CN109342547A - 一种基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器及检测方法，包括一个外壳，在所述的外壳内部设有励磁机构和检测机构；在所述的外壳的两端安装有磁极端盖；所述的磁极端盖内部设有通孔；励磁机构包括励磁线圈和外层尼龙衬套，所述的励磁线圈缠绕在外层尼龙衬套上，所述的外层尼龙衬套安装在外壳内圈；所述的励磁线圈通电时产生磁场；检测机构包括检测线圈和内层尼龙衬套，所述的检测线圈缠绕在内层尼龙衬套上，所述的内层尼龙衬套设置在外层尼龙衬套内圈；所述的检测线圈与信号预处理电路相连。

Description

一种基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器及检测方法

技术领域

本发明涉及一种钢丝绳剩余强度检测装置，具体涉及一种基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器及检测方法。

背景技术

作为煤炭、石油、冶金等众多领域中得到广泛使用的钢丝绳，其服役时状态的安全性具有重要意义，直接关系到生产状况的正常进行和人员生命的安全保障。随着钢丝绳服役时间的推移，不可避免地会产生磨损、锈蚀甚至断丝等疲劳损伤，因此，必须实时有效地检测钢丝绳服役过程中的剩余强度，才能保证钢丝绳无事故地安全运行。

电磁检测法是目前检测钢丝绳剩余强度广泛使用的方法，基于此方法市场上出现了很多同类检测器。在励磁源的选择方面，目前多数检测器使用永磁体进行励磁，永磁体虽安装方便但不具有通用性，不能够根据钢丝绳的型号改变励磁强度使钢丝绳恰好磁饱和，而且永磁体励磁行程较短，均匀性差，导致钢丝绳中的磁感应强度的不稳定，严重影响了检测信号的准确性。永磁体使检测器始终处于强磁性状态，导致检测器在搬运、安装过程中都要避免与铁磁性材料接触。在磁路结构方面，可分为开路式和闭路式，开路式整体结构简单，仅有励磁线圈和感应线圈，以空气作为磁桥构成闭合磁路，由于空气导磁性能较差，导致磁路闭合效果较差，因此使得钢丝绳励磁效果较差，同时由于空气中会有较多干扰磁场的存在，严重影响了检测信号的信噪比，导致检测结果不准确。

在剩余磁通量检测方面，目前很多检测器都使用了霍尔元件，霍尔元件虽安装方便，但由于霍尔元件的检测范围有限，易发生漏检的情况，从而导致了检测结果不准确。且霍尔元件只能准确检测与其垂直方向上的磁场，因此导致其检测精度有限。

发明内容

本发明主要针对目前钢丝绳剩余强度检测器中普遍存在的检测精度低，检测装置体积过于庞大等问题，采用线圈励磁方式有效解决了励磁行程短、励磁效果不均匀的问题；采用闭路式磁路结构，有效提高了励磁源的励磁效率，同时能够屏蔽检测器周围的干扰信号，提高了信号信噪比。采用线圈检测剩余磁通量，能够准确检测出对应损伤状态下的钢丝绳剩余磁通量，保证检测结果具有很小的误差。

本发明采用的技术方案如下：

基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，主要包括一个外壳，在外壳的内部设有励磁机构、检测机构；在外壳的两端安装有磁极端盖；所述的磁极端盖内部设有供钢丝绳穿过的通孔；

所述的励磁机构主要包括励磁线圈、外层尼龙衬套，所述的励磁线圈缠绕在外层尼龙衬套上，所述的外层尼龙衬套安装在外壳内圈，通电时产生磁场，磁感线通过两端的磁极端盖进入到钢丝绳中；这样励磁线圈作为励磁源，两端的磁极端盖与钢丝绳组成闭合磁回路，实现闭路式励磁功能；

所述的检测机构主要包括检测线圈、内层尼龙衬套，所述的检测线圈缠绕在内层尼龙衬套上，所述的内层尼龙衬套设置在外层尼龙衬套内圈；钢丝绳从内层尼龙衬套中穿过，当钢丝绳中磁通量变化时，检测线圈会产生电流，输出至信号预处理电路。

进一步的，所述的通孔直径与根据检测钢丝绳直径相匹配。

进一步的，所述的磁极端盖为一个圆柱形结构，在其中心位置设有供钢丝绳穿过的通孔；其材料使用导磁性能优良的工业纯铁。

进一步的，所述的内层尼龙衬套和外层尼龙衬套选用不具有导磁性但具有一定韧性的尼龙材料。

进一步的，所述的励磁线圈和检测线圈使用带有绝缘漆包线的铜丝，检测线圈铜丝直径越小，检测效果越佳。

进一步的，所述的外壳采用导磁性能优良的工业纯铁，既可以屏蔽外界干扰信号，又可以吸收磁极散发的磁场，提高了信噪比。

进一步的，所述的励磁线圈与励磁电路通过屏蔽线缆连接；屏蔽线缆与励磁电路之间采用航空插头连接。

进一步的，所述的检测线圈与信号预处理电路之间采用屏蔽线缆连接，屏蔽线缆与信号预处理电路之间采用航空插头连接；电路板的信号输出线使用信号屏蔽电缆。

进一步的，所述的内层尼龙衬套、外层尼龙衬套以及外壳同轴安装。

利用上述装置对钢丝绳剩余强度进行检测的方法如下：

使用时，钢丝绳从一个磁极端盖进入，然后穿过内层尼龙衬套；从另一个磁极端盖穿出；给励磁线圈通电，励磁线圈产生磁场，磁感线通过两端的磁极端盖进入到钢丝绳中，这样励磁线圈作为励磁源，两端的磁极端盖与钢丝绳组成闭合磁回路，实现闭路式励磁功能；当钢丝绳中磁通量变化时，检测线圈会产生电流输出至信号预处理电路；通过信号处理电路对电流的检测，实现对钢丝绳剩余强度的检测。

本发明的有益效果如下：

本发明基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，通过调整励磁线圈的励磁电流就可实现励磁强度的人为控制，可保证钢丝绳励磁强度达到刚好饱和状态。

本发明通过更换两端的磁极端盖来适应不同直径范围钢丝绳的检测，提高了检测的精度和灵敏度。

本发明整体上体积小、自重轻，有效改善了因检测器重量导致的钢丝绳变形，使得检测器输出电压不稳定问题。

本发明采用闭路励磁、线圈检测，有效提高了信噪比、检测结果的准确性。

本发明体积小，易于拆装，方便携带，有益于检测工作的开展

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器正三轴图；

图2基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器剖视图；

图3基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器侧视图。

图中：1磁极端盖，2内层尼龙衬套，3励磁线圈，4检测线圈，5外层尼龙衬套，6外壳。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术所介绍的，电磁检测法是目前检测钢丝绳剩余强度广泛使用的方法，基于此方法市场上出现了很多同类检测器。在励磁源的选择方面，目前多数检测器使用永磁体进行励磁，永磁体虽安装方便但不具有通用性，不能够根据钢丝绳的型号改变励磁强度使钢丝绳恰好磁饱和，而且永磁体励磁行程较短，均匀性差，导致钢丝绳中的磁感应强度的不稳定，严重影响了检测信号的准确性。永磁体使检测器始终处于强磁性状态，导致检测器在搬运、安装过程中都要避免与铁磁性材料接触。采用线圈励磁稳定性高，均匀性好，而且只需改变电流的大小就可以实现对不同直径钢丝绳的励磁，可以根据检测器是否处于工作状态选择线圈是否通电、产生磁场，因此线圈励磁法更具有通用性和实用性

在磁路结构方面，可分为开路式和闭路式，开路式整体结构简单，仅有励磁线圈和感应线圈，以空气作为磁桥构成闭合磁路，由于空气导磁性能较差，导致磁路闭合效果较差，因此使得钢丝绳励磁效果较差，同时由于空气中会有较多干扰磁场的存在，严重影响了检测信号的信噪比，导致检测结果不准确。闭路式则采用磁导率很大的工业纯铁作为磁桥构成闭合磁路，磁路导通效果较好，磁化均匀段的长度和磁化强度都远大于开路式，而且可以起到屏蔽检测器周围干扰信号的作用，提高了检测信号的信噪比，因此闭路时结构性能更加优良。

在剩余磁通量检测方面，目前很多检测器都使用了霍尔元件，霍尔元件虽安装方便，但由于霍尔元件的检测范围有限，易发生漏检的情况，从而导致了检测结果不准确。且霍尔元件只能准确检测与其垂直方向上的磁场，因此导致其检测精度有限。采用线圈法，能够实现钢丝绳剩余磁通的完整检测，且检测灵敏度较高，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其整体外形为一个圆柱形结构，其主要包括一个外壳6，在外壳的内部设有励磁机构、检测机构；在外壳6的两端安装有磁极端盖1；

外壳6为一个圆筒形结构，其两端敞口；

磁极端盖1为一个圆柱形结构，在其中心位置设有供钢丝绳穿过的通孔；其材料使用导磁性能优良的工业纯铁。励磁机构主要包括励磁线圈3、外层尼龙衬套5，外层尼龙衬套5的外圈设有向内凹的凹槽；所述的励磁线圈3缠绕在外层尼龙衬套的凹槽内，所述的外层尼龙衬套安装在外壳内圈，通电时励磁线圈3产生磁场，磁场通过两端的磁极端盖与钢丝绳连接，这样励磁线圈作为励磁源，两端的磁极端盖与钢丝绳组成闭合磁回路，实现闭路式励磁功能；

所述的检测机构主要包括检测线圈4、内层尼龙衬套2，内层尼龙衬套2的外圈设有向内凹的凹槽；所述的检测线圈4缠绕在内层尼龙衬套的凹槽内，所述的内层尼龙衬套设置在外层尼龙衬套内圈；

使用时，钢丝绳从一个磁极端盖进入，然后穿过内层尼龙衬套；从另一个磁极端盖穿出；给励磁线圈通电，励磁线圈产生磁场，磁场通过两端的磁极端盖与钢丝绳连接，这样励磁线圈作为励磁源，两端的磁极端盖与钢丝绳组成闭合磁回路，实现闭路式励磁功能；当钢丝绳中磁通量变化时，检测线圈会产生电流输出至信号预处理电路；通过信号处理电路对电流的检测，实现对钢丝绳剩余强度的检测；

进一步的，所述的磁极端盖安装在检测器两端，磁极端盖内径可根据检测钢丝绳直径进行更换匹配。

进一步的，所述的内层尼龙衬套和外层尼龙衬套选用不具有导磁性但具有一定韧性的尼龙材料。

进一步的，所述的励磁线圈和检测线圈使用带有绝缘漆包线的铜丝，检测线圈铜丝直径越小，检测效果越佳。

进一步的，所述的外壳采用导磁性能优良的工业纯铁，既可以屏蔽外界干扰信号，又可以吸收磁极散发的磁场，提高了信噪比。

进一步的，所述的励磁线圈、检测线圈与电路板之间均采用屏蔽线缆连接，屏蔽线缆与电路板之间采用航空插头连接，这样方便电路的连接，电路板的信号输出线使用信号屏蔽电缆。

进一步优选的，所述的内层尼龙衬套2、外层尼龙衬套5以及外壳6同轴安装。

检测线圈在工作时，要避免带电、带磁以及易导磁器件的靠近。采用外接调压设备供电时，要保证设备供电电压的稳定，以免导致检测信号的不稳定。

本发明的励磁线圈可采用便携式电源或大体积变压电源供电，信号的发出可采用有线也可以根据实际使用情况加入无线发射模块，实现无线传输。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，包括一个外壳，在所述的外壳内部设有励磁机构和检测机构；在所述的外壳的两端安装有磁极端盖；所述的磁极端盖内部设有供钢丝绳穿过的通孔；

所述的励磁机构包括励磁线圈和外层尼龙衬套，所述的励磁线圈缠绕在外层尼龙衬套上，所述的外层尼龙衬套安装在外壳内圈；所述的励磁线圈通电时产生磁场；

所述的检测机构包括检测线圈和内层尼龙衬套，所述的检测线圈缠绕在内层尼龙衬套上，所述的内层尼龙衬套设置在外层尼龙衬套内圈；所述的检测线圈与信号预处理电路相连。

2.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述通孔的直径可根据检测钢丝绳直径进行更换匹配。

3.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的磁极端盖为一个圆柱形结构，在其中心位置设有供钢丝绳穿过的通孔；其材料使用导磁性能优良的工业纯铁。

4.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的内层尼龙衬套和外层尼龙衬套选用不具有导磁性但具有一定韧性的尼龙材料。

5.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的励磁线圈和检测线圈使用带有绝缘漆包线的铜丝。

6.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的外壳采用导磁性能优良的工业纯铁。

7.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的励磁线圈与励磁电路通过屏蔽线缆连接；屏蔽线缆与励磁电路之间采用航空插头连接。

8.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的检测线圈与信号预处理电路之间采用屏蔽线缆连接，屏蔽线缆与信号预处理电路之间采用航空插头连接；电路板的信号输出线使用信号屏蔽电缆。

9.如权利要求1所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器，其特征在于，所述的内层尼龙衬套、外层尼龙衬套以及外壳同轴安装。

10.利用权利要求1-9任一所述的基于励磁效应的钢丝绳剩余强度检测器对钢丝绳剩余强度进行检测的方法，其特征在于，如下：

使用时，钢丝绳从一个磁极端盖进入，然后穿过内层尼龙衬套；从另一个磁极端盖穿出；给励磁线圈通电，励磁线圈产生磁场，磁感线通过两端的磁极端盖进入到钢丝绳中，这样励磁线圈作为励磁源，两端的磁极端盖与钢丝绳组成闭合磁回路，实现闭路式励磁功能；当钢丝绳中磁通量变化时，检测线圈会产生电流输出至信号预处理电路；通过信号处理电路对电流的检测，实现对钢丝绳剩余强度的检测。