CN106124611B - 一种铁磁性材料的损伤检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铁磁性材料的损伤检测装置及方法，所述损伤检测装置包括：弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置、第二永磁体和非导磁性导套，所述弹簧设置于所述微动开关面板的一侧，所述第一永磁体设置于所述微动开关面板远离弹簧的另一侧；所述第一永磁体设置于所述微动开关面板和磁屏蔽装置之间，所述磁屏蔽装置设置于所述第一永磁体和第二永磁体之间，所述非导磁性导套依次穿过所述弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置和第二永磁体；所述磁屏蔽装置中设置有磁检测装置。本发明能够有效减少磁敏元件的数量，降低在铁磁性材料上排布磁敏元件的困难，确保所述损伤检测装置不被损坏，延长使用寿命，提高检测的稳定性和可靠性。

Description

一种铁磁性材料的损伤检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种损伤检测装置，尤其涉及一种铁磁性材料的损伤检测装置，并涉及包括了该铁磁性材料的损伤检测装置的损伤检测方法。

背景技术

铁磁性材料的应用已经越来越广泛，比如用于车库门和电梯门等特种门机的微特绳等，就是一种铁磁性材料制成的小直径的细长磁性绳；在健身器械、汽车、摩托车和自行车工业也广泛使用各种铁磁性材料的小直径钢丝绳。

而微特绳和小直径钢丝绳具有较高的抗拉强度、抗疲劳强度和抗冲击韧性，在高速工作条件下，具备耐磨、抗震和抗腐蚀等特点，能够传递长距离的负载，常用于牵引、拉拽和捆扎等用途。但其在生产和长期使用过程中容易出现断丝、翘丝和翻堵等缺陷，影响生产过程及正常使用，因此有必要在生产过程及使用过程中对产品进行缺陷检测以便及时对缺陷绳子进行处理。

在当前无损检测领域，检测对象大多是针对直径较大的在役钢丝绳和钢管进行损伤检测，采用多传感器排布的方式，系统设计及信号提取均较为复杂，对生产过程中的绳子检测较少，造成一些绳子在出厂时就存在缺陷，给初次使用就带来安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是能够有效减少磁敏元件个数，降低检测难度的铁磁性材料的损伤检测装置，并提供包括了该铁磁性材料的损伤检测装置的损伤检测方法。

对此，本发明提供一种铁磁性材料的损伤检测装置，包括：弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置、第二永磁体和非导磁性导套，所述弹簧设置于所述微动开关面板的一侧，所述第一永磁体设置于所述微动开关面板远离弹簧的另一侧；所述第一永磁体设置于所述微动开关面板和磁屏蔽装置之间，所述磁屏蔽装置设置于所述第一永磁体和第二永磁体之间，所述非导磁性导套依次穿过所述弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置和第二永磁体；其中，所述磁屏蔽装置中设置有用于收集铁磁性材料的漏磁信号的磁检测装置。

本发明的进一步改进在于，所述磁检测装置包括导磁性环和磁敏元件，所述导磁性环上设置有凸起部，所述磁敏元件设置于所述导磁性环的凸起部。

本发明的进一步改进在于，所述非导磁性导套穿过所述导磁性环。

本发明的进一步改进在于，所述磁敏元件为磁敏传感器。

本发明的进一步改进在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路分别与微动开关面板和磁敏元件相连接。

本发明的进一步改进在于，所述信号处理电路包括模拟信号处理模块和数字信号处理模块，所述模拟信号处理模块包括差分放大电路和带通放大电路，所述数字信号处理模块包括A/D转换电路、MCU和指示模块，所述差分放大电路通过带通放大电路连接至A/D转换电路，所述A/D转换电路连接至MCU，所述MCU分别与A/D转换电路、微动开关面板、测试开关和指示模块相连接。

本发明的进一步改进在于，所述非导磁性导套的内径比铁磁性材料的直径大，在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，所述铁磁性材料从非导磁性导套中穿过。

本发明的进一步改进在于，所述弹簧前端的直径大于铁磁性材料的直径，所述弹簧前端的直径小于或等于非导磁性导套的内径，所述弹簧的末端靠近所述微动开关面板上的微动开关。

本发明还提供一种铁磁性材料的损伤检测方法，包括了如上所述的铁磁性材料的损伤检测装置，并包括以下步骤：

步骤S1，打开测试开关，将所述铁磁性材料穿过弹簧进入所述非导磁性导套；

步骤S2，实时检测，直到检测到漏磁信号；

步骤S3，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行，并且保持报警信号；

步骤S4，等待直到恢复正常的工作状态，返回步骤S2继续检测。

本发明的进一步改进在于，所述步骤S2中，检测到漏磁信号后通过指示灯闪烁和/或蜂鸣器报警实现报警；所述步骤S3中，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行并处理漏磁信号后，停止报警信号；在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，若检测到异物通过或断丝信号时，触发中断跳转至步骤S3。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：采用第一永磁体和第二永磁体对铁磁性材料进行励磁，采用高导磁性材料的导磁性环用于收集并均化铁磁性材料的轴向、周向及径向漏磁，而由于铁磁性材料存在缺陷时候的漏磁信号微弱，并且由于其在运行过程中存在抖动，因此，反馈回来的漏磁信号信噪比极低，本发明采用带凸起部的导磁性环起到了收集并提供缺陷漏磁场通路的作用，能够有效减少所述磁敏元件个数，并且检测效果很好，并降低了在铁磁性材料上排布磁敏元件的困难，当有异物或者铁磁性材料翘丝比较大的时候，弹簧触发微动开关停止铁磁性材料构件运行，从而确保所述损伤检测装置不被损坏，延长使用寿命，提高检测的稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明一种实施例的结构示意图；

图2是本发明一种实施例的导磁性环的正面结构示意图；

图3是本发明一种实施例的导磁性环的侧面结构示意图；

图4是本发明一种实施例的导磁性环的检测出铁磁性材料缺陷的漏磁信号的路径示意图；

图5是本发明一种实施例的信号处理电路的原理框图；

图6是本发明一种实施例的信号处理前后得到的缺陷漏磁电压信号对比实验示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1所示，本例提供一种铁磁性材料的损伤检测装置，包括：弹簧1、微动开关面板2、第一永磁体4、磁屏蔽装置10、第二永磁体5和非导磁性导套6，所述弹簧1设置于所述微动开关面板2的一侧，所述第一永磁体4设置于所述微动开关面板2远离弹簧1的另一侧；所述第一永磁体4设置于所述微动开关面板2和磁屏蔽装置10之间，所述磁屏蔽装置10设置于所述第一永磁体4和第二永磁体5之间，所述非导磁性导套6依次穿过所述弹簧1、微动开关面板2、第一永磁体4、磁屏蔽装置10和第二永磁体5；其中，所述磁屏蔽装置10中设置有用于收集铁磁性材料的漏磁信号的磁检测装置。

如图1至图3所示，本例所述磁检测装置包括导磁性环7和磁敏元件8，所述导磁性环7上设置有凸起部9，所述磁敏元件8设置于所述导磁性环7的凸起部9；所述非导磁性导套6穿过所述导磁性环7；所述磁敏元件8优选为磁敏传感器。

本例所述铁磁性材料包括铁磁性材料制成的微特绳、钢丝绳、钢管以及小直径钢丝绳等；所述导磁性环7为采用高导磁性材料而制成的异型环，用于收集并均化所述微特绳等铁磁性材料的轴向、周向及径向漏磁，并为其提供指定漏磁场通路，所述异性环指的是在导磁性环7的环上设置有凸起部9，如图2和图3所示；所述非导磁性导套6为非导磁性材料制成的导套。

如图1所示，本例将磁敏元件8的磁敏传感器置于异型环的凸起部9处，用于检测通过该导磁性环7中收集并经过的漏磁，其原理如图4所示，本例将导磁性环7和磁敏元件8置于磁屏蔽装置10中，屏蔽外界磁场对缺陷检测的干扰。根据漏磁场分布，本例的信号处理电路采用硬件电路与软件相结合的方式，如图5所示，从极低信噪比的漏磁信号中提取出有用缺陷信号，从而给出缺陷提醒报警。本例还设计了微特绳等铁磁性材料的运行和停止控制电路，以下简称启停控制电路，当有异物或较大翘丝通过时，微特绳等铁磁性材料停止运行，方便保护所述损伤检测装置，并可以对缺陷进行及时的处理，因此本例可以适用于粉尘、污垢和油污等恶劣环境，本例结构简单，成本低廉，能直观反映出微特绳等铁磁性材料的断丝、翻堵和翘丝等缺陷。

如图5所示，本例还包括信号处理电路，所述信号处理电路分别与微动开关面板2和磁敏元件8相连接；所述信号处理电路包括模拟信号处理模块和数字信号处理模块，所述模拟信号处理模块包括差分放大电路和带通放大电路，所述数字信号处理模块包括A/D转换电路、MCU和指示模块，所述差分放大电路通过带通放大电路连接至A/D转换电路，所述A/D转换电路连接至MCU，所述MCU分别与A/D转换电路、微动开关面板2、测试开关和指示模块相连接。

本例采用差分放大电路消除磁敏元件8测得的直流分量，同时增加信号能量；根据异型环中收集的缺陷信号表现形式，本例还包括带通放大电路，能够进一步消除信号中的直流信号，并滤除高频噪声信号以及钢丝绳等铁磁性材料运行时的低频抖动信号；由于钢丝绳等铁磁性材料的运行速度不同，缺陷的漏磁信号频率表现不同，通过仿真采用合适的A/D转换电路的采样频率，所述信号滤波电路对采样信号进行数字滤波，主要用于滤除信号中带有的其他噪声信号，进一步提高缺陷信号的信噪比，MCU根据处理后的信号做出缺陷提醒报警。

在仿真实验中，本例通过在微特绳上制作5处不同缺陷，信号处理前后得到的缺陷漏磁电压信号如图6所示，因此，可以看出，通过信号处理电路的信号处理之后，缺陷的漏磁信号的信噪比得到了明显提高，更加利于缺陷判别。

本例在检测的过程中，微特绳等铁磁性材料从非导磁性导套6中穿过，并且第一永磁体4、第二永磁体5、导磁性环7、磁屏蔽装置10和微动开关面板2通过非导磁性导套6相连，非导磁性导套6的内径比被检测的微特绳等铁磁性材料的直径稍大，在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，所述铁磁性材料从非导磁性导套6中穿过；非导磁性导套6的壁厚尽量小以减小励磁磁体与微特绳的距离；磁敏元件8置于异型环的凸起部9处以进行缺陷漏磁信号的检测；所述弹簧1前端的直径大于铁磁性材料的直径，所述弹簧1前端的直径小于或等于非导磁性导套6的内径，所述弹簧1的末端靠近所述微动开关面板2上的微动开关3；本例将导磁性环7（异型环）及磁敏元件8置于磁屏蔽装置10中，屏蔽检测环境中的磁干扰。

进一步的，针对所述铁磁性材料缺陷的漏磁信号幅值比较小，本例采用了差分放大电路，其目的在于提高信号能量，放大倍数以不使放大器输出饱和为上限；带通放大电路的设置有低频截止频率和高频截止频率，所述低频截止频率主要滤除绳子运行时低频抖动信号，所述高频截止频率主要滤除其他高频噪声；所述差分放大电路和带通放大电路的放大倍数以A/D转换电路的采集范围为上限。

本例采用第一永磁体4和第二永磁体5对铁磁性材料进行励磁，采用高导磁性材料的导磁性环7用于收集并均化铁磁性材料的轴向、周向及径向漏磁，而由于铁磁性材料存在缺陷时候的漏磁信号微弱，并且由于其在运行过程中存在抖动，因此，反馈回来的漏磁信号信噪比极低，本例采用带凸起部9的导磁性环7起到了收集并提供缺陷漏磁场通路的作用，能够有效减少磁敏元件8个数，并且检测效果很好。

本例还提供一种铁磁性材料的损伤检测方法，包括了如上所述的铁磁性材料的损伤检测装置，并包括以下步骤：

步骤S1，打开测试开关，将所述铁磁性材料穿过弹簧1进入所述非导磁性导套6；

步骤S2，实时检测，直到检测到漏磁信号；

步骤S3，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行，并且保持报警信号；

步骤S4，等待直到恢复正常的工作状态，返回步骤S2继续检测。

本例所述步骤S2中，检测到漏磁信号后通过指示灯闪烁和/或蜂鸣器报警实现报警；所述步骤S3中，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行并处理漏磁信号后，停止报警信号；在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，若检测到异物通过或断丝信号时，触发中断跳转至步骤S3。

更为具体的，所述铁磁性材料的损伤检测方法可以包括如下步骤：

步骤1，将测试开关掷于Test状态，将微特绳等铁磁性材料穿过弹簧1并进入非导磁性导套6；

步骤2，在Test状态下运行微特绳等铁磁性材料，检测到缺陷时，通过指示模块的指示灯闪烁或蜂鸣器实现报警；

步骤3，将测试开关掷于正常状态，检测到缺陷时，MCU控制继电器动作，使微特绳等铁磁性材料停止运行，并且指示灯一直亮或蜂鸣器一直报警；

步骤4，微特绳等铁磁性材料停止运行后，将测试开关掷于Test状态，指示灯熄灭或者蜂鸣器停止报警，处理缺陷；

步骤5，测试开关掷于正常状态，继续检测；

步骤6，当有异物或者较大断丝通过时，触发继电器动作回到步骤3实现中断。

本例采用高导磁材料制成的导磁性环7（异型环）进行缺陷漏磁收集，有效减少了所需磁敏感传感器的个数及在铁磁性材料上排布磁敏感传感器的困难；通过模拟信号处理模块提高了缺陷的漏磁信号的幅值，并滤除了铁磁性材料运行时抖动噪声信号及高频信号，可降低A/D采样频率；经过数字信号处理模块进一步提高了缺陷的漏磁信号信噪比，MCU识别出缺陷的漏磁信号并作出报警，方便处理缺陷；当有异物及较大断丝通过时，给出报警信号并使铁磁性材料停止运行，确保所述损伤检测装置不被损坏，延长其使用寿命，提高检测的稳定性和可靠性。

通过以上几点不仅能检测出铁磁性材料的缺陷，给出报警提醒，也很方便工作人员及时处理缺陷，不仅适用于检测生产中的铁磁性材料，也适用于检测在役的微特绳以及钢丝绳等铁磁性材料。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，包括：弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置、第二永磁体和非导磁性导套，所述弹簧设置于所述微动开关面板的一侧，所述第一永磁体设置于所述微动开关面板远离弹簧的另一侧；所述第一永磁体设置于所述微动开关面板和磁屏蔽装置之间，所述磁屏蔽装置设置于所述第一永磁体和第二永磁体之间，所述非导磁性导套依次穿过所述弹簧、微动开关面板、第一永磁体、磁屏蔽装置和第二永磁体；其中，所述磁屏蔽装置中设置有用于收集铁磁性材料的漏磁信号的磁检测装置；

所述磁检测装置包括导磁性环和磁敏元件，所述导磁性环上设置有凸起部，所述导磁性环为采用高导磁性材料而制成具有凸起部的异型环，所述磁敏元件设置于所述导磁性环的凸起部，用于检测通过所述导磁性环中收集并经过的漏磁；所述非导磁性导套穿过所述导磁性环；所述非导磁性导套的内径比被检测的铁磁性材料的直径大。

2.根据权利要求1所述的铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，所述磁敏元件为磁敏传感器。

3.根据权利要求1或2所述的铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，还包括信号处理电路，所述信号处理电路分别与微动开关面板和磁敏元件相连接。

4.根据权利要求3所述的铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括模拟信号处理模块和数字信号处理模块，所述模拟信号处理模块包括差分放大电路和带通放大电路，所述数字信号处理模块包括A/D转换电路、MCU和指示模块，所述差分放大电路通过带通放大电路连接至A/D转换电路，所述A/D转换电路连接至MCU，所述MCU分别与A/D转换电路、微动开关面板、测试开关和指示模块相连接。

5.根据权利要求1或2所述的铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，所述非导磁性导套的内径比铁磁性材料的直径大，在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，所述铁磁性材料从非导磁性导套中穿过。

6.根据权利要求1或2所述的铁磁性材料的损伤检测装置，其特征在于，所述弹簧前端的直径大于铁磁性材料的直径，所述弹簧前端的直径小于或等于非导磁性导套的内径，所述弹簧的末端靠近所述微动开关面板上的微动开关。

7.一种铁磁性材料的损伤检测方法，其特征在于，包括了如权利要求1至6任意一项所述的铁磁性材料的损伤检测装置，并包括以下步骤：

步骤S1，打开测试开关，将所述铁磁性材料穿过弹簧进入所述非导磁性导套；

步骤S2，实时检测，直到检测到漏磁信号；

步骤S3，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行，并且保持报警信号；

步骤S4，等待直到恢复正常的工作状态，返回步骤S2继续检测。

8.根据权利要求7所述的铁磁性材料的损伤检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，检测到漏磁信号后通过指示灯闪烁和/或蜂鸣器报警实现报警；所述步骤S3中，通过MCU停止所述损伤检测装置的运行并处理漏磁信号后，停止报警信号；在所述铁磁性材料的损伤检测过程中，若检测到异物通过或断丝信号时，触发中断跳转至步骤S3。