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一種新型檢測鋼絲繩缺陷的電磁傳感器系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:12404020閱讀:236來源:國知局
一種新型檢測鋼絲繩缺陷的電磁傳感器系統(tǒng)的制作方法與工藝

本實用新型涉及一種檢測裝置,具體來說是一種檢測鋼絲繩內(nèi)部外部缺陷的電磁傳感器系統(tǒng),尤其能夠?qū)崿F(xiàn)一種傳感器多種缺陷測量。



背景技術(shù):

國際一般把鋼絲繩缺陷歸結(jié)為兩大類:金屬截面積損失(Loss of metal cross-sectional area,簡稱LMA)型缺陷和局部(Local flaw,簡稱LF)型缺陷。LF型缺陷反映了鋼絲繩局部諸如斷絲之類的損傷情況,LMA型缺陷反映了鋼絲繩較長距離諸如長距離磨損、腐蝕之類的損傷情況。但是目前國內(nèi)用于檢測鋼絲繩的儀器大多只能檢測其中的一個缺陷類型,并且檢測精度不高。有的儀器對檢測信號的處理不到位,容易出現(xiàn)干擾信號從而影響我們對缺陷的誤判;而傳統(tǒng)的人工目測檢測法又容易受到個人主觀因素的影響,誤檢率高;國內(nèi)外用于鋼絲繩檢測的儀器精度參差不齊,大部分的儀器都不能對鋼絲繩中的缺陷進(jìn)行有效的檢測,誤檢漏檢情況時有發(fā)生。由于鋼絲繩的缺陷引發(fā)的事故頻繁出現(xiàn),因此對鋼絲繩缺陷有效的檢測方法已經(jīng)成為鋼絲繩安全使用中一個迫切需要解決的問題。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本實用新型的目的是改變傳統(tǒng)檢測方法,充分利用電磁傳感器原理結(jié)構(gòu)簡單、非接觸式、檢測信號容易處理、無損檢測的優(yōu)點(diǎn),把電磁傳感技術(shù)更好的應(yīng)用至鋼絲繩缺陷檢測領(lǐng)域,提供出一種檢測準(zhǔn)確,穩(wěn)定高效的鋼絲繩缺陷在線檢測系統(tǒng)。

本實用新型采用的技術(shù)方案如下:

一種檢測鋼絲繩缺陷的新型電磁傳感器系統(tǒng),包括傳感器外殼,所述的傳感器外殼包括上、下對稱設(shè)置的上殼體和下殼體,所述的上殼體和下殼體之間形成了供待測鋼絲繩穿過的間隙;沿著待測鋼絲繩穿過的方向,在上、下殼體的兩端上、下對稱的設(shè)有為殼體內(nèi)部提供磁場且用來磁化待測鋼絲繩的磁性裝置,且在所述的磁場內(nèi)設(shè)有檢測鋼絲繩LF型缺陷的霍爾元件和檢測鋼絲繩LMA型缺陷的感應(yīng)線圈,所述的霍爾元件與檢測電路板相連,所述的檢測電路板、感應(yīng)線圈均與數(shù)據(jù)處理裝置相連。

進(jìn)一步的,所述的磁性裝置采用同軸同心的方式鑲嵌在傳感器外殼的兩端。

進(jìn)一步的,所述的霍爾元件設(shè)有兩組,其中一組與檢測電路板I相連,另外一組與檢測電路板II相連,檢測電路板I、II相對于與待測鋼絲繩軸線方向垂直的軸線對稱設(shè)置,且每組霍爾元件沿待測鋼絲繩的周向方向環(huán)繞。

進(jìn)一步的,所述的檢測電路板I、II各自采用上、下對稱的半圓結(jié)構(gòu),且通過支架固定在傳感器外殼內(nèi)。

進(jìn)一步的,所述的傳感器外殼內(nèi)部設(shè)有雙排凹槽,所述的支架嵌在傳感器外殼的凹槽中。

進(jìn)一步的,所述的感應(yīng)線圈套裝在待測鋼絲繩的外圈,且位于檢測電路板I、檢測電路板II之間。

進(jìn)一步的,所述的感應(yīng)線圈為由漆包線繞制而成的可剖分式線圈。

進(jìn)一步的,所述的感應(yīng)線圈與檢測電路板III相連,所述的檢測電路板III與數(shù)據(jù)處理裝置相連。

進(jìn)一步的,所述的數(shù)據(jù)處理裝置與一個顯示裝置相連。

進(jìn)一步的,所述的磁性裝置采用永久磁鐵。

本實用新型中采用一種傳感器兩種檢測元件來實現(xiàn)對兩種缺陷的分別檢測,檢測結(jié)果由后續(xù)數(shù)據(jù)處理裝置來進(jìn)行判別分析,大大提高了檢測的精度。傳感器外殼和永久磁鐵能夠在鋼絲繩中形成穩(wěn)定的磁回路,缺陷形成的漏磁場和磁通量變化被霍爾元件和感應(yīng)線圈檢測后形成模擬電壓值,然后由檢測電路板進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)零、積分處理、差動處理、放大、A/D轉(zhuǎn)換等初步處理后發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置進(jìn)一步處理。

由于鋼絲繩是一種強(qiáng)導(dǎo)磁體,其導(dǎo)磁率為空氣導(dǎo)磁率的100倍以上,故當(dāng)鋼絲繩被永久磁鐵和傳感器外殼組成的磁回路磁化至飽和時若鋼絲繩有缺陷,其缺陷位置的磁導(dǎo)率會降低,從而造成磁阻的增加,在缺陷位置就會產(chǎn)生泄露到鋼絲繩表面外的磁場,這個磁場就是用來被檢測元件檢測的漏磁場。根據(jù)軟件仿真和實驗分析可知:在LF型缺陷中,漏磁場的大小和缺陷的大小和長度都有關(guān)系,缺陷變大或者缺陷長度變長,都會使漏磁場密度和漏磁場峰值變大;對于LMA型缺陷,鋼絲繩截面積損傷量越大、損傷距離越長,都會使穿過鋼絲繩內(nèi)部的磁通量變小。因此可以根據(jù)檢測元件檢測到的信號來判斷鋼絲繩的缺陷情況。

其中霍爾元件是一種由矩陣半導(dǎo)體薄片材料構(gòu)成且基于霍爾效應(yīng)原理工作的檢測元件,當(dāng)對霍爾元件通電時有外加磁場通過其垂直方向,該元件會產(chǎn)生霍爾電勢,該電勢與電流、磁場強(qiáng)度成正比。在磁場中,其輸出的霍爾電壓為

式中Kh為霍爾常數(shù);Ic為輸入的控制電流;B為磁場的磁感應(yīng)程度;為磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和霍爾元件工作面之間的夾角。我們把霍爾元件垂直鋼絲繩表面放置,可以消除對霍爾電壓的影響。由公式可得,當(dāng)采用一定的控制電流時,霍爾電壓和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。因此當(dāng)我們采用霍爾元件對漏磁場進(jìn)行檢測時,可以根據(jù)霍爾電壓的大小判斷漏磁場的大小進(jìn)而判定鋼絲繩的缺陷情況。

在感應(yīng)線圈相對于鋼絲繩移動時,若鋼絲繩的內(nèi)部磁通量發(fā)生變化,則會在感應(yīng)線圈中有感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生其大小為

ec=-ndΦ/dt=-n(dΦ/ds)(ds/dt)=-n(dΦ/ds)v

式中n為感應(yīng)線圈匝數(shù),dΦ/ds為鋼絲繩內(nèi)部磁通量相對于鋼絲繩移動量的變化率,v為鋼絲繩相對于感應(yīng)線圈的速度。由公式可以得出,當(dāng)感應(yīng)線圈的匝數(shù)和運(yùn)行速度一定時,感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電動勢只與鋼絲繩內(nèi)磁通量的變化情況有關(guān)。因此當(dāng)鋼絲繩內(nèi)因損傷而產(chǎn)生內(nèi)部磁通量變化時,可以使用感應(yīng)線圈來實現(xiàn)對鋼絲繩LMA型缺陷的檢測。在對較長距離的LMA型缺陷進(jìn)行檢測時,由于缺陷變化緩慢的特性導(dǎo)致感應(yīng)線圈檢測到的電壓信號通常為mV級,幅值較小、持續(xù)時間短,而且該信號和磁通對于時間的微分dΦ/ds有關(guān),因此采用積分法處理檢測信號可使得信號更具有直觀性。

本實用新型的有益效果是:

該傳感器是通過對鋼絲繩的漏磁場的檢測來判斷缺陷存在及其損傷程度的,具體化為使用霍爾元件來檢測鋼絲繩的漏磁通和使用感應(yīng)線圈來檢測鋼絲繩的主磁通來判斷鋼絲繩的LF型缺陷和LMA型缺陷的損傷情況,從而實現(xiàn)鋼絲繩內(nèi)外部缺陷的量化,通過對檢測信號的分析可得到鋼絲繩的損傷程度和損傷位置。

傳感器可使鋼絲繩磁化至飽和狀態(tài),具體是使用永久磁鐵、傳感器外殼和通過的鋼絲繩組成一個完整的磁回路,使鋼絲繩磁化完全。傳感器外殼、感應(yīng)線圈和檢測電路板均采用剖分式結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)方便拆卸及對傳感器進(jìn)行調(diào)整,消除了現(xiàn)場繞制感應(yīng)線圈的麻煩,便于實現(xiàn)對鋼絲繩的在線檢測。

在對鋼絲繩的缺陷測量過程中,不同檢測元件檢測不同類型的缺陷這種方式比較容易實現(xiàn)對缺陷的精確測量,霍爾元件檢測范圍有限,故采用把霍爾元件周向布置的方式以便實現(xiàn)對鋼絲繩周向范圍的全覆蓋。為了濾除檢測環(huán)境中的干擾信號對檢測結(jié)果的影響,該實用新型采用了把霍爾元件雙排布置差動處理的方法,首先將單排霍爾元件檢測的信號經(jīng)過加法電路疊加到一起,然后將疊加到一起的兩路信號差動處理,通過這種方法可以消除干擾信號對檢測信號的影響,便于增大信噪比以提取缺陷信息。感應(yīng)線圈對磁場的變化不太敏感,所以對感應(yīng)線圈檢測到的LMA信號進(jìn)行積分處理,使得檢測信號更為直觀的反映缺陷情況。

將電磁檢測技術(shù)應(yīng)用到鋼絲繩缺陷檢測中,實現(xiàn)了鋼絲繩損傷信號的實時處理和自動化無損檢測,并且能夠同時測量多種缺陷參數(shù)。

附圖說明

圖1是電磁傳感器檢測鋼絲繩缺陷的系統(tǒng)框圖;

圖2是模擬信號處理電路框圖;

圖3是檢測電路板與霍爾元件位置示意圖;

圖4是傳感器結(jié)構(gòu)圖;

其中1.待測鋼絲繩,2.霍爾元件,3.檢測電路板,4.感應(yīng)線圈,5數(shù)據(jù)處理裝置,6.顯示裝置,7.霍爾元件檢測信號,8.感應(yīng)線圈檢測信號,9.調(diào)零放大模塊,10.加法放大模塊,11.差動放大模塊,12.積分模塊,13.A/D轉(zhuǎn)換模塊,14.永久磁鐵,15.傳感器外殼,16.檢測電路板支架,17.導(dǎo)線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

以往的傳感器都是采用一種元件來對缺陷進(jìn)行檢測,其中使用霍爾元件對LMA型信號進(jìn)行檢測時有檢測信號弱,容易受到干擾信號的影響使得檢測效果不明顯;而感應(yīng)線圈不敏感,故使用感應(yīng)線圈對LF型缺陷進(jìn)行檢測時,有檢測信號時間過短,微小缺陷無法識別,檢測精度不高的缺點(diǎn)。為了克服這些缺點(diǎn),本系統(tǒng)采用了使用兩種檢測元件分別實現(xiàn)對兩種缺陷的檢測,通過后續(xù)電路對檢測信號進(jìn)行分析篩選,從而得出不同類型缺陷的損傷情況。

本實用新型中檢測鋼絲繩缺陷的新型電磁傳感器系統(tǒng),包括傳感器外殼15,傳感器外殼15包括上、下對稱設(shè)置的上殼體和下殼體,上殼體和下殼體之間形成了供待測鋼絲繩1穿過的間隙;沿著鋼絲繩穿過的方向,在上、下殼體的兩端上、下對稱的設(shè)有為殼體內(nèi)部提供磁場且用來磁化待測鋼絲繩的磁性裝置,且在所述的磁場內(nèi)設(shè)有檢測鋼絲繩LF型缺陷的霍爾元件2和檢測鋼絲繩LMA型缺陷的感應(yīng)線圈4,所述的霍爾元件和感應(yīng)線圈均與檢測電路板相連,所述的檢測電路板與數(shù)據(jù)處理裝置相連。

具體的如圖1、圖2、圖3、圖4所示,本實用新型包括8個霍爾元件2,檢測電路板3,感應(yīng)線圈4,數(shù)據(jù)處理裝置5,顯示裝置6,永久磁鐵14,傳感器外殼15;

四個霍爾元件為一組,放置在上下對稱的檢測電路板3上,檢測電路板3包括兩塊半圓結(jié)構(gòu),兩塊半圓結(jié)構(gòu)放置在一起后,使得鋼絲繩正好從其中間穿過,檢測電路板3通過螺釘固定在檢測電路板支架16上并通過導(dǎo)線17和數(shù)據(jù)處理裝置5相連接;

四個霍爾元件環(huán)繞在待測鋼絲繩的周向方向;

感應(yīng)線圈4與檢測電路板III相連,檢測電路板III與數(shù)據(jù)處理裝置相連;在圖中省略了檢測電路板III,將感應(yīng)線圈4和數(shù)據(jù)處理裝置5通過導(dǎo)線17相連;感應(yīng)線圈3采用剖分式結(jié)構(gòu),檢測時可以直接扣在鋼絲繩周圍。

永久磁鐵14在傳感器外殼15兩側(cè)對應(yīng)放置。檢測電路板的底部圓和感應(yīng)線圈大小根據(jù)待測鋼絲繩的直徑來選擇。

進(jìn)一步的,所述的磁性裝置采用同軸同心的方式鑲嵌在傳感器外殼的兩端。

進(jìn)一步的,傳感器外殼15內(nèi)部設(shè)有雙排凹槽,檢測電路板支架16嵌在傳感器外殼的凹槽中。

進(jìn)一步的,感應(yīng)線圈套裝在待測鋼絲繩的外圈,且位于兩個檢測電路板3之間。

進(jìn)一步的,感應(yīng)線圈為由漆包線繞制而成的可剖分式線圈。

進(jìn)一步的,數(shù)據(jù)處理裝置與一個顯示裝置6相連,顯示裝置對鋼絲繩的缺陷類型進(jìn)行顯示。

如圖2所示,多路霍爾元件檢測信號7發(fā)送給調(diào)零放大模塊9,調(diào)零放大模塊9再發(fā)送給加法放大模塊10,加法放大模塊10再將處理后的信號發(fā)送給差動放大模塊11,差分放大模塊將處理后的信號發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換模塊13,A/D轉(zhuǎn)換模塊13與數(shù)據(jù)處理裝置5相連。

感應(yīng)線圈檢測信號8直接與積分模塊12相連,積分模塊12與數(shù)據(jù)處理裝置5相連。

進(jìn)一步的,調(diào)零放大模塊9,加法放大模塊10,差動放大模塊11,積分模塊12,A/D轉(zhuǎn)換模塊13,這些模塊都是現(xiàn)有的模塊,在此處不進(jìn)行贅述了。

進(jìn)一步的,數(shù)據(jù)處理裝置5為一個PC機(jī)或者單片機(jī)等具有數(shù)據(jù)處理功能的裝置。

本實用新型中采用一種傳感器兩種檢測元件來實現(xiàn)對兩種缺陷的分別檢測,檢測結(jié)果由后續(xù)數(shù)據(jù)處理裝置來進(jìn)行判別分析,大大提高了檢測的精度。傳感器外殼和永久磁鐵能夠在鋼絲繩中形成穩(wěn)定的磁回路,缺陷形成的漏磁場和磁通量變化被霍爾元件和感應(yīng)線圈檢測后形成模擬電壓值,然后由檢測電路板進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)零、積分處理、差動處理、放大、A/D轉(zhuǎn)換采集數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)處理裝置處理。

由于鋼絲繩是一種強(qiáng)導(dǎo)磁體,其導(dǎo)磁率為空氣導(dǎo)磁率的100倍以上,故當(dāng)鋼絲繩被永久磁鐵和傳感器外殼組成的磁回路磁化至飽和時若鋼絲繩有缺陷,其缺陷位置的磁導(dǎo)率會降低,從而造成磁阻的增加,在缺陷位置就會產(chǎn)生泄露到鋼絲繩表面外的磁場,這個磁場就是用來被檢測元件檢測的漏磁場。根據(jù)軟件仿真和實驗分析可知:在LF型缺陷中,漏磁場的大小和缺陷的大小和長度都有關(guān)系,缺陷變大或者缺陷長度變長,都會使漏磁場密度和漏磁場峰值變大;對于LMA型缺陷,鋼絲繩截面積損傷量越大、損傷距離越長,都會使穿過鋼絲繩內(nèi)部的磁通量變小。因此可以根據(jù)檢測元件檢測到的信號來判斷鋼絲繩的缺陷情況。

其中霍爾元件是一種由矩陣半導(dǎo)體薄片材料構(gòu)成且基于霍爾效應(yīng)原理工作的檢測元件,當(dāng)對霍爾元件通電時有外加磁場通過其垂直方向,該元件會產(chǎn)生霍爾電勢,該電勢與電流、磁場強(qiáng)度成正比。在磁場中,其輸出的霍爾電壓為

式中Kh為霍爾常數(shù);Ic為輸入的控制電流;B為磁場的磁感應(yīng)程度;為磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向和霍爾元件工作面之間的夾角。我們把霍爾元件垂直鋼絲繩表面放置,可以消除對霍爾電壓的影響。由公式可得,當(dāng)采用一定的控制電流時,霍爾電壓和磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比。因此當(dāng)我們采用霍爾元件對漏磁場進(jìn)行檢測時,可以根據(jù)霍爾電壓的大小判斷漏磁場的大小進(jìn)而判定鋼絲繩的缺陷情況。

在感應(yīng)線圈相對于鋼絲繩移動時,若鋼絲繩的內(nèi)部磁通量發(fā)生變化,則會在感應(yīng)線圈中有感應(yīng)電動勢的產(chǎn)生其大小為

ec=-ndΦ/dt=-n(dΦ/ds)(ds/dt)=-n(dΦ/ds)v

式中n為感應(yīng)線圈匝數(shù),dΦ/ds為鋼絲繩內(nèi)部磁通量相對于鋼絲繩移動量的變化率,v為鋼絲繩相對于感應(yīng)線圈的速度。由公式可以得出,當(dāng)感應(yīng)線圈的匝數(shù)和運(yùn)行速度一定時,感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電動勢只與鋼絲繩內(nèi)磁通量的變化情況有關(guān)。因此當(dāng)鋼絲繩內(nèi)因損傷而產(chǎn)生內(nèi)部磁通量變化時,可以使用感應(yīng)線圈來實現(xiàn)對鋼絲繩LMA型缺陷的檢測。在對較長距離的LMA型缺陷進(jìn)行檢測時,由于缺陷變化緩慢的特性導(dǎo)致感應(yīng)線圈檢測到的電壓信號通常為mV級,幅值較小、持續(xù)時間短,而且該信號和磁通對于時間的微分dΦ/ds有關(guān),因此采用積分法處理檢測信號可使得信號更具有直觀性。

工作時,由傳感器外殼和永久磁鐵來將鋼絲繩磁化至飽和,使鋼絲繩穿過檢測電路板和感應(yīng)線圈,若鋼絲繩中有缺陷,則在鋼絲繩表面上會有漏磁場的產(chǎn)生,當(dāng)鋼絲繩穿過檢測電路板和感應(yīng)線圈時,漏磁場會被感應(yīng)線圈和放置在檢測電路板上的霍爾元件檢測到,相應(yīng)的在這兩種檢測元件上會有電壓信號產(chǎn)生,產(chǎn)生的電壓信號和鋼絲繩的缺陷情況有關(guān)?;魻栐a(chǎn)生的電壓信號經(jīng)過加法放大、差動放大消除干擾信號后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,感應(yīng)線圈產(chǎn)生的電壓信號先經(jīng)過積分處理,然后進(jìn)行放大和A/D轉(zhuǎn)換,再對接收到的數(shù)字信號進(jìn)行處理,由PC機(jī)進(jìn)行信號提取,通過與標(biāo)準(zhǔn)值的對比分析得到鋼絲繩內(nèi)外部缺陷情況。

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