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第1篇

電路設(shè)計尤其是超聲波信號的收發(fā)處理采用諸如TX734激勵電路、MAX2038回波放大處理電路等專用IC效果固然理想，但考慮到研發(fā)專用設(shè)備僅需小批量試制的因素，故在電路方案選型設(shè)計時遵循簡單實用、器件易于采購的原則，盡量選用通用元器件實現(xiàn)，系統(tǒng)電路主要由超聲波發(fā)射激勵和電源變換單元、超聲波回波信號處理單元、時間差測量單元、單片機控制和數(shù)據(jù)處理單元組成。排版布線亦盡量參照IC生產(chǎn)廠商的DEMO方案，采用貼片元件的雙面PCB設(shè)計制作，以提高樣機研發(fā)的一次性成功率。

1.1超聲波收發(fā)電路由于檢測裝置工作于井下，井口只為其提供了一路＋24V直流電源，各單元電路的工作電源需要依靠DC／DC變換電路獲得。控制系統(tǒng)和信號處理系統(tǒng)使用的＋5V和±12V電源由LM2596－5．0承擔(dān)，其主路輸出＋5V／2A電源供單片機等數(shù)字系統(tǒng)使用，將其儲能電感改用5026－47μH環(huán)形功率電感，并在其上增加兩個輔助繞組，經(jīng)整流、濾波和LM78（79）L12三端穩(wěn)壓IC后產(chǎn)生±12V／0．1A直流電源供信號處理系統(tǒng)使用；超聲波發(fā)射采用了高壓脈沖激勵方式，＋200～300V激勵電壓由＋24V供電電壓經(jīng)簡單的Boost升壓電路獲得，利用單片機送來的1ms周期、5μs脈寬脈沖信號控制MOSFET開關(guān)管實現(xiàn)對超聲波發(fā)射探頭的激勵，儲能電感選用TDK－NL565050T－822J－PF（8．2mH）貼片電感，NMOS開關(guān)管選用2N60即可。超聲波激勵及電源變換電路如圖2所示。經(jīng)實測，激勵脈沖會在接收探頭中產(chǎn)生一個較大的諧振頻率為5MHz、大約5個周期的串?dāng)_信號，為此，接收電路設(shè)計了一個對發(fā)射激勵脈沖延遲6μs、持續(xù)30μs的使能控制信號，控制接收放大處理電路僅在使能信號有效期間實現(xiàn)回波信號的放大和輸出，使之能夠在鋼管內(nèi)壁和外壁反射的一次、二次回波信號到來之前有效地消除激勵脈沖串?dāng)_的影響，使能控制信號時序關(guān)系見圖3。檢測裝置中用于時間差測量的TDC－GP2的典型應(yīng)用是作為超聲波流量計、激光測距儀的時間間隔測量、頻率和相位信號分析等高精度測試領(lǐng)域。在這些應(yīng)用中輸入信號一般都較強，經(jīng)簡單處理后即可作為TDC－GP2的START、STOP控制信號使用，而該檢測裝置的超聲波回波信號尤其是多次反射回波信號非常微弱且雜波較大（實測回波信號大約在mV數(shù)量級），必須經(jīng)高增益寬帶放大器放大和濾波、檢波、整形處理后才能勝任。寬帶放大器由AD604承擔(dān)，可獲得6～54dB的增益并可由VGN端電壓連續(xù)控制，可較好地滿足超聲波回波信號高速高增益放大的要求［2］。考慮到僅需將回波信號放大處理后形成STOP控制脈沖即可，故電路僅利用可調(diào)電阻對2．5V基準(zhǔn)電壓（由TL431產(chǎn)生）分壓獲得的VGN電壓進行增益設(shè)定，但設(shè)計電路亦有預(yù)留接口可用于接受經(jīng)單片機和DAC輸出的AGC控制電壓，實現(xiàn)增益的閉環(huán)控制。AD604前級放大電路如圖4所示。帶通濾波器選用由MAX4104構(gòu)成，設(shè)計中心頻率為5MHz，帶寬約為1MHz；鉗位和檢波由AD8036完成，具有卓越的鉗位性能和精度高、恢復(fù)時間短、非線性范圍小、頻帶寬的特點；檢波輸出信號的整形處理由MAX9141負(fù)責(zé)，這是一款具有鎖存使能和器件關(guān)斷功能的高速比較器，具有高速、低功耗、高抗共模能力和滿擺幅輸入特性等，回波信號經(jīng)其整形處理后可獲得理想的脈沖前沿，并便于與TTL邏輯電平接口，還可以方便地實現(xiàn)回波信號輸出的使能控制。信號調(diào)理電路如圖5所示。

1.2時間差測量電路回波信號時差測量選用了德國ACAM公司的高精度時間間隔測量芯片TDC－GP2。TDC－GP2采用44腳TQFP封裝，內(nèi)含TDC測量單元、16位算術(shù)邏輯單元、RLC測量單元及與8位處理器的接口單元和溫度補償單元等主要功能模塊，利用內(nèi)部ALU單元計算出時間間隔，并送入結(jié)果寄存器保存。TDC－GP2基于內(nèi)部的硬件電路測量“傳輸延時”，以信號通過內(nèi)部門電路的傳輸延遲來實現(xiàn)高精度時間間隔測量，測量分辨率可達(dá)pS數(shù)量級，可以很好滿足項目測量的要求。單片機在給超聲波傳感器提供發(fā)射激勵脈沖的同時給TDC－GP2提供START信號指令使之開始計時工作，超聲波接收頭接收到的反射回波信號經(jīng)放大、處理后作為STOP指令信號，由TDC－GP2完成兩次反射波時間間隔的測量。由前述可知，STOP與START信號的時間差大約在6～40μS之間，時差測量分辨率約為0．07μs，為此，設(shè)定TDC－GP2工作于“測量模式2”，在該模式下芯片僅使用通道1，可允許4個脈沖輸入，實現(xiàn)STOP1與START信號之間的時間差測量，測量范圍在60ns～200ms，然后，由TDC－GP2計算出各回波信號間的時間差Δt＝tB－tS＝tn－tn－1。測量原理如下：在輸入START信號指令后，芯片內(nèi)部測量出該信號前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc1；之后，計數(shù)器開始工作，得到predivider的工作周期數(shù)，并標(biāo)記為Cc；這時，重新激活芯片內(nèi)部測量單元，測量出輸入的STOP1信號的第一個脈沖（一次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差，標(biāo)記為Fc2，將STOP1信號的第二個脈沖（二次反射回波）前沿與下一時鐘上升沿的時差標(biāo)記為Fc3，……；Cal1和Cal2分別表示一個和兩個時鐘周期。

1.3單片機接口電路實現(xiàn)系統(tǒng)控制和數(shù)據(jù)處理的單片機選擇余地較大，項目結(jié)合TI公司中國大學(xué)計劃選用了美國德州儀器公司生產(chǎn)的MSP43016位單片機，具有16位總線、帶FLASH的微處理器和功耗低、可靠性高、抗強電干擾性能好、適應(yīng)工業(yè)級運行環(huán)境的特點，很適合于作現(xiàn)場測試設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)處理使用［4］。TDC－GP2其與單片機的通信方式為四線串行通信（SPI），利用MSP430的4個P2．x和P4．2I／O口實現(xiàn)GP2的選通、中斷和開始、結(jié)束使能以及復(fù)位等控制功能。MSP430除用來對GP2控制和數(shù)據(jù)處理外，還可以留出一些資源實現(xiàn)設(shè)備其他電路和動作機構(gòu)的控制使用。單片機接口電路原理和程序流程分別如圖8和圖9所示。

2結(jié)束語

第2篇

現(xiàn)今裝置藝術(shù)在國內(nèi)外的展覽中已經(jīng)占據(jù)了很重要的地位，特別是在廣告的設(shè)計中，已經(jīng)將裝置設(shè)計作為了其重要的一種表達(dá)形式，受到了設(shè)計師地?zé)崃易放酢Ｌ岬窖b置藝術(shù)與廣告設(shè)計的結(jié)合，那么，馬塞爾•杜尚是不得不提的一個人。在1917年的一次展覽上，杜尚的作品《泉》引起了全場人的震驚，因為他直接把小便池當(dāng)作作品放了上去，當(dāng)時這種展覽作品形式幾乎為零，這件作品也徹底了奠定了杜尚在藝術(shù)界的大師地位，也開創(chuàng)了后來的“裝置藝術(shù)”。當(dāng)然，從另外一個角度來看，我們也可以認(rèn)為杜尚的“泉”宣傳了小便池這一特定商品，這其實也代表了當(dāng)時生活方式的轉(zhuǎn)變，以及科技的進步。2011年11月，法國的一個著名裝置藝術(shù)大師在湖南長沙打造了一個極具視覺沖擊的場面，他用一些透明材質(zhì)打造出一個真實版的“盜夢空間”。這種藝術(shù)品，是在一個大環(huán)境中形成，受眾置身于這樣一個環(huán)境中，既是空間，亦是藝術(shù)，也形成了人與環(huán)境的互動，成為了吸引市民的一個景觀標(biāo)志。當(dāng)然以上的裝置藝術(shù)，雖然具有一定的宣傳價值，但大多數(shù)都偏向于設(shè)計師本身的理念的表現(xiàn)，具有濃厚的藝術(shù)元素。真正為廣告宣傳而做的裝置藝術(shù)，其實更多包含的是社會理念以及正確的價值觀的導(dǎo)向。前幾年上海街頭曾展出過一個名為“末法時代”的廣告，其最大的特點就是廣告采用了寫實化的手法—一個巨大的蜂窩煤正滾向密密麻麻的汽車。不論是巨大的蜂窩煤，還是數(shù)量龐大的汽車軍團，都給路過的市民留下了深刻的印象，這個廣告告誡大家，在這個人類不斷發(fā)展的社會中，地球的資源卻面臨枯竭，我們需要愛護我們的地球家園，減少破壞。相比于那種傳統(tǒng)的廣告形式而言，它沒有像教科書一樣去灌輸人們的思想，讓人們被動的去接受，而是以這種裝置形式廣告的出現(xiàn)，它首先在視覺上就給以受眾眼球的沖擊，吸引了眾多的觀眾走入場所，同時這種身臨其境的感覺也使觀眾真正思考了所存在的環(huán)境，反思自己的生活方式。雖然思考因人而異，但大的方向仍然受到了廣告的指引，即呼吁大家要齊心協(xié)力共同保護地球、保護環(huán)境，這樣既達(dá)到了廣告的宣傳效果，也形成了人與廣告之間的互動，從內(nèi)心深處激起人們的共鳴。

二、裝置藝術(shù)對廣告的影響

傳統(tǒng)形式的廣告大多依賴著電視、報紙、書籍以及路邊的燈箱等一些載體進行單一的影視動態(tài)或者是平面靜態(tài)的展示，這種方式由于其大面積高強度的宣傳，無疑會得到商家的普遍認(rèn)可。而裝置性廣告的出現(xiàn)卻打破了這種既定的宣傳模式，對傳統(tǒng)的廣告形成了沖擊性的影響，這種影響主要體現(xiàn)在表達(dá)方式的巨大轉(zhuǎn)變上。首先，裝置藝術(shù)促進了廣告材料選擇的多元化。原來的廣告設(shè)計多以虛體的形式展現(xiàn)，表現(xiàn)手法單一。但是裝置藝術(shù)的材料絕大多數(shù)都是實體化的物體，特別是其本就可以是一些廢舊的東西按照自己獨特的方式在一個特定的環(huán)境里堆積起來，也可以是設(shè)計師打造的一些材料，再使用一些媒材(錄影、聲音、表演、電腦、網(wǎng)絡(luò)等)綜合來表現(xiàn)，因此廣告受眾對于商品或者理念的認(rèn)識更加直接與具體。其次，裝置藝術(shù)在廣告設(shè)計中的表達(dá)使設(shè)計師、作品、受眾自然而然地融合在了一起。廣告設(shè)計通過裝置藝術(shù)的表現(xiàn)手法，更容易表現(xiàn)設(shè)計師的靈感，引起受眾心靈的共鳴。感情可以以物為載體進行表現(xiàn)，實物無疑是設(shè)計者表現(xiàn)自身情感的最佳通道。同時在裝置廣告中，物品與人經(jīng)常進行互動，也容易引起受眾的共鳴。例如人們在欣賞裝置廣告時，不知不覺地成為廣告的一部分。因為在裝置藝術(shù)品中，人們的情感反應(yīng)和一些行為舉止，也都成了作品的元素，只不過一個在表達(dá)，一個在反饋，這無疑是一場人性化、感情化的體驗。裝置藝術(shù)產(chǎn)生與人互動的形式不僅存在于表面，其更深層次的目的是與受眾的心理溝通，引起情感共鳴，以達(dá)到宣傳的效果。

三、結(jié)語

第3篇

1.擬定傳動方案

為了估計傳動裝置的總傳動比范圍，以便選擇合適的傳動機構(gòu)和傳動方案，可先由已知條件計算其驅(qū)動卷筒的轉(zhuǎn)速nw,即

v=1.1m/s;D=350mm;

nw=60*1000*v/(∏*D)=60*1000*1.1/(3.14*350)

一般常選用同步轉(zhuǎn)速為1000r/min或1500r/min的電動機作為原動機，因此傳動裝置總傳動比約為17或25。

2.選擇電動機

1）電動機類型和結(jié)構(gòu)形式

按工作要求和工作條件，選用一般用途的Y（IP44）系列三相異步電動機。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。

2）電動機容量

（1）卷筒軸的輸出功率Pw

F=2800r/min;

Pw=F*v/1000=2800*1.1/1000

(2)電動機輸出功率Pd

Pd=Pw/t

傳動裝置的總效率t=t1*t2^2*t3*t4*t5

式中，t1,t2,…為從電動機到卷筒之間的各傳動機構(gòu)和軸承的效率。由表2－4查得：

彈性聯(lián)軸器1個

t4=0.99;

滾動軸承2對

t2=0.99;

圓柱齒輪閉式1對

t3=0.97;

V帶開式傳動1幅

t1=0.95;

卷筒軸滑動軸承良好1對

t5=0.98;

則

t=t1*t2^2*t3*t4*t5=0.95*0.99^2*0.97*0.99*0.98＝0.8762

故

Pd=Pw/t=3.08/0.8762

（3）電動機額定功率Ped

由第二十章表20－1選取電動機額定功率ped=4KW。

3）電動機的轉(zhuǎn)速

為了便于選擇電動事，先推算電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍。由表2－1查得V帶傳動常用傳動比范圍2~4，單級圓柱齒輪傳動比范圍3~6，

可選電動機的最小轉(zhuǎn)速

Nmin=nw*6=60.0241*6=360.1449r/min

可選電動機的最大轉(zhuǎn)速

Nmin=nw*24=60.0241*24=1440.6r/min

同步轉(zhuǎn)速為960r/min

選定電動機型號為Y132M1－6。

4）電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)和外形、安裝尺寸

由表20－1、表20－2查出Y132M1－6型電動機的方根技術(shù)數(shù)據(jù)和

外形、安裝尺寸，并列表刻錄備用。

電機型號額定功率同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速電機質(zhì)量軸徑mm

Y132M1-64Kw10009607328

大齒輪數(shù)比小齒輪數(shù)=101/19=5.3158

3．計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比

1）傳動裝置總傳動比

nm=960r/min;

i=nm/nw=960/60.0241=15.9936

2）分配各級傳動比

取V帶傳動比為

i1=3;

則單級圓柱齒輪減速器比為

i2=i/i1=15.9936/3=5.3312

所得i2值符合一般圓柱齒輪和單級圓柱齒輪減速器傳動比的常用范圍。

4．計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)

1）各軸轉(zhuǎn)速

電動機軸為0軸，減速器高速軸為Ⅰ軸，低速軸為Ⅱ軸，各軸轉(zhuǎn)速為

n0=nm;

n1=n0/i1=60.0241/3=320r/min

n2=n1/i2=320/5.3312=60.0241r/min

2）各軸輸入功率

按機器的輸出功率Pd計算各軸輸入功率，即

P0=Ped=4kw

軸I的功率

P1=P0*t1=4*0.95=3.8kw

軸II功率

P2=P1*t2*t3=3.8*0.99*0.97=3.6491kw

3）各軸轉(zhuǎn)矩

T0=9550*P0/n0=9550*4/960=39.7917Nm

T1=9550*P1/n1=9550*3.8/320=113.4063Nm

T2=9550*P2/n2=9550*3.6491/60.0241=580.5878Nm

二、設(shè)計帶輪

目錄

設(shè)計計劃任務(wù)書1

傳動方案說明2

電動機的選擇3

傳動裝置的運動和動力參數(shù)5

傳動件的設(shè)計計算6

軸的設(shè)計計算8

聯(lián)軸器的選擇10

滾動軸承的選擇及計算13

鍵聯(lián)接的選擇及校核計算14

減速器附件的選擇15

與密封16