CN104807879A - 一种钢丝绳损伤检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，包括：上检测部以及下检测部，所述上检测部与所述下检测部通过铰链连接，且所述上检测部与所述下检测部之间设有钢丝绳通道；其中，所述上检测部与所述下检测部对称；本发明的钢丝绳损伤检测装置是一种可以打开/闭合的设备，分为上下两个部分中间留有供钢丝绳通过的空洞。两端永磁体环用于磁化钢丝绳，中间连接两端永磁体的衔铁用于导通磁路，最外部屏蔽壳是用于保护内部的电路不受外界磁场的干扰同时也减小内部的强磁场对外部的影响。
Description
技术领域
本发明涉及绳子损伤检测技术领域，尤其特别是涉及一种钢丝绳损伤检测装置。
背景技术
钢丝绳作为提升，运输及承载设备中的主要部件被广泛的应用于煤矿生产中，是煤矿主、副井提升、运输等设备的重要构件。然而在其长时间使用过程中，往往会出现磨损、断丝、锈蚀等缺陷，甚至会造成钢丝绳断绳等重大安全生产事故，因此对钢丝绳进行及时检测，及时发现损伤并处理就显得至关重要。
以往漏磁检测传感器长采用一个漏磁检测环，由于采样密度问题常会造成损伤信号漏检，本发明利用2个检测环进行检测，可减少漏检率，提高检测可靠性。并可以克服钢丝绳股波造成的信号周期干扰。
以往的钢丝绳损伤传感器并不输出电流性信号，往往需要就地进行信号放大、整理和数据采样，这给检测系统的部署带来了一定问题，比如检测数据的采集要在传感器附近完成，难以利用高性能采集服务器一次对多台检测传感器进行信息采集、处理。不方便构成检测系统。同时由于输出的不是标准信号不方便与其它系统的接口。
发明内容
基于此为解决此问题，本发明提供一种钢丝绳损伤检测装置。
本发明的一个技术方案是：一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，包括：上检测部以及下检测部，所述上检测部与所述下检测部通过铰链连接，且所述上检测部与所述下检测部之间设有钢丝绳通道；其中，所述上检测部与所述下检测部对称；及
所述上检测部包括第一衔铁、第一上永磁体环、第二上永磁体环、第一检测环以及第一屏蔽外壳；所述第一屏蔽外壳半封闭式结构，所述第一衔铁、第一上永磁体环、第二上永磁体环、第一检测环位于所述第一屏蔽外壳内侧，且所述第一衔铁位于第一屏蔽外壳内表面，所述第一上永磁体环以及第二上永磁体环位于所述第一屏蔽外壳轴向方向的两端，所述第一检测环位于所述第一屏蔽外壳中部；
所述下检测部包括第二衔铁、第一下永磁体环、第二下永磁体环、第二检测环以及第二屏蔽外壳；所述第二屏蔽外壳半封闭式结构，所述第二衔铁、第一下永磁体环、第二下永磁体环、第二检测环位于所述第二屏蔽外壳内侧，且所述第二衔铁位于第二屏蔽外壳内表面，所述第一下永磁体环以及第二下永磁体环位于所述第二屏蔽外壳轴向方向的两端，所述第二检测环位于所述第二屏蔽外壳中部。
进一步的，所述第一检测环以及第二检测环分别包括：第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环；所述第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环沿钢丝绳轴向排列；
第一检测电路板环，位于所述第一聚磁环与第二聚磁环之间；
第二检测电路板环，位于所述第二聚磁环与第三聚磁环之间。
进一步的，所述第一检测电路环与所述第一聚磁环之间设有第一绝缘环；所述第二检测电路环与所述第三聚磁环之间设有第二绝缘环。
进一步的，所述第一检测电路环与第二检测电路环两端分别设有一霍尔元件。
进一步的，第一检测电路环与第二检测电路环中分别包括霍尔检测电路、信号放大电路以及电压电流转换电路，其中，所述霍尔检测电路连接信号放大电路，所述信号放大电路连接电压电流转换电路。
进一步的，所述霍尔检测电路包括第一霍尔元件、第二霍尔元件、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及恒流源IH，其中，所述第一霍尔元件以及第二霍尔元件串联，恒流源连接于第一霍尔元件以及第二霍尔元件两端，所述电阻R1以及电阻R2分别连接于第一霍尔元件，所述电阻R3以及电阻R4分别连接于第二霍尔元件，所述电阻R1与电阻R3并联以及所述电阻R2与电阻R4并联，输出信号U0。
进一步的，所述信号放大电路还包括零点调节电路以及差分单级放大电路，所述零点调节电路连接于所述差分单级放大电路的输入端，所述输出信号U0连接于所述差分单级放大电路的输入端。
进一步的，所述电压电流转换电路通过电压/电流转换接口电路AM422进行电压电流转换，所述差分单级放大电路输出信号连接于AM422输入端。
进一步的，所述上检测部与所述下检测部为相互对称的半圆柱体，且所述上检测部与所述下检测部相接触面上各自设有上尼龙护套以及下尼龙护套。
进一步的，所述第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环为半圆形。
本发明有益效果：
采用上述方案，本发明的钢丝绳损伤检测装置是一种可以打开/闭合的设备，分为上下两个部分中间留有供钢丝绳通过的空洞。两端永磁体环用于磁化钢丝绳，中间连接两端永磁体的衔铁用于导通磁路，最外部屏蔽壳是用于保护内部的电路不受外界磁场的干扰同时也减小内部的强磁场对外部的影响。在检测装置的上下两个部分各有一个检测头或者检测环，它们是完全相同的半圆柱形结构。检测装置采用的是漏磁通无损检测方法，首先将钢丝绳被检测部分饱和磁化,然后传感器用8个霍尔传感器检测钢丝绳表面漏磁通，根据钢丝绳表面的漏磁通变化可以判断出钢丝绳的损伤情况。检测装置需配合脉冲编码器使用，在钢丝绳前进时带动脉冲编码器转动，钢丝绳每前进一段距离产生一个采样脉冲，为了保证损伤信号精确度，本发明提供精确至0.5mm的等距采样，既在钢丝绳每0.5mm的长度上采集一次损伤信号。
附图说明
图1为本发明一种钢丝绳损伤检测装置的示意图；
图2为本发明一种钢丝绳损伤检测装置其中一检测环示意图；
图3为本发明一种钢丝绳损伤检测装置中检测环中霍尔元件布置示意图；
图4为本发明一种钢丝绳损伤检测装置中霍尔元件的串联电路示意图；
图5为本发明一种钢丝绳损伤检测装置中信号放大电路示意图；
图6为本发明一种钢丝绳损伤检测装置中电压电流转换电路示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以通过许多不同的形式来实现，并不限于下面所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，一种钢丝绳损伤检测装置，包括：上检测部1以及下检测部2，其中，所述上检测部1以及下检测部2为半圆柱体，且相互对称，所述上检测部1与所述下检测部2通过铰链连接，且所述上检测部1与所述下检测部2之间设有钢丝绳6通道，钢丝绳6通道可以根据不同形状设置成对应的形状；其中，所述上检测部1与所述下检测部2对称；这里的对称是指上检测部1以及下检测部2内的检测部件是对称的，这样才能更好的检测钢丝绳；再者，为了防止钢丝绳6对检测装置的损坏，所述上检测部1与所述下检测部2相接触面上各自设有上尼龙护套16以及下尼龙护套26。
继续参照图1所示，其中，所述上检测部1包括第一衔铁11、第一上永磁体环12、第二上永磁体环13、第一检测环14以及第一屏蔽外壳15；所述第一屏蔽外壳15半封闭式结构，所述第一衔铁11、第一上永磁体环12、第二上永磁体环13、第一检测环14位于所述第一屏蔽外壳15内侧，且所述第一衔铁11位于第一屏蔽外壳15内表面，所述第一上永磁体环12以及第二上永磁体环13位于所述第一屏蔽外壳15轴向方向的两端，所述第一检测环14位于所述第一屏蔽外壳15中部；两端永磁体环用于磁化钢丝绳，中间连接两端永磁体的衔铁用于导通磁路，最外部屏蔽壳是用于保护内部的电路不受外界磁场的干扰同时也减小内部的强磁场对外部的影响。在检测装置的上下两个部分各有一个检测头或者检测环，它们是完全相同的半圆柱形结构。
继续参照图1所示，其中，所述下检测部2包括第二衔铁21、第一下永磁体环22、第二下永磁体环23、第二检测环24以及第二屏蔽外壳25；所述第二屏蔽外壳25半封闭式结构，所述第二衔铁21、第一下永磁体环22、第二下永磁体环23、第二检测环24位于所述第二屏蔽外壳25内侧，且所述第二衔铁21位于第二屏蔽外壳25内表面，所述第一下永磁体环22以及第二下永磁体环23位于所述第二屏蔽外壳25轴向方向的两端，所述第二检测环24位于所述第二屏蔽外壳25中部；两端永磁体环用于磁化钢丝绳，中间连接两端永磁体的衔铁用于导通磁路，最外部屏蔽壳是用于保护内部的电路不受外界磁场的干扰同时也减小内部的强磁场对外部的影响。在检测装置的上下两个部分各有一个检测头或者检测环，它们是完全相同的半圆柱形结构。
如上面所述的第一检测环与第二检测环也可以叫做第一检测头与第二检测头，这两种叫法没有区别，仅是名称上的区别。
如图2所示，所述第一检测环14以及第二检测环24分别包括：第一聚磁环41、第二聚磁环42以及第三聚磁环45；所述第一聚磁环41、第二聚磁环45以及第三聚磁环42沿钢丝绳6轴向排列；第一检测电路板环44，位于所述第一聚磁环41与第二聚磁环45之间；第二检测电路板环43，位于所述第二聚磁环45与第三聚磁环42之间。检测装置采用的是漏磁通无损检测方法，首先将钢丝绳被检测部分饱和磁化,然后检测装置用8个霍尔传感器检测钢丝绳表面漏磁通，根据钢丝绳表面的漏磁通变化可以判断出钢丝绳的损伤情况。
如图2所示，所述第一检测电路环44与所述第一聚磁环41之间设有第一绝缘环46；所述第二检测电路环43与所述第三聚磁环41之间设有第二绝缘环47。这样采用绝缘环首先是聚磁环与检测电路环之间的距离，并且使聚磁环与检测电路环之间绝缘。
如图3所示，所述第一检测电路环44与第二检测电路环43两端分别设有一霍尔元件。由于第一检测电路环44与第二检测电路环43都是环状，并且截面都为半圆形，这样使每个第一检测电路环以及第二检测电路环两端的霍尔元件连接圆心时夹角为直角，参考图3所示，上半部分为第一检测电路环44，下半部分与第一检测电路环44对称，每个检测电路环中设两个霍尔元件，第一检测电路环44中设有第一霍尔元件31以及第二霍尔元件32，与第一检测电路环44对称的检测电路环中设有第三霍尔元件33以及第四霍尔元件34。这样一个检测装置中一共设有4个检测电路环或者叫检测电路头，每个检测电路环或者叫检测电路头内设有两个霍尔元件，所以，然后检测装置用8个霍尔传感器检测钢丝绳表面漏磁通，根据钢丝绳表面的漏磁通变化可以判断出钢丝绳的损伤情况。
进一步的，所述第一检测电路环44与第二检测电路环43中还分别包括霍尔检测电路、信号放大电路以及电压电流转换电路，其中，所述霍尔检测电路连接信号放大电路，所述信号放大电路连接电压电流转换电路。
如图4所示，所述霍尔检测电路包括第一霍尔元件、第二霍尔元件、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及恒流源IH，其中，所述第一霍尔元件以及第二霍尔元件串联，恒流源连接于第一霍尔元件以及第二霍尔元件两端，所述电阻R1以及电阻R2分别连接于第一霍尔元件，所述电阻R3以及电阻R4分别连接于第二霍尔元件，所述电阻R1与电阻R3并联以及所述电阻R2与电阻R4并联，输出信号U0。参照图4所示，本发明在检测电路中采用霍尔元件的串联方式，其中R1、R2、R3、R4都是1.74K的电阻。当采用串联方式时，不仅能很好的解决感应器件在空间上的限制，还能减少恒流源IH的开销。
如图5所示，所述信号放大电路还包括零点调节电路以及差分单级放大电路，所述零点调节电路连接于所述差分单级放大电路的输入端，所述输出信号U0连接于所述差分单级放大电路的输入端。参照图5所示，霍尔元件感应到的漏磁信号比较微弱，需要对信号进行放大。本发明采用差分单级放大电路，霍尔元件的输出端A+和A-从放大器输入端的A+和A-接入，R7和R8都是完全一致的39K，放大倍数为R7/R1=22.4。另外，本发明为了使放大器输出达到理想效果，在放大电路输入端还设有零点调节电路，本发明使用了一个可变电阻来对放大器的输出进行调节，通过调节可以使放大器的输出达到理想的范围。
如图6所示，所述电压电流转换电路通过电压/电流转换接口电路AM422进行电压电流转换，所述差分单级放大电路输出信号连接于AM422输入端。参照图6所示为电压电流转换电路图。为克服线路干扰，延长信号传输距离，通常采用电压/电流变换器，将电压信号转换成电流信号（1~5mA），本发明选用电压/电流转换接口电路AM422。AM422是一个用于模拟信号转换处理的电压到电流的专用接口集成电路，这种电路可以用作输入电压范围可变的输出为电流的标准接口电路。适合处理各种不同范围的输入信号，尤其适合作为输出信号为一端接地的传感器的电流输出转换接口。本发明要求输出电流范围 IOUT＝1~5mA，输入电压范围VIN＝0~5V，VREF=5V，算得的外接元件的数值是：R0=25Ω；R3=R4=33kΩ；RSET≈2,64kΩ；R5=40Ω；R1/R2≈5.25；RL=0~500Ω；C1 = 2.2µF。
本发明的钢丝绳损伤检测装置是一种可以打开/闭合的设备，分为上下两个部分中间留有供钢丝绳通过的空洞。两端永磁体环用于磁化钢丝绳，中间连接两端永磁体的衔铁用于导通磁路，最外部屏蔽壳是用于保护内部的电路不受外界磁场的干扰同时也减小内部的强磁场对外部的影响。在检测装置的上下两个部分各有一个检测头或者检测环，它们是完全相同的半圆柱形结构。检测装置采用的是漏磁通无损检测方法，首先将钢丝绳被检测部分饱和磁化,然后传感器用8个霍尔传感器检测钢丝绳表面漏磁通，根据钢丝绳表面的漏磁通变化可以判断出钢丝绳的损伤情况。检测装置需配合脉冲编码器使用，在钢丝绳前进时带动脉冲编码器转动，钢丝绳每前进一段距离产生一个采样脉冲，为了保证损伤信号精确度，本发明提供精确至0.5mm的等距采样，既在钢丝绳每0.5mm的长度上采集一次损伤信号。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，上面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在上面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于上面描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受上面公开的具体实施例的限制。并且，以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，包括：上检测部以及下检测部，所述上检测部与所述下检测部通过铰链连接，且所述上检测部与所述下检测部之间设有钢丝绳通道；其中，所述上检测部与所述下检测部对称；及
所述上检测部包括第一衔铁、第一上永磁体环、第二上永磁体环、第一检测环以及第一屏蔽外壳；所述第一屏蔽外壳半封闭式结构，所述第一衔铁、第一上永磁体环、第二上永磁体环、第一检测环位于所述第一屏蔽外壳内侧，所述第一上永磁体环以及第二上永磁体环位于所述第一屏蔽外壳轴向方向的两端，所述第一检测环位于所述第一屏蔽外壳中部；
所述下检测部包括第二衔铁、第一下永磁体环、第二下永磁体环、第二检测环以及第二屏蔽外壳；所述第二屏蔽外壳半封闭式结构，所述第二衔铁、第一下永磁体环、第二下永磁体环、第二检测环位于所述第二屏蔽外壳内侧，且所述第二衔铁位于第二屏蔽外壳内表面，所述第一下永磁体环以及第二下永磁体环位于所述第二屏蔽外壳轴向方向的两端，所述第二检测环位于所述第二屏蔽外壳中部。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述第一检测环以及第二检测环分别包括：第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环；所述第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环沿钢丝绳轴向排列；
第一检测电路板环，位于所述第一聚磁环与第二聚磁环之间；
第二检测电路板环，位于所述第二聚磁环与第三聚磁环之间。
3.根据权利要求2所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述第一检测电路环与所述第一聚磁环之间设有第一绝缘环；所述第二检测电路环与所述第三聚磁环之间设有第二绝缘环。
4.根据权利要求2或3所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述第一检测电路环与第二检测电路环两端分别设有一霍尔元件。
5.根据权利要求2所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，第一检测电路环与第二检测电路环中分别包括霍尔检测电路、信号放大电路以及电压电流转换电路，其中，所述霍尔检测电路连接信号放大电路，所述信号放大电路连接电压电流转换电路。
6.根据权利要求5所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述霍尔检测电路包括第一霍尔元件、第二霍尔元件、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4以及恒流源IH，其中，所述第一霍尔元件以及第二霍尔元件串联，恒流源连接于第一霍尔元件以及第二霍尔元件两端，所述电阻R1以及电阻R2分别连接于第一霍尔元件，所述电阻R3以及电阻R4分别连接于第二霍尔元件，所述电阻R1与电阻R3并联以及所述电阻R2与电阻R4并联，输出信号U0。
7.根据权利要求6所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述信号放大电路还包括零点调节电路以及差分单级放大电路，所述零点调节电路连接于所述差分单级放大电路的输入端，所述输出信号U0连接于所述差分单级放大电路的输入端。
8.根据权利要求7所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述电压电流转换电路通过电压/电流转换接口电路AM422进行电压电流转换，所述差分单级放大电路输出信号连接于AM422输入端。
9.根据权利要求1所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述上检测部与所述下检测部为相互对称的半圆柱体，且所述上检测部与所述下检测部相接触面上各自设有上尼龙护套以及下尼龙护套。
10.根据权利要求2所述的一种钢丝绳损伤检测装置，其特征在于，所述第一聚磁环、第二聚磁环以及第三聚磁环为半圆形。
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