CN109060938A - 钢丝绳磁通缺陷检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，结构包括：信号智能处理模块、电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块；其特征在于：所述电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块依次进行连接；而电源模块、差分放大输出模块分别连接于数据智能处理模块两侧形成闭合回路，同时数据智能处理模块与信号预处理模块进行连接。本传感器是采用两组感应线圈同时进行检测，使得测量的伤损信号进行翻倍，探测钢丝绳内外受损信号的信噪比提高；采用的是两个半圆形线圈组成的一个整圆感应线圈，在实际安装过程中更具有现场的可操作性，安装更加简单方便。
Description
技术领域
本发明属于传感器技术领域，具体是一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器。
背景技术
目前,随着现在工业和服务业的迅速发展,钢丝绳的应用领域(例如:矿山、索道、起重设备、电梯、港口机械、缆索桥等各领域)也在不断扩展,但这也使得钢丝绳的安全隐患也越来越突显。因此对钢丝绳的探伤要求也越发严苛。目前，国内针对钢丝绳缺陷采用的磁性检测手段主要为漏磁探伤：其中洛阳TCK和TST采用的是弱磁检测；而上海且华和华中理工大学所提供的钢丝绳探伤传感器，采用的是强磁检测。但这些厂家采用的检测方式在不同程度的上都存在着一些缺陷：第一，磁化钢丝绳的均匀性存在问题，会导致测量出现偏差；第二，运行钢丝绳存在一定程度的抖动，会造成探伤传感器的探测结果出现不同程度的误差；第三，钢丝绳相同损伤情况下，如内部断丝，漏磁较小，而外部断丝，漏磁较大，这些因素导致该类探伤传感器对钢丝绳损伤量化更为困难。
发明内容
针对上述情况，本发明的目的是提供一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，实现对钢丝绳内外部的缺陷以及测量钢丝绳的直径变化的准确测量，针对钢丝绳绳头都是被固定死的测量现场环境，有效消除钢丝绳自身抖动对测量结果的影响。
为了实现上述目，本发明所采用的技术方案是：提供一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，其主要结构包括：信号智能处理模块、电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块；其中电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块依次进行连接；而电源模块、差分放大输出模块分别连接于数据智能处理模块两侧形成闭合回路，同时数据智能处理模块与信号预处理模块进行连接。
所述激励线圈，包括由四个半圆形线圈组成的两组激励线圈，可产生两个大小相等方向相反的磁场。
所述感应线圈由四个半圆形线圈组成，当钢丝绳的缺陷经过感应线圈时，感应线圈产生感应电流。
所述信号预处理模块，用于在感应线圈的末端连接上取样电阻，实现对感应模块中的电流进行提取。
所述加法器用于将四组半圆形感应线圈提取的信号，通过加法器进行相加求和可以有效的屏蔽掉信号中抖动干扰。
所述差分放大输出模块用于将两组求和后信号进行相减并放大输出，这样可以滤除信号中的共模干扰，同时将有用信号进行比例放大。
所述信号智能处理模块的作用：将钢丝绳的缺陷信号进行显示分析、计算、整理、存储、生成报告等操作。
当分别在激励线圈上施加直流电源，使得在钢丝绳的测量区域内形成两个大小相等、方向相反的磁场，而在两组激励线圈中间同样由四个半圆形线圈组成两组感应线圈，且每一个半圆形感应线圈的两个末端与取样电阻的两端进行连接,通过测量取样电阻将线圈的感应电流转换为电压信号进行测量；然后将感应线圈的两个半圆感应线圈产生的电动势先进行求和，最后将感应线圈的两组电动势通过差分放大进行输出。这种方式将线圈的感应电流经取样电阻转换为电压信号，进行测量；当钢丝绳出现自身抖动时，感应线圈的两个半圆感应线圈钢丝绳中的磁通量抽取出来，转换成电动势之和是不变的，而钢丝绳出现损伤时，感应线圈的两个半圆感应线圈将钢丝绳中的磁通量抽取出来，转换成电动势之和是变化的，其变化量与钢丝绳的缺陷大小成正比。
综上所述，通过该方式测量钢丝绳缺陷可以有效的屏蔽掉钢丝绳自身抖动造成的偏差；而且探伤信号通过差分放大，又可以屏蔽掉外界共模信号对其的影响。同时由于两个感应线圈之间的间隔距离是固定的，而缺陷信号经过两感应线圈的时间是由单片机实时记录的，这样既可以计算出钢丝绳的损伤经过传感器时的速度，就可以通过波形大小及速度通过查询上位机存储的损伤数据库准确得到钢丝绳的损伤大小，实现钢丝绳损伤程度量化。
当分别在两组激励线圈上施加交流电源，使得在钢丝绳的测量区域内形成两个大小相等方向相反磁场，而感应线圈的两个半圆感应线将圈钢丝绳中的磁通量抽取出来，转换成的电动势之和是稳定的交流电，而钢丝绳的粗细代表着感应线圈内铁芯大小变化，从而影响感应线圈的感应电动势的大小，通过检测其交流电的大小，就可以通过查表（通过不同直径钢丝绳的实验数据整理得到）得到被测钢丝绳的直径。
本传感器采用的是两个半圆形线圈组成的一个整圆感应线圈，在大部分钢丝绳测量现场环境中，钢丝绳绳头都是被固定死的，如果是整圆线圈是无法穿过被测量钢丝绳的。
本发明的有益效果是：本传感器是采用两组感应线圈同时进行检测，使得测量的伤损信号进行翻倍，探测钢丝绳内外受损信号的信噪比提高；本传感器采用的是两个半圆形线圈组成的一个整圆感应线圈，在实际安装过程中更具有现场的可操作性，安装更加简单方便；由于本传感器只将钢丝绳内部总磁通变化转化成的感应电动势变化（安培定则）进行实时监测，与其自身的抖动是没有关系的，因此本传感器能够有效的屏蔽掉钢丝绳自身抖动对测量结果的影响，提高了监测钢丝绳损伤的准确性。而且通过交流探测实现钢丝绳直径的自动识别。
附图说明
图1是钢丝绳磁通缺陷检测传感器方框图；
图2是半圆形感应线圈示意图；
图3是感应线圈加法器连接电路示意图；
图4钢丝绳探伤传感器内部原理示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，其结构包括：数据智能处理模块、电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块；其中，激励线圈包括由四个半圆形线圈组成的两组激励线圈，可产生两个大小相等方向相反的磁场；感应线圈由四个半圆形线圈组成，当钢丝绳的缺陷经过感应线圈时，感应线圈产生感应电流。
如图 2所示，在每一个半圆形感应线圈的两个末端与取样电阻的两端进行连接,通过测量取样电阻将线圈的感应电流转换为电压信号进行测量。
如图3所示，本传感器采用的是两个半圆形线圈组成的一个整圆感应线圈，在大部分钢丝绳测量现场环境中，钢丝绳绳头都是被固定死的，如果是整圆线圈是无法穿过钢丝绳的，两个半圆形线圈经过两个取样电阻将线圈的感应电流转换成电压信号,再将两组电压信号转入加法器电路。
如图4所示，在激励线圈A和激励线圈B之间的中心位置对称放置两组感应线圈C和感应线圈D，按照图中所示，同时在每一个半圆形感应线圈的两个末端与取样电阻的两端进行连接，将线圈的感应电流经取样电阻转换为电压信号进行检测。
当分别在激励线圈上施加直流电源，使得在钢丝绳的测量区域内形成两个大小相等方向相反的恒定磁场。当钢丝绳的损伤从线圈A到线圈B方向运动时，损伤到达线圈A时，激励线圈A在钢丝绳中产生的磁通量就会减小，使得从线圈A 到线圈B之间的钢丝绳内部的磁通量分布发生变化，感应线圈C处的钢丝绳内部磁力线会减小，这样就相当于感应线圈C进行切割磁力线，在感应线圈C上产生了感应电动势。就会从0电位变为负电位，当损伤达到左侧激励线圈A和线圈B的四分之一处时，感应线圈C上的感应电动势达到负电位的峰值，当损伤到达激励线圈A和线圈B的中心处时，感应线圈C处的感生电动势重新恢复到0电位，当损伤达到右侧激励线圈A和线圈B的四分之一处时，感应线圈C上的感应电动势达到正电位的峰值，当损伤通过激励线圈B后，感应线圈C上的感应电动势重新恢复到0电位。在整个测量过程中，感应线圈D产生的感应电动势的电位与感应线圈C上感应电动势的电位正好相反。综上所述，通过比较其波形大小反应出钢丝绳的损伤大小。
本发明科技含量高，技术领先，工作稳定可靠，实用范围广，使得测量灵敏度、精确性有很大提高，更容易且准确的发现钢丝绳的损毁状况，在工艺上，采用最新和最先进的元器件、模块化结构，使传感器稳定可靠，易维护，最大限度考虑应用场所的复杂环境，排除现场干扰、达到稳定工作。
Claims (3)
1.一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，结构包括：信号智能处理模块、电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块；其特征在于：所述电源模块、激励线圈驱动模块、激励线圈、感应线圈、信号预处理模块、加法器及差分放大输出模块依次进行连接；而电源模块、差分放大输出模块分别连接于数据智能处理模块两侧形成闭合回路，同时数据智能处理模块与信号预处理模块进行连接；
所述激励线圈，包括由四个半圆形线圈组成的两组激励线圈；
所述感应线圈由四个半圆形线圈组成，钢丝绳的缺陷经过感应线圈时，感应线圈产生感应电流；
所述信号预处理模块，在感应线圈的末端连接上取样电阻，对感应模块中的电流进行提取；
所述加法器提取四组半圆形感应线圈的信号，进行相加求和；
所述差分放大输出模块，将两组求和后信号进行相减并放大输出，滤除信号中的共模干扰；
所述信号智能处理模块分析、计算、整理、存储钢丝绳的缺陷信号，并显示生成报告。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，其特征在于：所述激励线圈产生两个大小相等方向相反的磁场。
3.根据权利要求1所述的一种钢丝绳磁通缺陷检测传感器，其特征在于：所述感应线圈中每一个半圆形感应线圈的两个末端与取样电阻的两端进行连接。
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