止运动。10）电磁感应式检测器我国江西德兴煤矿，使用的是固特异公司的钢绳芯带式输送机，其纵向撕裂保护装置是比较先进的，其结构如图1-8所示，它在胶带中每隔一定距离（例如50 m）埋设一个传感线圈（这项工作是由输送带生产厂家完成的，当输送带损坏后，用户可自行更换），再在胶带两侧安装一组探测头（包括信号发射探头和信号接收探头），探测头经电缆与控制箱相连。胶带正常运行时，每当传感线圈经过两个探测头时，信号接收探头通过传感线圈接收到信号发射探头发出的电磁信号。一旦胶带发生纵向撕裂，传感线圈回路被切断，信号接收探头将接收不到电磁信号，于是控制箱输出停机报警信号使输送机停机。这种检测器采用电磁感应原理进行工作，它使用方便可靠，寿命长，自动化程度高，较早出现在日本，现已被其它国家广泛采用，国内还处于起步阶段。1-输送带；2-传感线圈；3-探测头；4-电缆；5-控制箱图1-8 电磁感应式检测器 课题研究的意义目前，中等强度，同是1米宽带的胶带尼龙芯的延长线价格在百元以上，钢绳芯的延长线价格在千元以上。无论何种规格的胶带，当发生纵向撕裂后当即报废，由此造成的直接和间接的经济损失往往非常大，很多带式输送机用户经常被胶带纵向撕裂事故所困扰，迫切需要一种能及时处理胶带纵向撕裂事故的检测保护装置。本文针对现有的各种检测装置存在的问题和缺点，结合带式输送机的运行理论和监控技术、信号分析处理技术及电磁检测技术等，使用一套安装在传送带的两侧边缘下面的信号发射器和接收器对钢绳芯胶带进行及时、可靠的监控，防止发生纵向撕裂。该监测系统可靠性高，寿命长，属于新型技术。 主要任务和要求本论文研究的主要内容包括：（1）胶带输送机胶带纵向撕裂检测系统总体设计；（2）胶带纵向撕裂检测传感器发射器及其电路设计；（3）胶带纵向撕裂检测传感器接收器及其处理电路设计；（4）检测传感器机械结构及安装方法研究；（5）利用该检测系统能够实现对胶带输送机胶带纵向撕裂现象连续检测、记录和停车控制；（6）完成胶带输送机胶带纵向撕裂检测系统的相关传感器检测电路、处理电路设计；（7）完成检测传感器机械结构设计，提出可行的安装方案；（8）胶带输送机选型计算：运距800米，运量 800吨/小时。2 系统原理设计 确定系统原理带式输送机连续输送能力强、运行效率高、易于实现自动控制，已广泛用于矿山、冶金等国民经济各部门作为散状物料输送的重要手段。胶带运行过程中纵向撕裂随时可能发生，由于大功率强力带式输送机的运行速度一般都较高，如不能及时发现，将撕裂整条胶带造成很大的直接和间接损失。因此，带式输送机纵向撕裂的预防和保护对矿山企业意义重大。长距离带式输送机广泛使用钢绳芯输送带，而其抗纵向撕裂的强度仅为橡胶本身的强度，所以防纵向撕裂变地由为重要。本文的第1章中列举了国内外各种不同的胶带防纵向撕裂检测装置，综合比较认为电磁感应式的传感系统比较先进，电磁感应式纵向撕裂检测方法即是利用了电磁感应原理将撕裂时发生的物理变化转换成了电信号的一种检测方法，同时具有工作可靠性高及成本低等优点。 发生纵向撕裂的原因分析钢绳芯带式输送机以其强度高，运量大和运距长等优点，受到了各企业的青睐，因而得到了越来越广泛的应用。尤其是煤矿，使用数量甚多。钢绳芯带式输送机之所以抗拉强度高，是因为输送带内沿其纵向布置了许多钢丝绳。但在其宽度方向，抗拉强度是非常低的，正因为输送带的这一结构特点，使得输送带经常发生纵向撕裂事故。输送带发生纵向撕裂，其原因是多方面的，但主要有：某些棒料插入输送带；大块长形矸石掉落在输送带上；机架上某些固定部位挂住输送带；各种铁丝钩住输送带等。钢绳芯输送带价格昂贵，一旦发生纵向撕裂，就要造成重大经济损失。即使能够修补，也需要相当长的时间。随着我国钢绳芯带式输送机的使用量越来越大，发生纵向撕裂的事故也越来越多。 输送机胶带设计输送机纵向撕裂检测系统工作原理：预埋线圈以一定的间距间隔嵌入输送带的下底面橡胶中，一套信号发射探头及接收探头被分别安装在输送带的两侧边缘的下方。当每个预埋线圈经过两个探头时，通过电磁感应使接收探头内产生感应电动势。如在输送带上有一处纵向撕裂发生，则预埋线圈就会被损坏。这样，当损坏的预埋线圈经过两个探头时，将不会有感应信号被接收探头检测到。这个缺失的信号即表明输送带上有一处撕裂产生，输送机就会被自动停止运行。图2-1是钢绳芯胶带内部预埋线圈结构示意图。在普通钢绳芯胶带内部靠近中间层心胶处预埋闭合感应线圈。在胶带运行过程中，主要由上层胶带和钢丝绳承载和传递动力，底层的胶带和线圈承受的载荷很小，所以相应的疲劳磨损也较小，这样有助于提高整个胶带的使用寿命，降低生产成本。图2-1 钢绳芯胶带内部结构图预埋感应线圈在胶带内的分布情况如图2-2所示。线圈以每隔50m的间距埋设感应线圈，在其中设置有一个起始线圈作为整条胶带的起始标识，它与前一线圈的间距比其他线圈的间距都小（5m），这样可以通过检测线圈的间距来确定是否为起始线圈。图2-2 胶带内预埋感应线圈的纵向分布 监测系统概述本文所述纵向撕裂检测系统是基于电磁感应原理工作的。其工作磁场的励磁电流信号根据后续信号接收及处理电路的要求选定为一定频率的脉冲电流信号。信号发生器输出的脉冲信号的电流比较小，无法直接驱动信号发射探头产生磁场，必须通过功率放大器进行功率放大。励磁信号功率放大器的输出功率根据传感器线圈的电气参数和探头间的距离来确定，输出功率越大，接收信号越强。功率放大器的输出功率设计为可调的，以便调试和维护。该纵向撕裂检测系统的传感器由预埋线圈、信号发射探头及信号接收探头组成，如图2-3所示。它是整个系统的核心部件，用以获取输送带发生纵向撕裂的信号信息。信号发射和接收探头被分别安装在输送带的两侧边缘下方，并用密闭非金属容器包装，以防雨水和砂石。两个探头的设置位置一般处在纵向撕裂事故多发段后面，例如落料口或出料口后面，这样一旦发生撕裂事故，随即能检测到。为了提高检测可靠性，可以在事故多发段前后各安装一组传感探头进行检测比较，并且对于一条胶带，可在多处设置纵向撕裂检测系统，以进一步减少损失。当正常的预埋线圈经过两个探头时，预埋线圈与信号发射探头间及预埋线圈与信号接收探头间通过磁场耦合，最终在接收探头中产生一个随励磁电流变化的感应电动势。如果预埋线圈损坏，则预埋线圈与信号接收探头间将失去信号联系，信号接收探头中将没有感应电动势输出。信号发射探头与接收探头间由于距离比较远，通常在接收探头中由发射探头产生的交变磁场而直接感应出的信号很小，一般可以忽略。在输送带运行过程中，为提高整个系统的灵敏度，通常加大信号发射探头的发射功率，但是这也将导致信号发射探头产生的交变磁场在信号接收探头中感应出的感应电动势相应增大，容易使监测系统误认为有预埋线圈通过，从而导致传感器失效。所以放大器功率不能过高，本文所选功率为。图2-3 电磁感应传感器结构布置图3 监测系统设计 结构组成电磁感应传感器的基本工作原理是：在信号发射线圈中输入信号励磁电流，使信号发射线圈周围产生一个交变磁场，这个磁场使预埋感应线圈中形成感应电流，而感应电流又使预埋感应线圈周围形成另一个交变磁场，于是在信号接收线圈两端就形成了感应电压，系统总体组成结构如图3-1所示，由信号发生电路、监测传感器、信号接收处理电路、位置检测器、单片机、停机报警电路、输入输出设备等组成。图3-1 系统总体结构具体工作原理当胶带没有发生纵向撕裂时，完好的预埋感应线圈经过信号发射探头时，通过电磁感应会使接收探头内产生一定幅值的感应信号；如果胶带在某处发生了纵向撕裂，则该处预埋感应线圈就会被损坏而断路，接收探头内也就不会有感应信号产生，当单片机迟迟没有收到信号，而且超过一定的限度的时候，它就会驱动输送机快速停机，并向操作者发出胶带撕裂报警信号。检测系统在对纵向撕裂进行检测时，对于确定是否有预埋感应线圈经过传感器探头这一步骤比较关键。当预埋感应线圈经过传感器探头时，信号接收探头内将产生一定幅值的感应信号，经过信号处理后，单片机接收并显示为正常工作状态。当预埋感应线圈离开时，即传感器探头间没有预埋感应线圈时，接收探头内将没有感应信号，由于预埋感应线圈具有一定的宽度，其经过传感器探头时会持续一定时间。所以只有当感应信号的幅值大于某一设定值并持续一定的时间时，才能确定有预埋感应线圈经过传感器探头；相应地，只有当接收探头经过设定的最长等待时间后还是未能收到感应信号，这时才能判定胶带发生了纵向撕裂。硬件电路设计3.3.1信号发生电路由电磁感应原理知道，感应电流是由变化的磁场产生的，而变化的磁场则是由导体中变化的电流形成的，这个变化的电流信号一般通过信号发生电路产生。它由信号发生器和功率放大器组成。首先由信号发生器产生一定频率的正弦信号，再经过功率放大器进行功率放大，然后输入信号发射探头内的发射线圈，在周围形成一定频率的交变磁场。1）信号发生器单结晶体管经常用于锯齿波发生器和脉冲发生器中，但用它也可以构成简单的正弦波产生电路。作为分立元件的振荡电路，它使用的元器件可谓最少，而且稳定性好，信号波形失真度小，电路如图3-2所示。与普通单结管驰张振荡电路相比，此电路在第二基极上增加了一个LC调谐电路，调谐电路依赖单结管电流脉冲的激励而产生正弦振荡。调节电阻Rl，就可以控制电流脉冲的大小，可在B2处得到正弦波。为了防止信号发射器产生的磁场直接被信号接收装置接收，按图中参数，振荡频率可以由公式计算得到。 式 式中 L表示电感的感抗； C表示电容的容抗。图3-2 单结晶体管正弦波发生器2）功率放大器由于信号发生器输出的脉冲信号比较弱，其输出信号功率不足以使信号发射线圈产生足够强的工作磁场，所以应将信号发生器的输出信号进行功率放大，再驱动信号发射线圈产生磁场。本系统中信号功率放大器采用音频功率放大集成电路TDA2822D。该功率放大器失真小，输出功率为，放大电路如图3-3所示。图3-3 音频功率放大集成电路3.3.2 监测传感器其作用是感知是否有预埋感应线圈经过传感器探头。由信号发射探头、预埋感应线圈和信号接收探头组成。两个探头的设置位置一般处在纵向撕裂事故多发段后面，例如落料口或出料口后面，这样一旦发生撕裂事故，就能立即检测到。为了提高检测可靠性，可以在事故多发段前后各安装一组传感探头进行监测比较，并且对于一条胶带，可在多处设置纵向撕裂检测系统，以进一步减少损失。3.3.3 信号接收处理电路信号接收处理电路由信号接收电路、放大电路、整流滤波电路、波形转换电路、电压比较放大电路等组成。其作用是将监测传感器接收到的电信号转换处理成单片机能够接受的信号，以便单片机进行进一步分析和处理并判定其是否发生纵向撕裂。1）信号接收电路电磁感应信号经信号接收探头由线圈L1和电容C1构成的谐振电路进行接收（这样能提高稳定性，降低失真）,在电容C1两端得到频率等于信号发生器的正弦波信号。由于接收探头暴露在工作现场，可能受到高压脉冲信号的干扰，所以在前端设置了一个由固体放电管ZD1构成的高压保护电路，用来防止高压信号对后续电路的损害。固体放电管ZD1依靠其击穿电压来抑制过压。当其两端电压低于时，器件处于断开状态；当其两端电压高于时，固体放电管迅速导通，这时相当于短路，能通过很大的浪涌电流或脉冲电流，将起到保护后续电路的作用；当其两端电压恢复正常后，它将回到断开状态。与其他放电管相比较，固体放电管具有快速响应（小于1ns）、能耐较大的冲击电流、无限重复使用和工作稳定等优点。因为后续的放大电路的输入电压的最大允许值为25V，故选择击穿电压为25V的固体放电管。电路工作时，电阻R1和电容器C2组成一低通滤波器，其截止高频信号，防止其对后面电路造成干扰。图3-4所示为信号接收电路。图3-4 信号接收电路2）信号放大电路经过信号接收电路得到的感应信号电压比较小，一般只有几十毫伏，为了后续电路对其进行分析处理，需要进行放大处理。本文所选用的是增益可调仪表放大电路，如图3-5所示。用运算放大器INA106作为输入级可以获得很好的低噪声、低失调和温度漂移特性。由于其输入阻抗非常高，内阻达到在10k以上，以致于对前端电路影响可以忽略。只需调节PR1,PR2的阻值，就能调整增益。图3-5 增益可调放大电路3）整流电路经过信号放大电路放大的正弦信号接下来需要进行波形整流，把正、负交变的电压转换成单极性电压，本文所使用的是半波整流电路，电路如图3-6所示。该电路使用的整流元件是具有单向导电性的二极管实现整流，同时利用了集成运算放大器的放大作用和深度负反馈作用降低误差，提高精度。下面分Vin<0和Vin>0两种情况阐述这个电路的工作原理：（1）当Vin<0时，集成运放的输出电压Va>0，二极管D2截止，D1导通，此时这个电路相当于反相比例放大电路，因此，而Vin<0，故Vout为正值。（2）当Vin>0时，Va<0，D2导通，集成运放也处于深负反馈状态，D1截止。而集成运放的反相输入端为虚地点，因此Vout=0。该整流电路的输入和输出电压波形如图3-7所示。图3-6 半波整流电路图3-7 输入和输出电压波形4）滤波电路信号经过整流以后,还需要进行滤波处理,去除干扰信号。在滤波电容的容量较大的情况下，电路刚接通的瞬间，整流二极管将承受很大的浪涌电流，很可能因过流而烧毁，因此，在选用二极管时，应注意挑选电流大一点的，最好采用比锗管更经得起电流冲击的硅管。还可以采取一些保护整流二极管的措施，使通过整流二极管的最大电流不超过规定的浪涌电流。具体的滤波电路如图3-8所示。图3-8 滤波电路5）波形转换电路由于后续的电路要求具有一定宽度的矩形脉冲信号，所以信号经过前面电路的处理后，需对尖峰进行波形整形，转换成矩形脉冲信号。本系统采用74LS74双D触发器构成的触发器对尖峰信号进行波形整形。74LS74是上升边沿触发的边沿触发器，即时钟脉冲的上升沿触发。将端输出连接到D端，尖峰信号由CLK端输入，整形后的脉冲信号由Q端输出，如图3-9所示。其逻辑功能为：输出端Q的状态随着输入端D的状态而变化，但总比输入端状态的变化晚一步，即某个时钟脉冲来到之后Q的状态和该脉冲来到之前D的状态一样，用表达式可写成=D。电路的输入输出波形如图3-10所示。图3-9 波形整形电路图3-10 波形整形电路的输入与输出波形6）电压比较放大电路经前面处理得到的矩形波，需要对电压值放大将其幅值电压改为5V，图3-11所示为由MAX4100构成的同相增益电路，放大器增益由RF与RG的比值确定，且不会影响放大器的频率补偿。放大比例关系见式（）。 式图3-11 同相增益放大电路3.3.4 检测器检测器分为两种，一是对胶带内预埋初始线圈的检测；二是撕裂胶带位置检测器。预埋初始线圈的检测是检测胶带并对每个预埋感应线圈位置进行匹配。由于是非接触式检测，且预埋线圈嵌入在不断运行的胶带中，所以只能间接测量预埋感应线圈的运行距离，并在胶带中设置起始线圈作为起始标志来确定每一个预埋线圈的位置。在前面的设计中，已经讲到在胶带中埋有感应线圈，其中设有初始线圈来分辨各线圈并对各线圈进行编号（各预埋感应线圈分别编为0-N，0为初始线圈）。在存储器中给输送带中的每个预埋线圈分配一个唯一的地址，并对应记录收到脉冲信号所经历的时间间隔。运行时，经过前面的信号处理所得到的矩形脉冲信号，进入单片机对脉冲进行分析，将实时监测到的线圈脉冲数值与这些存储好的地址数据相比较，确定每一个预埋线圈的位置。撕裂胶带位置检测器的作用是时时对胶带运行速度、运行状态等进行检测，对胶带内预埋感应线圈的运行位置进行定位，并在发生胶带纵向撕裂时，快速检测出撕裂并判断发生纵向撕裂的位置。整个检测器的结构是在运输机的胶带驱动滚筒端面安装一塑料圆盘，并在圆盘上围绕外圆按一定间隔嵌入一定数目的磁钢，在靠近滚筒端面处设立一敏感霍尔传感器。当滚筒旋转时，磁钢通过霍尔传感器就会产生脉冲信号，发送给单片机，以表明滚筒旋转一定的角度。由于滚筒转动一周胶带运行距离等于滚筒的外圆周长，并且胶带内设置起始线圈，所以可以通过记录脉冲数就可以随时知道胶带运行的距离，获得预埋感应线圈的运行位置，从而可以知道胶带内发生纵向撕裂的预埋感应线圈的位置。通过系统存储器中为预埋感应线圈建立的地址表，和每一个地址号相对应的是与前一个预埋感应线圈的间距（这个间距即是在两个线圈先后经过传感器探头的时间间隔内由霍尔传感器产生的脉冲计数值），使得系统可以准确知道哪个预埋感应线圈经过传感器探头。对于某个预埋感应线圈应该在某一时间经过传感器探头而迟迟未检测到它的存在时，监测系统则可判定胶带发生了纵向撕裂事故，输出停止报警控制信号并显示被损坏的回路线圈地址号。理论上，在滚筒上镶嵌的磁钢数目越多，对胶带运行距离的检测精度越高，但磁钢数目过多，会加重单片机的工作任务，可能对系统稳定性带来影响（本论文选择使用的数目是18）。用于检测磁钢的霍尔元件选用UGN-3501T，它具有较高的灵敏度，它能感受很小磁场变化。当磁钢转过霍尔传感器时，传感器输出一个峰值为20mV的脉冲，此脉冲信号经运算放大后即可输入单片机进行计数。具体电路如图3-12所示。图3-12 UGN-3501T霍尔传感器组成的电路图3.3.5 其它电路3.3.5.1 单片机单片机是专门为控制和智能仪器设计的一种集成度很高的微型计算机，它负责系统的各个功能的实现和过程控制。从各个传感器获得监测数据进行分析处理，判断是否发生胶带纵向撕裂事故，并及时做出相应的响应。同时负责对各个外部设备的控制和数据通信，接收并处理输入的数据，将处理结果输出到显示器。3.3.5.2 外围输入输出设备及存储器外围输入输出设备包括键盘、显示器等，负责检测系统与外界的数据交流，存储器包括数据纪录存储器和数据保存存储器，用于程序运行时临时数据的存储和系统停止时数据的保存。3.3.5.3 电源电路电源电路作为检测系统的供能单元，也起着重要的作用。工业现场环境恶劣，电源电压波动大，且存在瞬时浪涌电流，在给检测系统进行供电时，如不进行适当的稳压处理，将直接导致系统运行不稳定，进而可能导致检测系统失效。图3-13是系统电源的降压及整流单元电路图。220V交流电经保险丝后，进入输入变压器的初级，经降压次级得到12V的交流电，经桥式整流后输出±12V的脉动直流电，经整流后的直流电输入W7800(输出正电压)和 W7900系列（输出负电压）稳压器（这里以输出12V电压为例），即可得到电压比较平稳的直流电。图3-13 整流稳压电路3.3.5.4 停机报警电路当检测系统检测到并确认胶带发生纵向撕裂时，单片机立即输出一个停机报警信号，由停机报警驱动电路切断输送机的电源，并向工作人员发出警报。4 胶带输送机选型计算 总论4.1.1 课题胶带输送机选型计算课题为：胶带输送机选型计算（运距800米，运量 800吨/小时），根据前面理论分析，本系列采用DX型钢绳芯胶带输送机进行选型和计算。4.1.2 胶带特点