專利名稱：刀具磨損檢測儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明創(chuàng)造涉及基于聲發(fā)射在金屬切削過程中檢測刀具磨損狀態(tài)的檢測儀。
背景技術：
在金屬切削的過程中，可做為聲射信號源包括以下幾種工件在加工中的塑性變 形；切削的塑性變形；刀具側面與工件的摩擦，并產生側面磨損；刀具前表面與工件的摩 擦，并閣下月牙灣形磨損；刀具與切削的撞擊；切屑的破裂；刀具的斷裂等。根據以上金屬加工中聲發(fā)射信號分析，聲發(fā)射包括包括連續(xù)信號和瞬時信號兩類 不同的信號，連續(xù)信號伴隨著刀具正面和側面從鋒利到磨損的整個過程，瞬時信號只會產 生在刀具破裂和切屑破裂的瞬間，刀具與工件和切屑的磨擦作為重要的發(fā)射源，則會產生 連續(xù)信號和瞬時信號交替出現。已公開的專利901094331，名稱為“聲發(fā)射刀具失效檢測儀”，該發(fā)明專利的特征在 于用聲發(fā)射信號“上升斜率及包含最大峰值電壓前若干采樣點的均值電壓”用為磨損程度 的標準，來判斷刀具的磨損的前兆。然而，該聲發(fā)射裝置僅僅根據信號“上升斜率及包含最 大峰值電壓前若干采樣點的均值電壓”來判斷刀具的磨損程度，存在著準確性和可靠性低 的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明創(chuàng)造的目的是提供一種能準確地檢測到刀具磨損的刀具磨損檢測儀；本發(fā) 明創(chuàng)造的目的是通過下述的技術方案實現的
刀具磨損檢測儀，其特征包括聲發(fā)射傳感器、前置放大電路、信號調理電路、信號處理 電路和顯示控制電路；聲發(fā)射傳感器輸出端接前置放大電路的輸入端，前置放大電路輸出 端接信號調理電路輸入端，信號調理電路輸出端接信號處理電路輸入端，信號處理電路輸 出端接顯示控制電路輸入端。信號調理電路包括信號幅值調整電路、差動放大電路和濾波器通道選擇電路；信 號幅值調整電路輸出端接濾波器通道選擇電路輸入端，濾波器通道選擇電路輸出端接差動 放大電路輸入端。信號幅值調整電路包括由接口 J1、電阻R47、電阻48、電容C28、兩個二極管D1、穩(wěn) 壓管D2、穩(wěn)壓管D3 ；接口 J1 一端接地，接口 J1另一端接電容C28 —端，電容C28另一端接 電阻R47，電阻R47另一端接電阻48和接兩個D1，兩個D1其中一個的正極，另一個的負極， 電阻R47另一端接輸出端，兩個D1其中一個正向端接穩(wěn)壓管D3正向端，兩個D1其中一個負 向端接穩(wěn)壓管D2負向端，電阻48另一端接地，穩(wěn)壓管D2正向端和穩(wěn)壓管D3負向端接地。差動放大電路包括差動放大器U10、電阻R30、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻 R30 ；電阻R30 —端接地另一端接U10腳1和電阻R33，電阻R33另一端接U10腳4及接正向 輸出，電阻R31 —端接濾波器通道選擇電路23中多路選擇器U8的腳2、7、10、15，電阻R31 另一端接U10的腳8和阻R32，電阻R32另一端接U10腳5及接反向輸出，U10腳2接地，U10 腳 3 接+ 5V1, U10 腳 6 接一5V1。濾波器通道選擇電路包括多路選擇器TO、U8、240k - 310k帶通濾波器濾波電路和 20k - 80k帶通濾波器濾波電路、三極管Q1、電阻R45、電阻46、電容C21、電容C22和濾波器 控制選擇控制端子；多路選擇器U6腳2、7、10、15接信號幅值調整電路輸出端，TO腳13接電 容C22,電容C22接地，U6腳12接+5V，U6腳4接-5V1,U6腳5接地，U6腳3、14接240k — 310k帶通濾波器濾波電路輸入端，TO腳6、11接20k — 80k帶通濾波器濾波電路輸入端，U6 腳8、9接電阻R45，電阻R45另一端接三極管Q1基極，三極管Q1發(fā)射極接地，三極管Q1集 電極接U6和U8的腳1、16，濾波器控制選擇控制端子接U6和U8的腳8、9，240k 一 310k帶 通濾波器濾波電路輸出端接U8腳3、14，20k - 80k帶通濾波器濾波電路輸出端接U8腳6、 11，U8腳5接地，U8腳4接-5V1，U8腳12、13接+5V1，接電容C21，電容C21接地，U8腳步 2、7、10、15 接電阻 R31。20k - 80k帶通濾波器濾波電路包括一個截止頻率為20k的高通巴特沃斯高通濾 波器和一個截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器；截止頻率為20k的高通巴特沃斯 高通濾波器輸出端接截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端；截止頻率為20k 的高通巴特沃斯高通濾波器包括運算放大器U1A、U2A、U2B,電阻R23、R24、R25、R26、R27、 R28、R29、R30、R31、R32、R33 和電容 Cll、C12、C13、C14、C15 ；信號輸入接電容 Cll, C11 另 一端接電阻R25和運算放大器U1A腳2，R25接地，U1A腳3經過R23與地連接，U1A腳1經 過R24與U1A腳3連接，U1A腳8接+5V，U1A腳4接-5V，U1A腳1接電容C12，C12另一端 接C13和電阻R27，C13另一端接R26和U2A腳2，R26接地，R27另一端接U2A腳1，U2A腳 3經R28接地，U2A腳3經R29接U2A腳1，U2A腳8接+5V，U2A腳4接-5V，U2A腳1接電 容C14，C14另一端接C15和R31，C15另一端妝R30和U2B腳6，R30另一端接地，R31另一 端接U2B腳7，U2B腳5經R32接地和經R33接U2B腳7 ；截止頻率為80k的高通巴特沃斯低 通濾波器包括運算放大器 U1B、U3A、U3B,電阻 R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、 R43、R44和電容(16、(17、(18、(19、〔20 ；截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入 端接電阻R34，R34另一端接電容C16和U1B腳6，C16另一端接地，U1B腳5經過R35接地 和經過R36接U1B腳7，U1B腳7接電阻R39，R39接R40和電容C18，C18另一端接U3A腳 1，R40接C17和U3A腳2，C17另一端接地，U3A腳步3經過R37接地和經過R38接U3A腳 1，U3A 腳 8 接 +5V，U3A 腳 4 接-5V，U3A 腳 1 接 R41，R41 另一端接 R42 和 C20，C20 另一端 接U3B腳7，R42另一端接C19和U3B腳6，C19另一端接地，U3B腳5經過R43接地和經過 R44接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻；240k — 310k帶通濾波器濾波電路包括截止頻率為 240k的高通巴特沃斯高通濾波器和截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器；截止頻 率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器輸出端接截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波 器輸入端；截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器包括運算放大器U1A、U2A、U2B,電 阻附、1 2、1 3、1 4、1 5、1 6、1 7、1 8、1 9、1 10、1 11 和電容 CI、C2、C3、C4、C5 ；信號接電容 Cl，C1 另一端接電阻R3和U1A腳2，R3另一端接地，U1A腳3經過R1接地和經過R2接U1A腳1， U1A腳8接+5V，U1A腳4接-5V，U1A腳1接C2，C2另一端接C3和R5，R5另一端接U2A腳 1，C3另一端接R4和U2A腳2，R4另一端接地，U2A腳3經過R6接地和經過R7接U2A腳1， U2A腳8接+5V，U2A腳4接-5V，U2A腳1接C4，C4另一端接C5和R8，R8另一端接U2B腳 7，C5另一端接R9和U2B腳6，R9另一端接地，U2B腳5經過R10接地和經過R11接U2B腳
67 ；截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器包括運算放大器U1B、U3A、U3B,電阻R12、 R13、R14、R15、R、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22 和電容 C6、C7、C8、C9、C10 ；截止頻率為 310k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端接截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器輸 出端，截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端接電阻R12，R12另一端接C6和 接U1B腳6，C另一端接地，U1B腳步5經達R13接地和經過R14接U1B腳7，U1B腳7接R17， R17另一端接R18和C8，C8另一端接U3A腳1，R18另一端接C7和接U3A腳2，C7另一端接 地，U3A腳3經過R15接地和經過R16接U3A腳1，U3A腳8接+5V，U3A腳4接-5V，U3A腳 1接R20，R20另一端接R19和CIO, C10另一端接U3B腳7，R19另一端接C9和接U3B腳6， C9另一端接地，U3B腳5經過R21接地和經過R22接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻。信號處理電路包括模數轉換電路、緩沖器電路、3-DSP模塊、4-FPGA模塊、接口電 路、開關電路、存儲器電路、電源電路；信號調理電路的正向輸出接信號處理電路中模數轉 換電路的Aim+接口，信號調理電路的反向輸出接信號處理電路中模數轉換電路的Aim — 接口，模數轉換電路腳 AD1
、AD1 — CLK、PD1、OBI、WARP1、AD — RD1、CNVST1#、AD — 〇51、卩01 卩1、1]\0^1^￡1、卩08皿1、16位數據輸出線路六02
、六02 — 0^、卩02、081、骱1^2、 AD — RD2、CNVST2#、AD — CS2、PDREF2、IMPULSE2、PDBUF2、BUF — RSTG 與 4-FPGA 模塊相 連接；模數轉換電路腳BUF _ RST與4-FPGA模塊相連，4-FPGA模塊腳USB _ WKUP、USB _ CS、USB — FLGC、USB — FLGB、USB — FLGA、USB — RDY、USB — CHK、USB — IRQ、UART — CSA、 UART — CSB、UART — INTA、UART — INTB、BUF — AWE#、BUF — A0E#、BUF — RST#、BUF — RST與接口電路相連，4-FPGA模塊腳BUF — A0E#及BUF — EN與接口電路相連，4-FPGA模 塊腳 BUF —RST# 與存儲器電路相連，4-FPGA 模塊的 GPI00、GPI03、GPI08、GPI09、GPI010、
GPI011、GPI012、GPI013 和Wf 與
緩沖器電路2-BUFFER相連，腳■與3-DSP模塊相連，4-FPGA模塊腳ED
數據
總線、EA[21..31]地址總線與緩沖器電路、3-DSP模塊和存儲器電路相連，4-FPGA模塊腳 AW#和A0E#與3-DSP模塊和存儲器電路相連，4-FPGA模塊腳ECLK0UT、CLK0UT3、25M、CE2#、 CE3#、INT4#、INT5#、INT6#、INT7#、ARDY、H0LD#、BUSREQ、TIN1、T0UT1、T0UT0 和 TINO 與
3-DSP模塊相連，4-FPGA模塊腳DSP— EN與電源電路相連；接口電路腳485 _ R/T和USB —CLK與3-DSP模塊相連，腳BUF_ED
緩沖數據總線和BUF_EA[2. 17]與緩沖 器電路相連；3-DSP模塊引腳SCL0和SDA0與接口電路相連，腳BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、 CE0#、A0E#、AWF#、ARE#、CE1，#和SDR — CLK與存儲器電路相連；緩沖器電路腳RELAY1、 RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6T和RELAY7與開關電路相連；模數轉換電路包括 模擬輸入保護和濾波電電路、AD轉換芯片、濾波電容和配置電阻電路；緩沖器電路包括電 平緩沖電路、數據緩沖電路、復位電路和時鐘電路；3-DSP模塊包括DSP芯片、晶振信號產生 電路、JTAG下載接口、鎖相環(huán)電源濾波電路、蜂鳴器按鍵電路和配置電阻與濾波電容電路；
4-FPGA模塊包括4-FPGA芯片和下載接口電路；接口電路包括USB接口電路、232串口接口 電路、485串口接口電路；開關電路包括濾波器選擇電路和繼電器控制電路；存儲器電路包 括SDRAM存儲器電路和FLSAH存儲器電路；電源電路包括5V、3. 3V、1. 2V、2. 5及DSP芯片。本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點將刀具切削工件時，刀具從鋒利到破損過程中各個階段聲發(fā) 射的特征進行記錄整理，準確地檢測刀具的磨損。


圖1是刀具磨損檢測儀結構及安裝示意圖。圖2是信號調理電路6電路圖。圖3是信號調理電路6中20k — 80k帶通濾波器濾波電路16電路圖。圖4是信號調理電路6中240k — 310k帶通濾波器濾波電路15電路圖。圖5是信號處理電路7電路圖。圖6是信號處理電路7中模數轉換模塊24電路圖。圖7是信號處理電路7中緩沖電路模塊25電路圖。圖8是信號處理電路7中3-DSP模塊26電路圖。
圖9是信號處理電路7中4-FPGA模塊27電路圖。圖10是信號處理電路7中接口電路模塊28電路圖。圖11是信號處理電路7中開關電路29電路圖。圖12是信號處理電路7中存儲電路30電路圖。圖13是信號處理電路7中電源電路31電路圖。圖14是刀具磨損識別系統(tǒng)框圖。圖15是刀具磨損識別流程圖。圖16是顯示控制部分電路。圖中的1、工件 2、刀具 3、刀架 4、聲發(fā)射傳感器 5、前置放大電路 6、信 號調理電路 7、信號處理電路 8、顯示控制電路 9、電纜 10、串口通訊電纜 11、信號 電纜 12、信號電纜I 15、240k — 310k帶通濾波器濾波電路 16、20k — 80k帶通濾波 器濾波電路 17、240k的高通巴特沃斯高通濾波器 18、310k的高通巴特沃斯低通濾波器 19,20k的高通巴特沃斯高通濾波器 20、80k的高通巴特沃斯低通濾波器 21、信號幅值 調整電路 22、差動放大電路 23、濾波器通道選擇電路 24、模數轉換電路 25、緩沖器 電路 26、3-DSP模塊 27、4-FPGA模塊 28、接口電路 29、開關電路 30、存儲器電路 31、電源電路。
具體實施例方式刀具磨損檢測儀，如圖1所示，其特征在于聲發(fā)射傳感器4、前置放大電路5、信號 調理電路6、信號處理電路7和顯示控制電路8 ；聲發(fā)射傳感器4輸出端經電纜9接前置放 大電路5的輸入端，前置放大電路5輸出端經信號電纜I接信號調理電路6輸入端，信號調 理電路6輸出端經信號電纜11接信號處理電路7輸入端，信號處理電路7輸出端經串口通 訊電纜接顯示控制電路8輸入端。本案的工作過程是刀具在加工工件過程中，由于聲發(fā)射信號的主要集中在中頻 段或中高頻段，所以體方案中聲發(fā)射傳感器把接收到的微弱信號送入前置放大電路進行轉 能放大后，再經過信號調理電路處理，再送入信號處理電路處理。信號處理電路接收到信號 調理電路處理過的信號進行分析運算，并與存儲中的數據庫內的磨損程度的相應數據相比 較，通過比較的差異，在線實時的判斷出刀具相應的磨損程度，最后通過顯示控制電路顯示 或報警。
聲發(fā)射傳感器通過外殼的磁鐵吸附在安有刀具的刀架上，輸出端通過電纜9接入 前置放大電路的輸入端。聲發(fā)射傳感器是本系統(tǒng)的關鍵部件，根據檢測目的和環(huán)境的不同采用不同結構和 性能的聲發(fā)射傳感器，其中諧振式高靈敏度傳感器是聲發(fā)射檢測中使用最多的一種，聲發(fā) 射傳感器的選擇應該根據被測聲發(fā)射信號來確定，首先要考慮被測聲發(fā)射信號的頻率范圍 和幅度范圍以及噪聲信號的特征，然后選擇所關注頻域內的聲發(fā)射信號靈敏的聲發(fā)射傳感 進行測試，從而根據被測對象的特征和檢測目的選擇相應頻率的聲發(fā)射傳感器。本檢測儀 選用北京聲華公司產生的SR30單端諧振式聲發(fā)射傳感器，諧振頻率為40khz，或SR150單 端諧振式聲發(fā)射傳感器，諧振頻率為300 khz，其主要是壓電晶片構成，只是晶片一端做接 收工作，另一端空閉。此聲發(fā)射傳感器組成部分還包括保護膜、外殼、電極引線、插座線、磁 鐵，將壓電元件的負極面用導電膠粘貼在底座上，另一面引線與高頻插座的芯線連接，外殼 接地。前置放大電路，聲發(fā)射傳感器輸出的信號電壓很低，經過長距離傳輸后信號強度 衰減，需要靠前置放大電路瘵信號提高到一定程度，并提高信號的信噪比。在聲發(fā)射系統(tǒng) 中，前置放大電路控制著整個系統(tǒng)噪聲的大小。本裝置采用北京鵬翔公司的PXPA II型前置 放大器，增益為40db，帶寬為15 khz - lkhz，并且具有體積小、抗沖擊、噪音低等優(yōu)點。信號調理電路6如圖2所示，包括信號幅值調整電路21、差動放大電路22和濾波 器通道選擇電路23 ；信號幅值調整電路21輸出端接濾波器通道選擇電路23輸入端，濾波 器通道選擇電路23輸出端接差動放大電路22輸入端。信號幅值調整電路21包括由接口 J1、電阻R47、電阻48、電容C28、兩個二極管D1、 穩(wěn)壓管D2、穩(wěn)壓管D3 ；接口 J1 一端接地，接口 J1另一端接電容C28 —端，電容C28另一端 接電阻R47，電阻R47另一端接電阻48和接兩個D1，兩個D1其中一個的正極，另一個的負 極，電阻R47另一端接輸出端，兩個D1其中一個正向端接穩(wěn)壓管D3正向端，兩個D1其中一 個負向端接穩(wěn)壓管D2負向端，電阻48另一端接地，穩(wěn)壓管D2正向端和穩(wěn)壓管D3負向端接 地。從而構成電壓保護電路使輸出電壓不大于士2. 5。差動放大電路22如圖2所示，包括差動放大器U10、電阻R30、電阻R31、電阻R32、 電阻R33、電阻R30 ；電阻R30 —端接地另一端接U10腳1和電阻R33，電阻R33另一端接U10 腳4及接正向輸出，電阻R31 —端接濾波器通道選擇電路23中多路選擇器U8的腳2、7、10、 15，電阻R31另一端接U10的腳8和阻R32，電阻R32另一端接U10腳5及接反向輸出，U10 腳2接地，U10腳3接+ 5V1,U10腳6接—5V1。U10的腳4、5分別為正向輸出和反向輸出， 從U8腳2、7、10、15輸出的信號進入差動放大電路后，U10腳4、5輸出具有減小共模的雙路 差分信號，供系統(tǒng)后續(xù)進行處理。濾波器通道選擇電路23如圖2所示，包括多路選擇器U6、U8、240k 一 310k帶通 濾波器濾波電路15和20k - 80k帶通濾波器濾波電路16、三極管Q1、電阻R45、電阻46、電 容C21、電容C22和濾波器控制選擇控制端子；多路選擇器U6腳2、7、10、15接信號幅值調 整電路21輸出端，U6腳13接電容C22，電容C22接地，U6腳12接+5V，U6腳4接-5V1,U6 腳5接地，TO腳3、14接240k - 310k帶通濾波器濾波電路15輸入端，TO腳6、11接20k — 80k帶通濾波器濾波電路16輸入端，TO腳8、9接電阻R45，電阻R45另一端接三極管Q1基 極，三極管Q1發(fā)射極接地，三極管Q1集電極接TO和U8的腳1、16，濾波器控制選擇控制端子接TO和U8的腳8、9，240k - 310k帶通濾波器濾波電路15輸出端接U8腳3、14，20k — 80k帶通濾波器濾波電路16輸出端接U8腳6、11，U8腳5接地，U8腳4接-5V1，U8腳12、 13接+5V1，接電容C21，電容C21接地，U8腳步2、7、10、15接電阻R31。當系統(tǒng)使用SR30聲發(fā)射傳感器而需要使用20k — 80k的濾波器時，DSP芯片控制 SEL —FILTER端為低電平，U6、U8的腳1、16為高電平，腳步8、9為低電平，從而20k — 80k 帶通濾波器濾波被選通。當系統(tǒng)使用SR150聲發(fā)射傳感器而需要使用240k - 310k的濾波 器時，DSP芯片控制SEL —FILTER端為高電平，U6、U8的腳1、16為低電平，腳步8、9為高 電平，從而240k - 310k的濾波器被選通。20k - 80k帶通濾波器濾波電路16如圖3所示，包括一個截止頻率為20k的高通 巴特沃斯高通濾波器19和一個截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器20 ；截止頻率 為20k的高通巴特沃斯高通濾波器19輸出端接截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波 器20輸入端；截止頻率為20k的高通巴特沃斯高通濾波器19包括運算放大器U1A、U2A、 U2B,電阻 R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33 和電容 Cll、C12、C13、C14、 C15 ；信號輸入接電容Cll，C11另一端接電阻R25和運算放大器U1A腳2，R25接地，U1A腳 3經過R23與地連接，U1A腳1經過R24與U1A腳3連接，U1A腳8接+5V，U1A腳4接-5V， U1A腳1接電容C12，C12另一端接C13和電阻R27，C13另一端接R26和U2A腳2，R26接地， R27另一端接U2A腳1，U2A腳3經R28接地，U2A腳3經R29接U2A腳1，U2A腳8接+5V, U2A腳4接-5V，U2A腳1接電容C14，C14另一端接C15和R31,C15另一端妝R30和U2B腳 6，R30另一端接地，R31另一端接U2B腳7，U2B腳5經R32接地和經R33接U2B腳7 ；截止 頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器20包括運算放大器U1B、U3A、U3B,電阻R34、R35、 R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44 和電容 C16、C17、C18、C19、C20 ；截止頻率為 80k 的高通巴特沃斯低通濾波器20輸入端接電阻R34，R34另一端接電容C16和U1B腳6，C16 另一端接地，U1B腳5經過R35接地和經過R36接U1B腳7，U1B腳7接電阻R39，R39接R40 和電容C18，C18另一端接U3A腳1，R40接C17和U3A腳2，C17另一端接地，U3A腳步3經 過R37接地和經過R38接U3A腳1，U3A腳8接+5V，U3A腳4接-5V，U3A腳1接R41，R41 另一端接R42和C20，C20另一端接U3B腳7，R42另一端接C19和U3B腳6，C19另一端接 地，U3B腳5經過R43接地和經過R44接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻；240k — 310k帶通 濾波器濾波電路15如圖4所示，包括截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器17和截 止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器18 ；截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波 器17輸出端接截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器18輸入端；截止頻率為240k 的高通巴特沃斯高通濾波器17包括運算放大器U1A、U2A、U2B,電阻Rl、R2、R3、R4、R5、R6、 R7、R8、R9、R10、R11和電容CI、C2、C3、C4、C5 ；信號接電容Cl，C1另一端接電阻R3和U1A 腳2，R3另一端接地，U1A腳3經過R1接地和經過R2接U1A腳1，U1A腳8接+5V，U1A腳4 接-5V，U1A腳1接C2，C2另一端接C3和R5，R5另一端接U2A腳1，C3另一端接R4和U2A 腳2，R4另一端接地，U2A腳3經過R6接地和經過R7接U2A腳1，U2A腳8接+5V，U2A腳4 接-5V，U2A腳1接C4，C4另一端接C5和R8，R8另一端接U2B腳7，C5另一端接R9和U2B 腳6，R9另一端接地，U2B腳5經過R10接地和經過R11接U2B腳7 ；截止頻率為310k的高 通巴特沃斯低通濾波器18包括運算放大器U1B、U3A、U3B,電阻R12、R13、R14、R15、R、R16、 R17、R18、R19、R20、R21、R22和電容C6、C7、C8、C9、C10 ；截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器18輸入端接截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器17輸出端，截止頻率 為310k的高通巴特沃斯低通濾波器18輸入端接電阻R12，R12另一端接C6和接UlB腳6， C另一端接地，UlB腳步5經達R13接地和經過R14接UlB腳7，UlB腳7接R17，R17另一端 接R18和C8，C8另一端接U3A腳1，R18另一端接C7和接U3A腳2，C7另一端接地，U3A腳 3經過R15接地和經過R16接U3A腳1，U3A腳8接+5V，U3A腳4接-5V，U3A腳1接R20， R20另一端接R19和ClO，ClO另一端接U3B腳7，R19另一端接C9和接U3B腳6，C9另一端 接地，U3B腳5經過R21接地和經過R22接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻。信號處理電路7如圖5所示包括模數轉換電路24、緩沖電路25、3_DSP模塊26、 4-FPGA模塊27、接口電路28、開關電路29、存儲器電路30、電源電路31 ；信號調理電路6的 正向輸出接信號處理電路7中模數轉換電路24的Aim+接口，信號調理電路6的反向輸出 接信號處理電路7中模數轉換電路24的Aim —接口，模數轉換電路24腳ADl
、AD1 —CLK、PDl、OBI、WARPl、AD —RDl、CNVST1#、AD —CSl、PDREFl、IMPULSE1、PDBUFl、16 位數 據輸出線路 AD2
、AD2 — CLK、PD2、0B1、WARP2、AD — RD2、CNVST2#、AD — CS2、PDREF2、 IMPULSE2、PDBUF2、BUF — RSTG與4-FPGA模塊27相連接；模數轉換電路24腳BUF — RST與 4-FPGA 模塊 27 相連，4-FPGA 模塊 27 腳 USB — WKUP、USB — CS、USB — FLGC、USB — FLGB、USB —FLGA, USB — RDY、USB — CHK、USB — IRQ、UART — CSA、UART — CSB、UART — INTA、UART —INTB、BUF — AWE#、BUF — A0E#、BUF — RST#、BUF — RST 與接 口 電路 28 相連，4-FPGA 模 塊27腳BUF — Α0Ε#及BUF — EN與接口電路28相連，4-FPGA模塊27腳BUF — RSW與存 儲器電路 30 相連，4-FPGA 模塊 27 的 GPI00、GPI03、GPI08、GPI09、GPI010、GPI011、GPI012、
GPI013和^;與緩沖器電路2-BUFFER 25相連，腳Hf 3-DSP模塊26相連，4-FPGA模塊27
腳ED
數據總線、EA[21. · 31]地址總線與緩沖器電路25、3_DSP模塊26和存儲器電 路30相連，4-FPGA模塊27腳AWE#和Α0Ε#與3-DSP模塊26和存儲器電路30相連，4-FPGA 模塊 27 腳 ECLKOUT、CLK0UT3、25M、CE2#、CE3#、INT4#、INT5#、INT6#、INT7#、ARDY、H0LD#、 BUSREQ、TIN1、T0UT1、T0UT0 和 TINO 與 3-DSP 模塊 26 相連，4-FPGA 模塊 27 腳 DSP — EN 與 電源電路31相連；接口電路28腳485 — R/T和USB — CLK與3-DSP模塊26相連，腳BUF _ED
緩沖數據總線和BUF —EA [2. · 17]與緩沖器電路25相連；3-DSP模塊26腳步 SCLO 和 SDAO 與接 口 電路 28 相連，腳 BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、CE0#、A0E#、AWF#、ARE#、CE1# 和SDR — CLK與存儲器電路30相連；緩沖器電路25腳RELAY1、RELAY2、RELAY3、RELAY4、 RELAY5、RELAY6T 和 RELAY7 與開關電路 29 相連；如圖 5 所示 3-DSP 通過 BE0#、BE1#、BE2#、 BE3#、CE0#、A0E#、AWF#、ARE#、CE1# 和 SDR — CLK 與 7-MEM0RY 相連接。其功能是存儲器的 引鄶用于讀取數據所用。模數轉換電路24如圖6所示，包括模擬輸入保護和濾波電電路、AD轉換芯片、濾 波電容和配置電阻電路；模數轉換器(ADC，Analog to Digital Converter)是將模擬信號 轉換成數字信號的系統(tǒng)。模數轉換器兩個重要指標是衡量轉換精度的采樣位數和影響轉換 速度的采樣頻率，根據香農公式，即采樣頻率至少要大于被采樣信號最高頻的2倍以上，要 對本裝置中最高310khz的中高頻信號進行數模轉換，即選擇數模轉換采樣頻率就必須大 于620khz，在實際中采樣頻率最好是采樣信號最高頻率的5—10倍，本裝置采用AD公司的 AD7621的16位數模轉換芯片，采樣頻率2. 5MHz，充分滿足本裝置的需要。濾波電容和配置電阻電路有RlOl R114、C113 C128電阻、電容組成，其功能是作為上拉或下拉電阻對AD7621芯片進行配置和作為電源濾波電容達到消除干擾的作用。緩沖器電路25如圖7所示，包括電平緩沖電路、數據緩存電路、復位電路和時鐘電 路；緩沖器電路的功能是驅動系統(tǒng)總線和對總線信息進行緩存，從而提高總線利用效率。電平緩沖電路如圖7所示，包括3片74LVCH162245雙向總線緩沖芯片U201、U202、 U203，其中U201、U202用于系統(tǒng)數據總線和地址總線的緩沖作用，U203用于GPIO端口控制 繼電器的緩沖端口并起到電氣隔離的作用。數據緩存電路如圖7所示，由一片AT24C1024串行存儲芯片U204和四個電阻 R204、R205、R206、R207 組成，U204 的串行引腳 SCLO 和 SDAO 與 DSP 芯片相連接。AT24C1024 串行存儲芯片U204作為DSP的一個數據存儲器起到數據的緩沖作用，四個電阻作為上拉電 阻對AT24C1024串行存儲芯片U204進行配置。復位電路如圖7所示，由一片SP705S復位芯片、復位按鍵S201、配置插針J201、電 阻R201、R208、R209組成，其功能是為系統(tǒng)提供復位信號。S201與SP705S的腳1連接為其 提供輸入復位信號，電阻R201、R208、R209對SP705S進行配置。SP705S腳7復位輸出為系 統(tǒng)其它芯片提供復位信號。GPI012通過插針J201與SP705S腳6相連接，從未可以通過設 置J201的通斷來實現DSP對復位芯片的控制實現軟件復位。時鐘電路由一片PCF8563時鐘芯片、32. 768K晶振S202、紐扣電池J202和電容 C206、C207組成。U206通過串行輸出接口 SCLO和SDAO與DSP芯片連接，為DSP提供時鐘 信息。S202和C206為U206提供32. 768K的平穩(wěn)震蕩，從而使U206正常工作。紐扣電池 J202和C207給U206提供電源，從而使U206芯片在掉電后仍然正常工作。3-DSP模塊26如圖8所示，包括DSP芯片、晶振信號產生電路、JTAG下載接口、鎖 相環(huán)電源濾波電路、蜂鳴器按鍵電路和配置電阻、濾波電容電路；
DSP芯片(Digital Signal Processor，數字處理芯片)，是一種獨特的微處理器，是 以數字信號來處理大量信息的器件，本裝置采用TI公司的TMS320C6713B的3-DSP芯片進 行數據的分析和計算。連接方式如圖8所示，圖中U307A、U307B、U307C所示，其功能是將從 FPGA傳送來的通過AD轉換器轉換來的數字信號進行運算處理，并通過GPIO控制報警。晶振信號產生電路，由一片ICS502晶振處理芯片U310、一片25M晶振UEI、一片 ACF451832電源濾波芯片U306及電容C373、電阻R360、電感L303等組成。25M晶振UEI輸 出端與ICS502晶振處理芯片U310腳步1連接，為其產生25MHz的震蕩輸入信號，信號電源 濾波芯片U306的為ICS502晶振處理芯片U310為其提供濾波后的平穩(wěn)電源，U306腳4經 過電阻R360為DSP芯片U306和其他芯片提供穩(wěn)定的25M時鐘信號。JTAG下載接口，有14針的插座和配置電阻R379、R380、R381、R382、R383組成。 其功能是通過此接口對DSP芯片進行程序的燒寫和在線的仿真調試。鎖相環(huán)電源濾波電路，由一片ACF451832電源濾波芯片U306、電感L304、電容 C342、C343組成，其功能是為DSP芯片內部的鎖相環(huán)電路提供穩(wěn)定的電源。蜂鳴器和按鍵電路，由按鍵S304、三極管Q304、蜂鳴器LS302電阻R376、R382組 成，按鍵是提供報警和供系統(tǒng)開發(fā)初期調試使用。配置電阻和濾波電容電路，由電阻R301—R393、電容C304—C383組成，配置電阻 采用上拉或下拉的方式得到高電平或低電平對DSP的相應引腳步進行配置，濾波電容放置 在DSP芯片的各個電源引腳起到濾除噪聲的作用。
4-FPGA模塊27如圖9所示，包括一片EP2C8F256C8的FPGA芯片和下載接口電路。4-FPGA 芯片 U401 (Field Programmable Gate Array，現場可編程門陣列)，包 括 U401A、U401B、U401C、U401D、U401E 五個區(qū)域，其中 U401A、U401B 為芯片使用的 10 接口 引腳區(qū)域，U401C為程序燒寫引腳步區(qū)域，U401D為電源、地、鎖相環(huán)引腳步區(qū)域，U401E為輸 入晶振引腳區(qū)域。FPGA芯片的第一個功能是讀取AD轉換器的數字電平信號，第二個功能 是進行數字濾波、歸一化等預處理后，當DSP空閑芯片的時候直接通過ED
傳送給 DSP芯片，當DSP芯片忙碌是其將信號存儲在SDRAM中并等待DSP芯片再次空閑，最后一個 功能是協(xié)調USB接口芯片、串口芯片等外圍設備與DSP芯片進行通訊。它作為專用集成電 路(ASIC)領域中的半定制電路而出現，及解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器 件門數電路數有限的缺點，4-FPGA還具有內部豐富的觸發(fā)器和I/O引腳以及速度快、功耗 低、電平兼容性好的優(yōu)點。DSP和FPGA集成在一塊芯片上，可以實現寬帶信號處理，大大提 高信號處理速度。本裝置有機用ALTERA公司EP2C8F256C8的FPGA芯片控制模數轉換器和 存儲器與DSP的采集、存儲和傳送的時序控制。下載接口電路，由配置撥碼開關S401、一片EPCS4配置芯片U402、插座JP401及配 置電阻R406—R412，其功能是撥碼開關控制下載的方式。當撥碼撥至Sal — Sa5和Sb6 — SblO選擇AS模式，即通過JTAD方式把程序通過JS401直接下載到芯片里，其優(yōu)點是下載速 度快，缺點是掉電后不能保持，適合于調試時仿真使用。當撥碼撥至Sa6 - SalO和Sbl — Sb5，即通過把FPGA的程序下載到配置芯片U402內，當芯片上電后從U402中讀取程序，這 種方式程序下載速度相對較慢，但是解決掉電后不能保持的缺點。接口電路模塊28如圖10所示，包括USB接口電路、232串口接口電路、485串口接 口電路，其功能是完成系統(tǒng)與外界的通訊功能。USB接口電路，由CY7C68001控制芯片U501、USP配置芯片U502、USP插座J501、 晶振S502及外圍電容電阻配置電路組成。USP插座J501腳1通過R505與FPGA的USB — CHK引腳相連接，功能是當插座接入設備后，USB —CHK引腳變?yōu)楦唠娖?，接著FPGA將處理 枚舉。USB插座的腳步2、腳3作為信號線分別與TO01的腳16、腳15相連接，USB插座腳4 與地相連接。晶振S502為TO01的工作提供24M的晶振信號。USB配置芯片TO02內存儲著 USB設備的信息，當USB設備上電后，U501將讀取TO02內的信息進行枚舉。U501的BUF — ED [15. 0]、BUF —EA [17. . 2]、USB — CS、BUF — RST#等引腳腳作為數據、地址和控制總 線與FPGA芯片連接進行數據的交換通訊。串口接口電路，由一片TL16C752B串口控制芯片U508，一片SP3232電平轉換芯片 TO03，兩片SP3232電平轉換芯片TO05、U506，兩個串口插座J503、J504，晶振S501及電容和 電阻組成。串口控制芯片 U508 通過 BUF —ED [ 15. 0]、BUF — EA [ 17. 2]、BUF — AWE#、 BUF —A0E#、BUF_RST#構成數據、地址、控制總線與FPGA芯片連接從而進行通訊。晶振 S501及C503、C509、R507構成的外圍電路為TO08的工作提供1. 8432M的振蕩信號。串口 控制芯片TO08的腳7、5與電平轉換芯片TO03的腳11、12連接，將電平轉換成232標準的 電平后，由電平轉換芯片U503腳13、14引出與J503接口相連接。串口控制芯片TO08腳8、 4引腳分別與電平轉換芯片TO05腳4、電平轉換芯片TO06連接腳4，將電平轉換成485標準 的電平后，由電平轉換芯片U505腳6、電平轉換芯片TO05腳6引出與J503接口相連接。
開關電路29如圖11所示，包括濾波器選擇控制電路和繼電器控制電路，其功能是執(zhí)行相應的控制命令。濾波器選擇控制電路由一片隔離作用的6附37光電耦合器TO01、一個顯示狀態(tài)作 用的LED 二極管D601組成。由緩沖模塊引來的RELAY7與TOOl腳3相連接，U601腳6作 為控制輸出通過SEL — FILTER控制帶通濾波器的頻率選擇。繼電器控制電路，由一片ULN2803A繼電器驅動芯片U602，6個G6B — 1114繼電器 RELAY601 - RELAY606組成。由緩沖模塊引來的RELAYl — RELAY6與U602的腳1 一 6相連 接，U601腳12 - 18作為控制輸出通過分別與控制6個繼電器RELAY601 — RELAY606的通 斷，從而完成繼電器對外加報報警設備的控制。存儲電路30如圖12所示，包括SDRAM存儲器電路和FLSAH存儲器電路，其功能是 存儲系統(tǒng)的程序和數據。SDRAMCSynchronous Dynamic Random Access Memory,同步動態(tài)隨機存儲器) 存儲器，收兩片HY57V56120存儲芯片U701、U702組成。U701、U702兩片SDRAM芯片通過數 據、地址和控制總線與DSP芯片和FPGA芯片相連接，其功能是存儲FPGA芯片獲取的AD專 感器傳來的信號，待DSP芯片進行處理。FLSAH存儲器電路，由一片AM29LV160 — 70E的FLASH芯片(閃存存儲芯片)U703 組成。U703通過數據、地址、控制總線與DSP芯片相連接，其功能是存儲刀具識別過程中的 參數和變量和存儲DSP芯片的系統(tǒng)程序和算法程序。電源電路31如圖13所示，包括5V、3. 3V、1.2V、2. 5V電源電路及DSP芯片電源控 制電路，其功能是為系統(tǒng)各個芯片提供電源。5V電源電路，由5V電源輸入插座JP820、二極管D801、信號信號調整供電接口 JP818、濾波電容和電感組成。5V電由插座JP820進入，一方面流經防止反向插入的二極管 D801后，其他傳給其他穩(wěn)壓芯片，另一方面通過接口 JP818給信號調整部分供電。3. 3V電源電路，由一片LP3856穩(wěn)壓芯片U807、一片ACF451832電源轉換成1. 2V 直流電后經U803電源濾波后，供給DSP芯片等電路3. 3V電源。1. 2V電源電路，由一片LP3856穩(wěn)壓芯片U808、一片ACF451832電源濾波芯片U804 和相關配置電阻、濾波電容和電感組成。其中U808將5V直流電轉換成1. 2V直流電后經 U804電源濾波后，供給DSP芯片內核提供1. 2V的電源。2. 5V電源電路，由兩片LTC1844穩(wěn)壓芯片U805、U806，兩片ACF451832電源濾波芯 片U801、U802組成。其中兩片LTC1844穩(wěn)壓芯片U805、U806分別將5V直流電轉換成2. 5V 直流電，并通過兩片LTC1844穩(wěn)壓芯片U805、U806進行電源濾波，分別提供給兩路AD轉換 器2. 5V直流電。DSP芯片電源控制電路，由一片XP161A1355ra的功率管Q802，三極管Q801，二極管 D803及電阻RP801、RP802、RP809,電容C823組成，其功能是FPGA芯片通過DSP — EN控制 DSP芯片的3. 3V電源供給，當DSP —EN為高電平時，Q801的基極為高電平，Q802腳1為 低電平，從而通過Q802腳2\3導通使DSP電源接通3. 3V直流電。如圖14所示，本裝置在獲取到聲發(fā)射信號的數字波形時，對其進行3個方面的特 征提取。其一，對原始數字波形進行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里葉變換)的 頻域分析，分析結結果作為特征1，例如信號的功率譜密度。其二，對原始數字波形進行時域 分析，分析結果作為特征2，例如信號的峰一峰值、均方根值等。其三，對原始信號進行DWT(Discrete Wavelet Transform，離散小波變換)的時頻域分析，分析結果作為特征3，例 如信號小波分解后各個層次的頻帶的能量。從原始波形提取出來的三個方面的特征中，包 含著一些重復的內容以及一些干擾的信號，所以要將特征輸入特征分析系統(tǒng)進行重復項和 干擾項的刪減和特征參數的優(yōu)化。磨損判斷系統(tǒng)可以根據專家數據庫中的樣本特征參數自 我訓練，從特征分析系統(tǒng)輸出的特征參數將送入訓練后的磨損判斷系統(tǒng)，輸出為刀具磨損 的等級，最后依據這個等級報警。如圖15所示，裝置開啟后，第一步，由DSP芯片發(fā)出濾波器通道選擇信號確定濾波 范圍是20k - 80khz的中頻還是240k - 310khz的中高頻；第二步，裝置開始采集聲發(fā)射信 號的數字波形，并將其進行時域、頻域、時頻域的分析來提取特征；第三步，對重復的特征參 數的進行優(yōu)化，本例中使用的是主元分析(PCA，Principal Component Analysis)的方法 進行優(yōu)化的；第四步，判斷磨損判斷系統(tǒng)是否已訓練，若沒有訓練，則讀取專家數據庫的相 應樣本進行訓練，若已經訓練，則將優(yōu)化后的信號特征參數輸入磨損判斷系統(tǒng)進行磨損程 度的分級，本例子中的磨損判斷系統(tǒng)使用的是神經網絡；第五步，系統(tǒng)根據磨損級別和專家 數據庫內的報警閾值比較，判斷報警。峰一峰值即指信號最高峰值與最低峰值勤的差。燒寫即將程序寫入芯片中。如圖16所示，顯示控制部分8包括控制處理器AT89C52單片機U901、一片 CM12864中文液晶U902、一片18B20溫度傳感器U903、聲音報警器U904、一片MAX232串口 通訊接口芯片U905、一片AT24C02存儲芯片U906及按鍵部分及其外圍電路組成。控制處理器AT89C52 單片機 U901 的 P3. 4、P3. 5、P3. 6、P0. 0-P0. 7、P3. 7 與 U902 的 LCDEN、RS、WR、D0-D7、RD 相連接；U901 的 P2. 2 與 U903 的 2 引腳連接；U901 的 P2. 3 通 過電阻R902和三極管Q901與U904的一段相連接；U901的P3. 0、P3. 1分別與U904的12、 11引腳相連接；U901的P1. 0、PL 1、Pl. 2分別與按鍵S901、S902、S903相連接，U905經過 接口 J901與信號處理部分7的串行接口相連接。該部分用于參數設定、裝置控制和報警。該部分通過串口方式對信號處理部分7 的串行接口 J503相連接。U901讀取串口通訊芯片U905得到來自信號處理部分7的刀具磨損狀態(tài)信息，將磨 損程度顯示在液晶U902上。如果磨損程度大于設定的閾值，U901將驅動報警器U904進行 報警。溫度傳感器U903采集儀器溫度，若溫度過高影響儀器正常運行，U901也將驅動報警 器U904進行溫度報警。閾值可以通過按鍵S901、S902、S903進行設置。設置的閾值將通過 U901控制存儲在存儲芯片U906上，以免系統(tǒng)掉電后閾值數據遺失。
權利要求
1.刀具磨損檢測儀，其特征包括聲發(fā)射傳感器、前置放大電路、信號調理電路、信號處 理電路和顯示控制電路；聲發(fā)射傳感器輸出端接前置放大電路的輸入端，前置放大電路輸 出端接信號調理電路輸入端，信號調理電路輸出端接信號處理電路輸入端，信號處理電路 輸出端接顯示控制電路輸入端。
2.根據權利要求1所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于信號調理電路包括信號幅值調 整電路、差動放大電路和濾波器通道選擇電路；信號幅值調整電路輸出端接濾波器通道選 擇電路輸入端，濾波器通道選擇電路輸出端接差動放大電路輸入端。
3.根據權利要求2所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于信號幅值調整電路包括由接口 J1、電阻R47、電阻48、電容C28、兩個二極管Dl、穩(wěn)壓管D2、穩(wěn)壓管D3 ；接口 Jl 一端接地，接 口 Jl另一端接電容C28 —端，電容C28另一端接電阻R47，電阻R47另一端接電阻48和接 兩個D1，兩個Dl其中一個的正極，另一個的負極，電阻R47另一端接輸出端，兩個Dl其中一 個正向端接穩(wěn)壓管D3正向端，兩個Dl其中一個負向端接穩(wěn)壓管D2負向端，電阻48另一端 接地，穩(wěn)壓管D2正向端和穩(wěn)壓管D3負向端接地。
4.根據權利要求2所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于差動放大電路包括差動放大器 U10、電阻R30、電阻R31、電阻R32、電阻R33、電阻R30 ；電阻R30 —端接地另一端接UlO腳1 和電阻R33，電阻R33另一端接UlO腳4及接正向輸出，電阻R31 —端接濾波器通道選擇電 路23中多路選擇器U8的腳2、7、10、15，電阻R31另一端接UlO的腳8和阻R32，電阻R32 另一端接UlO腳5及接反向輸出，UlO腳2接地，UlO腳3接+ 5V1，UlO腳6接一 5V1。
5.根據權利要求2所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于濾波器通道選擇電路包括多路 選擇器U6、U8、240k -310k帶通濾波器濾波電路和20k — 80k帶通濾波器濾波電路、三極管 Q1、電阻R45、電阻46、電容C21、電容C22和濾波器控制選擇控制端子；多路選擇器U6腳2、 7、10、15接信號幅值調整電路輸出端，TO腳13接電容C22，電容C22接地，TO腳12接+5V， TO腳4接-5V1，U6腳5接地，TO腳3、14接240k - 310k帶通濾波器濾波電路輸入端，U6 腳6、11接20k — 80k帶通濾波器濾波電路輸入端，TO腳8、9接電阻R45，電阻R45另一端 接三極管Ql基極，三極管Ql發(fā)射極接地，三極管Ql集電極接U6和U8的腳1、16，濾波器控 制選擇控制端子接U6和U8的腳8、9，240k 一 310k帶通濾波器濾波電路輸出端接U8腳3、 14,20k- 80k帶通濾波器濾波電路輸出端接U8腳6、11，U8腳5接地，U8腳4接-5V1，U8 腳12,13接+5V1，接電容C21，電容C21接地，U8腳步2、7、10、15接電阻R31。
6.根據權利要求5所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于20k- 80k帶通濾波器濾波電 路包括一個截止頻率為20k的高通巴特沃斯高通濾波器和一個截止頻率為80k的高通巴特 沃斯低通濾波器；截止頻率為20k的高通巴特沃斯高通濾波器輸出端接截止頻率為80k的 高通巴特沃斯低通濾波器輸入端；截止頻率為20k的高通巴特沃斯高通濾波器包括運算放 大器 U1A、U2A、U2B,電阻 R23、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R33 和電容 ClU C12、C13、C14、C15 ；信號輸入接電容ClLCll另一端接電阻R25和運算放大器UlA腳2，R25 接地，UlA腳3經過R23與地連接，UlA腳1經過R24與UlA腳3連接，UlA腳8接+5V，UlA 腳4接-5V，U1A腳1接電容C12，C12另一端接C13和電阻R27，C13另一端接R26和U2A腳 2，R26接地，R27另一端接U2A腳1，U2A腳3經R28接地，U2A腳3經R29接U2A腳1，U2A 腳8接+5V，U2A腳4接-5V，U2A腳1接電容C14，C14另一端接C15和R31，C15另一端妝 R30和U2B腳6，R30另一端接地，R31另一端接U2B腳7，U2B腳5經R32接地和經R33接U2B腳7 ；截止頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器包括運算放大器U1B、U3A、U3B,電阻 R34、R35、R36、R37、R38、R39、R40、R41、R42、R43、R44 和電容 C16、C17、C18、C19、C20 ；截止 頻率為80k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端接電阻R34，R34另一端接電容C16和UlB腳 6，C16另一端接地，UlB腳5經過R35接地和經過R36接UlB腳7，UlB腳7接電阻R39，R39 接R40和電容C18，C18另一端接U3A腳1，R40接C17和U3A腳2，C17另一端接地，U3A腳 步3經過R37接地和經過R38接U3A腳1，U3A腳8接+5V, U3A腳4接-5V, U3A腳1接R41， R41另一端接R42和C20，C20另一端接U3B腳7，R42另一端接C19和U3B腳6，C19另一端 接地，U3B腳5經過R43接地和經過R44接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻；240k — 310k帶 通濾波器濾波電路包括截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器和截止頻率為310k的 高通巴特沃斯低通濾波器；截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波器輸出端接截止頻 率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端；截止頻率為240k的高通巴特沃斯高通濾波 器包括運算放大器 U1A、U2A、U2B,電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll 和電容 Cl、C2、C3、C4、C5 ；信號接電容Cl，Cl另一端接電阻R3和UlA腳2，R3另一端接地，UlA腳 3經過Rl接地和經過R2接UlA腳1，UlA腳8接+5V，U1A腳4接_5V，U1A腳1接C2，C2另 一端接C3和R5，R5另一端接U2A腳1，C3另一端接R4和U2A腳2，R4另一端接地，U2A腳 3經過R6接地和經過R7接U2A腳1，U2A腳8接+5V, U2A腳4接-5V, U2A腳1接C4，C4另 一端接C5和R8，R8另一端接U2B腳7，C5另一端接R9和U2B腳6，R9另一端接地，U2B腳 5經過RlO接地和經過Rll接U2B腳7 ；截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器包括 運算放大器 U1B、U3A、U3B,電阻 R12、R13、R14、R15、R、R16、R17、R18、R19、R20、R21、R22 和 電容C6、C7、C8、C9、ClO ；截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器輸入端接截止頻率 為240k的高通巴特沃斯高通濾波器輸出端，截止頻率為310k的高通巴特沃斯低通濾波器 輸入端接電阻R12，R12另一端接C6和接UlB腳6，C另一端接地，UlB腳步5經達R13接地 和經過R14接UlB腳7，UlB腳7接R17，R17另一端接R18和C8，C8另一端接U3A腳1，R18 另一端接C7和接U3A腳2，C7另一端接地，U3A腳3經過R15接地和經過R16接U3A腳1， U3A腳8接+5V，U3A腳4接-5V，U3A腳1接R20，R20另一端接R19和ClO，ClO另一端接 U3B腳7，R19另一端接C9和接U3B腳6，C9另一端接地，U3B腳5經過R21接地和經過R22 接U3B腳7，U3B腳7接負載電阻。
7.根據權利要求1所述的刀具磨損檢測儀，其特征在于信號處理電路包括模數轉換 電路、緩沖器電路、3-DSP模塊、4-FPGA模塊、接口電路、開關電路、存儲器電路、電源電路； 信號調理電路的正向輸出接信號處理電路中模數轉換電路的AINl+接口，信號調理電路 的反向輸出接信號處理電路中模數轉換電路的Aim —接口，模數轉換電路腳ADl
、 ADl — CLK、PDl、OBl、WARPl、AD —RDl、CNVST1#、AD —CSl、PDREFl、IMPULSEU PDBUFl ,16 位數據輸出線路 AD2
、AD2 — CLK、PD2、OBU WARP2、AD — RD2、CNVST2#、AD — CS2、 PDREF2、IMPULSE2、PDBUF2、BUF — RSTG 與 4-FPGA 模塊相連接；模數轉換電路腳 BUF — RST 與 4-FPGA 模塊相連，4-FPGA 模塊腳 USB — WKUP、USB — CS、USB — FLGC, USB — FLGB, USB — FLGA, USB — RDY、USB — CHK、USB — IRQ、UART — CSA、UART — CSB、UART — INTA、 UART — INTB、BUF — AWE#、BUF — A0E#、BUF — RST#、BUF — RST 與接 口 電路相連，4-FPGA 模塊腳BUF _ Α0Ε#及BUF _ EN與接口電路相連，4-FPGA模塊腳BUF _ RSW與存儲器電 路相連，4-FPGA 模塊的 GPI00、GPI03、GPI08、GPI09、GPI010、GPIOl 1、GPI012、GPI013 和*與緩沖器電路2-BUFFER相連，腳@與3-05 模塊相連，4-FPGA模塊腳EDW..31]數據總線、EA[21..31]地址總線與緩沖器電路、3-DSP模塊和存儲器電路相連，4-FPGA模塊 腳AWE#和A0E#與3-DSP模塊和存儲器電路相連，4-FPGA模塊腳ECLKOUT、CLK0UT3、25M、 CE2#、CE3#、INT4#、INT5#、 INT6#、INT7#、ARDY、H0LD#、BUSREQ、TIN1、T0UT1、T0UT0和 TINO 與3-DSP模塊相連，4-FPGA模塊腳DSP — EN與電源電路相連；接口電路腳485 _ R/T和 USB —CLK與3-DSP模塊相連，腳BUF —ED
緩沖數據總線和BUF —EA[2. 17]與緩 沖器電路相連；3-DSP模塊引腳SCL0和SDA0與接口電路相連，腳BE0#、BE1#、BE2#、BE3#、 CE0#、A0E#、AWF#、ARE#、CE1，#和SDR — CLK與存儲器電路相連；緩沖器電路腳RELAY1、 RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6T和RELAY7與開關電路相連；模數轉換電路包括 模擬輸入保護和濾波電電路、AD轉換芯片、濾波電容和配置電阻電路；緩沖器電路包括電 平緩沖電路、數據緩沖電路、復位電路和時鐘電路；3-DSP模塊包括DSP芯片、晶振信號產生 電路、JTAG下載接口、鎖相環(huán)電源濾波電路、蜂鳴器按鍵電路和配置電阻與濾波電容電路； 4-FPGA模塊包括4-FPGA芯片和下載接口電路；接口電路包括USB接口電路、232串口接口 電路、485串口接口電路；開關電路包括濾波器選擇電路和繼電器控制電路；存儲器電路包 括SDRAM存儲器電路和FLSAH存儲器電路；電源電路包括5V、3. 3V、1. 2V、2. 5及DSP芯片。
全文摘要
刀具磨損檢測儀，其特征包括聲發(fā)射傳感器、前置放大電路、信號調理電路、信號處理電路和顯示控制電路；聲發(fā)射傳感器輸出端接前置放大電路的輸入端，前置放大電路輸出端接信號調理電路輸入端，信號調理電路輸出端接信號處理電路輸入端，信號處理電路輸出端接顯示控制電路輸入端。優(yōu)點將刀具切削工件時，刀具從鋒利到破損過程中各個階段聲發(fā)射的特征進行記錄整理，準確地檢測刀具的磨損。
文檔編號B23Q17/09GK102001023SQ201010604740
公開日2011年4月6日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權日2010年12月24日
發(fā)明者唐臣升, 徐洪垚, 徐濤, 李正強, 杜寶瑞, 王玉周, 聶鵬, 陳彥海 申請人:沈陽航空航天大學, 沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司