CN105929022A - 钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置及检测方法，包括如下步骤：信号检测阶段、数据采集阶段和数据处理阶段；信号检测装置包括：脉冲涡流探头与霍尔传感器；脉冲方波激励信号通过脉冲涡流探头线圈时，在钢丝绳内部形成呈漩涡状流动的涡电流，钢丝绳涡电流形成钢丝绳的磁场；霍尔传感器接收钢丝绳的变化的磁场，霍尔元件将变化的磁场信号转化成电压信号输出；数据采集装置将电压信号传送给数据处理装置。本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，结合脉冲涡流检测原理和方法，实现功率大体积小的钢丝绳无损检测装置；检测装置中支撑导轮和检测探头可随钢丝绳直径大小进行自适应调整，适应不同型号钢丝绳的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置，具体的说，是涉及一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置。
背景技术
现代工业中，钢丝绳广泛应用于煤炭、运输、建筑、旅游等诸多行业。钢丝绳在使用中易出现磨损、锈蚀、断丝及绳径局部变大变小等损伤，给工业生产及设备运行带来安全隐患，严重的还会造成人员伤亡。目前国内钢丝绳无损检测方法在可靠性和准确度等方面都有一定的不足，传统的钢丝绳安全检测是根据经验进行的眼观、手摸、卡尺量以及电磁和图像识别等无损检测方法，这些检测方法及设备自动化程度不高，大都体积较大，安装拆卸不方便，检测精度不高，部分国外进口的检测设备检测精度高但成本昂贵。因此，开发一种低成本，高精度的脉冲涡流钢丝绳检测装置具有较高的应用价值和社会意义。
由于钢丝绳所处的工作环境恶劣，干扰因素较多，不便于停工检修，因此要求检测系统能实现长时间在线非接触式定量检测。
脉冲电涡流无损检测装置以电涡流效应为工作原理，具有灵敏度高、检测速度快、非接触、易于实现自动化等优点，并且涡流监测传感器体积小、成本低，非常适合作为钢丝绳在线无损检测系统的检测传感器。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种提高检测准确性的钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置。
本发明所采取的技术方案是：
一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于，
包括固定支架，固定支架内设置导向孔和定位孔；
导向孔和定位孔分别由两组构成，沿固定支架轴向设置；
导向孔内设置有导轮支架总成；
定位孔内设置有检测装置；
所述导轮支架总成包括前导轮支架总成和后导轮支架总成；
前导轮支架总成和后导轮支架总成分别包括四个导轮支架，导轮支架前端设置有支撑导轮，支撑导轮前端与钢丝绳相接触；
导轮支架后端设置有圆形凸台；
圆形凸台外侧套装有支撑导轮调整弹簧；
导向孔为盲孔时，支撑导轮调整弹簧与导向孔底部相接触；检测不同直径的钢丝绳时，导轮支架在导向孔内沿径向滑动；导向孔为通孔时，通孔的外端设置有密封螺钉或螺栓；支撑导轮调整弹簧与密封螺钉或螺栓前端相接触；
检测装置包括前检测装置和后检测装置；
前检测装置设置在前导轮支架总成外侧；
后检测装置设置在后导轮支架总成外侧；
前检测装置和后检测装置分别包括：脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架；
脉冲涡流探头设置在脉冲涡流探头支撑架前端；
霍尔传感器设置在霍尔传感器支撑架前端。
所述定位孔为螺纹通孔；脉冲涡流探头支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架与定位孔为螺纹连接。
所述支撑导轮沿圆周均匀设置，相邻支撑导轮在圆周方向呈90度设置。
所述脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架后端设置有调整孔。
所述调整孔为十字型或一子型。
所述脉冲涡流探头与霍尔传感器成180度分布于钢丝绳两侧。
所述前导轮支架和后导轮支架之间的距离为：800毫米。
所述前检测装置与前导轮支架距离为：100毫米；后检测装置与后导轮支架距离为：100毫米。
一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测方法，
包括如下步骤：信号检测阶段、数据采集阶段和数据处理阶段；
包括信号检测装置对信号进行检测；
数据采集装置采集信号检测装置的输出信号并将信号输出给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理；
信号检测装置包括：脉冲涡流探头与霍尔传感器；
当脉冲方波激励信号通过脉冲涡流探头线圈时，将在空间建立起交变磁场，在钢丝绳内部形成呈漩涡状流动的涡电流，钢丝绳涡电流形成钢丝绳的磁场；
霍尔传感器接收钢丝绳的变化的磁场，霍尔元件将变化的磁场信号转化成电压信号输出；
数据采集装置采集霍尔传感器输出的电压信号后传送给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理、判断、存储、显示，对钢丝绳缺陷的定量和定性检测。
一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测方法，包括如下步骤：
第一步：设定钢丝绳长度和直径，检测设备上电并自检；
第二步：传感器检测信号通过数据采集卡采集入计算机；
第三步：对检测信号进行滤波处理，并得到本次采集的信号峰值，将检测信号的峰值与设定的缺陷阈值进行比较；如果本次检测信号小于设定的阈值，表明此处钢丝绳无缺陷，只需将本次检测值进行存储，并记录编码器反馈值；如果本次检测信号大于设定阈值，表明此处钢丝绳有缺陷，则通过编码器反馈值计算本次检测在整个钢丝绳中所处的位置，将计算结果(缺陷位置)显示在上位机上，并报警以提醒操作人员钢丝绳在此处有缺陷，实现钢丝绳检测的定性分析；
第四步：判断钢丝绳是否检测完毕，如果没有检测完毕则重复第二、三、四步；
第五步：如果钢丝绳检测完毕，将存储的所有检测数据进行运算，视为样本矩阵；
第六步：由该样本矩阵计算其协方差矩阵的特征值和特征向量；
第七步：根据协方差矩阵的特征值和特征向量，求得系数矩阵；
第八步：结合主成分分析法，反演钢丝绳缺陷的大小；将缺陷大小显示在上位机上，实现钢丝绳缺陷的定量分析；
第九步：本次钢丝绳检测结束。
本发明相对现有技术的有益效果：
本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，结合脉冲涡流检测原理和方法，实现功率大体积小的钢丝绳无损检测装置；检测装置中支撑导轮和检测探头可随钢丝绳直径大小进行自适应调整，适应不同型号钢丝绳的检测，检测速度快，检测精度高，提高检测准确性，确保安全生产。
附图说明
图1是本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的剖面结构示意图；
图2是本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的支撑架、脉冲涡流探头和霍尔传感器位置关系示意图；
图3是本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的支撑架和钢丝绳位置关系示意图；
图4是本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的背部带一字调节孔的涡流探头结构示意图；
图5是涡流探头和霍尔传感器沿钢丝绳方向的固定位置示意图；
图6是本发明钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的信号采集框图；
图7是检测信号分析判断过程流程图。
附图中主要部件符号说明：
1、固定支架
2、支撑导轮自调整弹簧
3、支撑导轮
4、后导轮支架总成
5、被测钢丝绳
6、前脉冲涡流探头支撑架
7、前霍尔传感器支撑架
8、后霍尔传感器支撑架
9、前导轮支架总成
10、后脉冲涡流探头支撑架。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：
附图1-7可知，一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，
包括固定支架1，固定支架1内设置导向孔和定位孔；
导向孔和定位孔分别由两组构成，沿固定支架轴向设置；
导向孔内设置有导轮支架总成；
定位孔内设置有检测装置；
所述导轮支架总成包括前导轮支架总成9和后导轮支架总成4；
前导轮支架总成9和后导轮支架总成4分别包括四个导轮支架，导轮支架前端设置有支撑导轮3，支撑导轮3前端与钢丝绳相接触；
导轮支架3后端设置有圆形凸台；
圆形凸台外侧套装有支撑导轮调整弹簧2；
导向孔为盲孔时，支撑导轮调整弹簧与导向孔底部相接触；检测不同直径的钢丝绳时，导轮支架在导向孔内沿径向滑动；达到自动适应不同钢丝绳的目的。
导向孔为通孔时，通孔的外端设置有密封螺钉或螺栓；支撑导轮调整弹簧与密封螺钉或螺栓前端相接触；通过调整密封螺钉或螺栓深入导向孔的长度；提高导轮支架在导向孔内的滑动距离，能够检测更粗或更细钢丝绳，提高检测装置的适用范围。
检测装置包括前检测装置和后检测装置；
前检测装置设置在前导轮支架总成9外侧；
后检测装置设置在后导轮支架总成4外侧；
前检测装置和后检测装置分别包括：脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架；
前检测装置包括：前脉冲涡流探头支撑架6和前霍尔传感器支撑架7；
后检测装置包括：后脉冲涡流探头支撑架10和后霍尔传感器支撑架8；
脉冲涡流探头设置在脉冲涡流探头支撑架前端；
霍尔传感器设置在霍尔传感器支撑架前端。
所述定位孔为螺纹通孔；脉冲涡流探头支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架与定位孔为螺纹连接。
所述支撑导轮沿圆周均匀设置，相邻支撑导轮在圆周方向呈90度设置。
所述脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架后端设置有调整孔。
所述调整孔为十字型或一子型。
所述脉冲涡流探头与霍尔传感器成180度分布于钢丝绳两侧。
所述前导轮支架和后导轮支架之间的距离为：800毫米。
所述前检测装置与前导轮支架距离为：100毫米；后检测装置与后导轮支架距离为：100毫米。
一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测方法，
包括如下步骤：信号检测阶段、数据采集阶段和数据处理阶段；
包括信号检测装置对信号进行检测；
数据采集装置采集信号检测装置的输出信号并将信号输出给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理；
信号检测装置包括：脉冲涡流探头与霍尔传感器；
当脉冲方波激励信号通过脉冲涡流探头线圈时，将在空间建立起交变磁场，在钢丝绳内部形成呈漩涡状流动的涡电流，钢丝绳涡电流形成钢丝绳的磁场；
霍尔传感器接收钢丝绳的变化的磁场，霍尔元件将变化的磁场信号转化成电压信号输出；
数据采集装置采集霍尔传感器输出的电压信号后传送给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理、判断、存储、显示，对钢丝绳缺陷的定量和定性检测，信号处理流程如图7所示。
一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测方法，如图7流程示意图。
该流程开始于步骤s701。
在后步骤s702，设定钢丝绳长度和直径，检测设备上电并自检。
在步骤s703，传感器检测信号通过数据采集卡采集入计算机；具体的采集过程如图6所示。
在步骤s704，对检测信号进行滤波处理，并得到本次采集的信号峰值，将检测信号的峰值与设定的缺陷阈值进行比较；如果本次检测信号小于设定的阈值，表明此处钢丝绳无缺陷，执行步骤s707；如果本次检测信号大于设定阈值，表明此处钢丝绳有缺陷，执行步骤s705。
在步骤s705，标记编码器反馈值。
在步骤s706，编码器反馈值计算本次检测在整个钢丝绳中所处的位置，将计算结果(缺陷位置)显示在上位机上。
在步骤s707，将本次检测值进行存储，并记录编码器反馈值，并报警以提醒操作人员钢丝绳在此处有缺陷，实现钢丝绳检测的定性分析。
在步骤s708，判断钢丝绳是否检测完毕，如果没有检测完毕，则执行步骤s703。
在步骤s709，将存储的所有检测数据进行运算，视为样本矩阵。
在步骤s710，由该样本矩阵计算其协方差矩阵的特征值和特征向量。
在步骤s711，根据协方差矩阵的特征值和特征向量，求得系数矩阵。
在步骤s712，利用主成分分析法，反演钢丝绳缺陷的大小。
在步骤s713，将缺陷大小显示在上位机上，实现钢丝绳缺陷的定量分析。
在步骤s714，本次钢丝绳检测结束。
当钢丝绳出现断丝、外径变化以及内部腐蚀和磨损等缺陷时，其磁导率、电导率和位置等特征参数将会随之而发生变化，该变化的空间磁场将导致检测元件(霍尔元件)输出的检测电压发生变化，该变化的电压是有霍尔元件将变化的磁场信号转化成的电压信号，该微弱的电压信号经过适当滤波放大，达到与数据采集卡匹配的电压信号，通过数据采集卡采集后送入计算机进行处理、判断、存储、显示和对外部电机的控制，实现钢丝绳缺陷的定量和定性检测。
在信号检测阶段，脉冲发生器产生放大的脉冲信号通过涡流探头在被测钢丝绳中产生涡流场，该涡流场的电磁信号被霍尔传感器检测，霍尔传感器将检测到的电磁信号转化为电压信号；
由于采用的霍尔传感器输出的电压较小，所以通过信号的滤波放大处理后，以适应数据采集卡的输入范围，使得采样信号的信噪比尽可能的提高；
计算机根据采集到的信号对钢丝绳断丝缺陷的类型进行定性的判断，并提取钢丝绳缺陷的特征量进行统计分析。
分析结果通过图像直观的在计算机显示器上显示出来，并将缺陷类型和钢丝绳编号进行存储，以便于后续的统计。同时可根据具体情况实现到位停机，以便于钢丝绳的更换和维修。
脉冲信号发生器包括脉冲信号调理元件、电压放大模块、功率输出模块和电源四部分组成，脉冲信号发生器模块以MAX038为核心而设计，电压放大模块由运放OPA843担任，功率输出级由BUF634P担任，这是一种高速缓冲器IC，具有2000v/μs的转换速率；电源电路模块，采用电源变压器将22OV交流变换为18Vx2的交流，经桥式全波整流后，再由三端集成稳压器LM7812和LM7912变成稳定的士12V直流电压，士12V的电压再经稳压器LM78L05和LM79L05进一步稳压后，变成士5V的直流电压供给MAXO38。
信号隔离放大电路分为四个模块：输入模块、一级放大模块、二级放大模块、输出模块。采用电容耦合方式，为避免过大的干扰信号进入，使第一级放大饱和，采用RC无源滤波网络，干扰信号和有用信号的频率相差甚远，对干扰有相当的抑制能力。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。
Claims (10)
1.一种钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于，
包括固定支架，固定支架内设置导向孔和定位孔；
导向孔和定位孔分别由两组构成，沿固定支架轴向设置；
导向孔内设置有导轮支架总成；
定位孔内设置有检测装置；
所述导轮支架总成包括前导轮支架总成和后导轮支架总成；
前导轮支架总成和后导轮支架总成分别包括四个导轮支架，导轮支架前端设置有支撑导轮，支撑导轮前端与钢丝绳相接触；
导轮支架后端设置有圆形凸台；
圆形凸台外侧套装有支撑导轮调整弹簧；
导向孔为盲孔时，支撑导轮调整弹簧与导向孔底部相接触；检测不同直径的钢丝绳时，导轮支架在导向孔内沿径向滑动；
导向孔为通孔时，通孔的外端设置有密封螺钉或螺栓；支撑导轮调整弹簧与密封螺钉或螺栓前端相接触；
检测装置包括前检测装置和后检测装置；
前检测装置设置在前导轮支架总成外侧；
后检测装置设置在后导轮支架总成外侧；
前检测装置和后检测装置分别包括：脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架；
脉冲涡流探头设置在脉冲涡流探头支撑架前端；
霍尔传感器设置在霍尔传感器支撑架前端。
2.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述定位孔为螺纹通孔；脉冲涡流探头支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架外圆周面设置有外螺纹；霍尔传感器支撑架与定位孔为螺纹连接。
3.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述支撑导轮沿圆周均匀设置，相邻支撑导轮在圆周方向呈90度设置。
4.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述脉冲涡流探头支撑架和霍尔传感器支撑架后端设置有调整孔。
5.根据权利要求4所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述调整孔为十字型或一子型。
6.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述脉冲涡流探头与霍尔传感器成180度分布于钢丝绳两侧。
7.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述前导轮支架和后导轮支架之间的距离为：800毫米。
8.根据权利要求1所述钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置，其特征在于：所述前检测装置与前导轮支架距离为：100毫米；后检测装置与后导轮支架距离为：100毫米。
9.一种使用在根据权利要求1-8其中任意一项所述的钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的检测方法，
包括如下步骤：信号检测阶段、数据采集阶段和数据处理阶段；
包括信号检测装置对信号进行检测；
数据采集装置采集信号检测装置的输出信号并将信号输出给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理；
其特征在于，
信号检测装置包括：脉冲涡流探头与霍尔传感器；
当脉冲方波激励信号通过脉冲涡流探头线圈时，将在空间建立起交变磁场，在钢丝绳内部形成呈漩涡状流动的涡电流，钢丝绳涡电流形成钢丝绳的磁场；
霍尔传感器接收钢丝绳的变化的磁场，霍尔元件将变化的磁场信号转化成电压信号输出；
数据采集装置采集霍尔传感器输出的电压信号后传送给数据处理装置；
数据处理装置对输入的信号进行处理、判断、存储、显示，对钢丝绳缺陷的定量和定性检测。
10.一种使用在根据权利要求1-8其中任意一项所述的钢丝绳脉冲电涡流无损探伤检测装置的检测方法，其特征在于包括如下步骤：
第一步：设定钢丝绳长度和直径，检测设备上电并自检；
第二步：传感器检测信号通过数据采集卡采集入计算机；
第三步：对检测信号进行滤波处理，并得到本次采集的信号峰值，将检测信号的峰值与设定的缺陷阈值进行比较；如果本次检测信号小于设定的阈值，表明此处钢丝绳无缺陷，只需将本次检测值进行存储，并记录编码器反馈值；如果本次检测信号大于设定阈值，表明此处钢丝绳有缺陷，则通过编码器反馈值计算本次检测在整个钢丝绳中所处的位置，将计算结果显示在上位机上，并报警以提醒操作人员钢丝绳在此处有缺陷，实现钢丝绳检测的定性分析；
第四步：判断钢丝绳是否检测完毕，如果没有检测完毕则重复第二、三、四步；
第五步：如果钢丝绳检测完毕，将存储的所有检测数据进行运算，视为样本矩阵；
第六步：由该样本矩阵计算其协方差矩阵的特征值和特征向量；
第七步：根据协方差矩阵的特征值和特征向量，求得系数矩阵；
第八步：结合主成分分析法，反演钢丝绳缺陷的大小；将缺陷大小显示在上位机上，实现钢丝绳缺陷的定量分析；
第九步：本次钢丝绳检测结束。
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