盾构刀具磨损在线检测系统的硬件主要由传感器、信号调理器、数据采集器、转换器、工控计算机组成   中山神湾登高车出租,  中山神湾登高车, 中山神湾登高车公司   由于要测量盾构滚刀的磨损量，因此就要用到位移传感器，传感器采集到与滚刀外边缘的径向距离信号，经过信号调理器进行滤波、放大等一系列操作被数据采集器获取，并与工控机通过RS-485协议进行串行通信，在工控机上通过软件处理，将刀具的磨损量直观地显示出来。

      功能要求:  (1)传感器完成刀具磨损信号的采集工作。(2)采集到的磨损信号被信号调理器进行放大、隔离、滤波等处理。(3)数据采集器获取数据并上传至工控机，完成数据通讯。

     硬件的选型:   (1)传感器的选型传感器是获取被测信号的唯一途径，传感器的使用是否合适关系到被检测数据的真实性、准确性和处理结果的好坏甚至关系到整个采集模块的成败。盾构机在地下隧道施工过程中的施工空间狭小并且施工环境恶劣，不可避免地会受到泥浆、土块、油液和水的污染，并且在掘进过程中很难更换传感器，所以对传感器的各项要求都比较高。传感器技术指标主要有以下四个：

   ①灵敏度。这是传感器最重要的一个指标，一般情况下，灵敏度越大越好，但是如果灵敏度过大，测试过程中采集到的噪声信号同时也会被放大，影响被测信号，所以要选取灵敏度适中的传感器。在满足最低测试的灵敏度的情况下，选择信噪比比较大的传感器，这样既能抑制测试中的噪声干扰又能灵敏地测试信号的变化。

     ②测量范围。传感器有一定的测量范围，距离过近的话，测量结果不是线性的，容易造成测量结果不准确，距离过远有可能测量不到信号。所以传感器在一定的线性范围内工作才会有效。

     ③可靠性和精确度。传感器的可靠性不仅与它自身有关还与工作环境有关。传感器在不同工作环境下，测量的结果可靠性也不一样。工作环境越好，可靠性越高。传感器的精确度越高，价格越贵，在满足测量需求的情况下，要选择合适的精确度。盾构机的工作环境恶劣，有各种噪声和油液的污染，因此就需要选择可靠性好并且精确度适当的传感器。

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     ④频率响应特性。传感器在线性工作范围内应该满足不失真测试的条件，所有传感器都有一定的延时，延时越小越好，尽量选取失真小、延时小的传感器。由于该系统要测量盾构机滚刀的磨损量，因此选用测量位移的传感器，位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，位移传感器的作用是把测得的位移量转换为电量，再将电量通过前置器、转换器输送到工控机中进行处理。测量位移的传感器有很多种，测量比较小的位移量通常用应变式、差动变压器式、涡流式、霍尔传感器来检测，测量大的位移量常用感应同步器、光栅、容栅、磁栅等传感技术。其中光栅传感器使用可靠、容易实现数字化、抗干扰能力强、精度高、安装方便，因此广泛应用到机床加工、检测仪表等行业中。在盾构施工中，滚刀的磨损量范围一般不超过20mm，因此选用小位移测量的传感器。由于应变式与霍尔式传感器都需要将应变片或者霍尔传感器安装在被测物体上，而滚刀一直处于掘进状态所以不适合安装器件，差动变压式传感器不适宜高频动态的测量，电涡流传感器能动态地测量被测金属体表面与探头之间的距离，具有灵敏度高、测量范围大、长期工作可靠性高、抗干扰能力强、非接触测量、避免受水油污染等优点，可以广泛应用到检测机械表面的平整度、尺寸、轴转速等方面。因此该系统采用电涡流传感器来测量盾构滚刀的磨损量。几种常见电涡流传感器有MLV-6型振动速度传感器，这种传感器灵敏度高、可靠性强。MLV-7型振动速度传感器用于测量低转速机械(如泵、电动机、风扇、压缩机等)的壳体或者结构的振动。MLS/V-9型一体化超低频振动位移/速度传感器为水轮及其它低转速的振动测量专门制造，已广泛应用于三峡、二滩等工业企业。MLW3300系列主要用来测量物体的位移。应用在旋转机械的位移、振动、转速、膨胀、偏心等在线监测。本系统采用北京拓普瑞晟公司生产的MLW3300系列电涡流传感器。  由于盾构滚刀的磨损一般到达20mm左右必须进行更换，因此选择测量范围在20mm左右的，又由于被测面直径应大于探头头部直径的1.5倍以上，为了测量准确选择灵敏度比较大的，综上述要求所以选择静态线性范围稍微大一些的Φ25mm的探头。如图3-2为本系统采用MLW332500前置器，5m电缆，Φ25mm的探头三部份组成的电涡流传感器的实物图。

     (2)数据采集模块选型,  数据采集是采集传感器或者其他设备中的物理量，并将其转化为电信号，再把这些电信号输送到上位机的过程。数据采集模块是一种计算机扩展卡，它用485、232等总线形式接入计算机以实现采集数据功能。数据采集模块采集到的数据是否可靠关系到整个采集模块甚至整个系统的成败。这就需要选择合适的采集卡进行数据采集。数据采集卡的参数： ①通道数：数据采集卡可以采集信号的路数就是通道数，常用的有单端32路/差分16路、单端16路/差分8路。 ②采样频率：单位时间内采集的数据点的个数，常用的有100k、250k、500k、800k、1M、40M等。 ③缓存：主要用来存储AD芯片转换后的数据。④分辨率：分辨率是指采样数据的最低位所代表模拟量的值，常有12位、14位、16位等。⑤精度：测量值和真实值之间的误差，一般用满量程的百分比表示，就是标准数据采集卡测量的准确程度，常见的有0.05%FSR、0.1%FSR等，如满量程范围为0~10V，其精度为0.1%FSR，则代表测量所得到的数值和真实值之间的差距在10mV以内。⑥量程：输入信号需要在量程内测量，否则会损坏仪器。量程指的是输入信号的幅度，常用有±5V、±10V、0~5V、0~10V。⑦增益：将输入的信号进行放大，放大的倍数为增益，通过数据采集卡的放大芯片将AD转换后的数据进行一定倍数的放大。⑧触发：启动AD的转换方式，分为内触发和外触发两种。首先，应当选择数据采集模块的接口方式。如果首先考虑数据的传输可靠度和速度,应首选PCI总线接口方式。如果从携带是否方便角度考虑，应选择USB总线接口方式。该系统需要将数据采集模块与工控计算机的检测系统相连接，有可能需要多个采集模块，所以选择分布式数据采集模块。然后要确定采集卡的输入和输出指标，这就需要了解采集卡的精度和传输速率，一般情况下，这两种不能兼得，要综合选择合适的精度和传输速率。该系统对盾构滚刀磨损进行在线检测，需要多个传感器，选择通道数量尽可能多的采集模块；信号的接入是两根信号线，信号输入方式是双端；在本项目中，每30ms采集一个数据，因此采样频率选择100Hz左右即可；因为需要连续不断地采集磨损信息选择带有FIFO的采集卡，该系统选择阿尔泰公司生产的DAM3000系列的数据采集模块DAM3054。

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