CN111855794A - 一种钢丝绳探伤系统及其探伤方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种钢丝绳探伤系统，包括壳体、GMI磁传感器、屏蔽层、轴角编码器、数据终端以及服务器；其中，所述壳体具有用于通过钢丝绳的通孔，所述GMI磁传感器正面设置有探头，所述屏蔽层设置在GMI传感器探头的背面。本申请还提供一种使用如所述的钢丝绳探伤系统的探伤方法，其步骤为：所述数据终端通过轴角编码器获得钢丝绳上检测点的位置信息、通过GMI磁传感器获得检测点的磁场信息，同时记录检测点磁场信息时的时间信息；将检测点的位置信息与对应的磁场信息mi组帧形成测量数据帧；将测量数据帧归一化形成比对数据帧，将比对数据帧与服务器中储存的损伤模板进行比对，通过比对结果判断损伤情况。本申请提高了钢丝绳探伤效率和安全性。
Description
技术领域
本申请涉及钢丝绳探伤领域，尤其是指一种基于金属磁记忆探伤原理、使用GMI磁传感器检测钢丝绳损伤的系统和方法。
背景技术
现有技术中，钢缆是起重、运输、提升及承载等重大装备与重要设施中的主要组件，被广泛应用于矿山、冶金、建筑、水利、旅游、港口码头、交通运输、航空航天、石油钻探、军事工业等国民经济各个领域。钢缆一般由钢丝、股绳、衬芯等元件所组成，当钢缆在受到拉伸、弯曲和扭转时，每根钢丝、每股扭绳以及衬芯各自和相互之间要产生滑动摩擦，特别是钢缆经过滑轮受力弯曲时，钢丝之间的摩擦更为严重，同时，钢缆在卷筒和滑轮的槽沟中也会产生较大的摩擦，钢丝表面会逐渐被磨损，甚至有可能从圆形磨损成半圆形，磨损后的钢丝更加容易折断。其中，钢缆在使用过程中，其缺陷主要表现为以下三方面:
1)断丝:是钢丝绳使用寿命末期的常见现象，由弯曲疲劳和磨损引起。
2)变形:常常是机械损伤的结果，如果严重，会极大影响钢丝绳强度。
3)锈蚀:由于缺乏润滑而被腐蚀，是比磨损更为严重的伤害，而且锈蚀常常发生在内部，不易发现。
而在具体应用中，当每一捻距中的断丝根数超过一定数量时，出于安全性考虑，钢缆就不能再使用，如果没有及时发现钢丝断丝情况，可能会出现安全隐患问题。长期以来，由于复杂的结构、恶劣的使用环境和损伤的不可修复性，钢丝绳的使用和管理始终是各企业设备管理的难点，甚至是“盲点”。钢丝绳也成为企业安全生产的重大隐患，多年来事故不断。
根据目前查询的技术文献和专利资料，在钢丝绳探伤方面，采用的方法主要有以下二种：
a)使用励磁线圈和磁感应线圈组合而成的漏磁探伤装置；
b)使用励磁线圈和霍尔元件组合而成的漏磁探伤装置。
a)和b)方法均使用励磁线圈产生磁场，检测时使用磁感应线圈或者霍尔传感器，其中，线圈是最早出现的磁传感器之一，其工作原理是法拉第电磁感应定律，当穿过线圈回路的磁通量发生变化时，回路中会产生感应电压，需要注意的是，线圈的感应电压只与磁通变化率有关，而与磁通量本身的大小无关，因此，如不采用其它的装置(如使得线圈旋转的装置)，线圈无法测量磁场的绝对值大小。同样的原因使得线圈作为传感器再漏磁检测中使用，检测速度的大小会直接影响线圈的输出，给检测带来不利的影响，另外，其体积较大。霍尔传感器则频响带宽较窄、功耗较大，且其灵敏度较低，一般在1～5mV/G，只适宜于漏磁大的测量场合。因此，线圈和霍尔传感器均存在灵敏度低、测量精度差的缺点，并且这种类型的产品势必体积大、重量轻，安装、使用和维修不方便。
而其它的比如采用摄像头、超声波探伤的方法，在电梯、起重机的具体应用场景在基本原理上都是不可行的。
发明内容
为解决上述问题，本申请一种钢丝绳探伤系统，包括壳体、GMI磁传感器、屏蔽层轴角编码器、数据终端以及服务器；
其中，所述壳体具有用于通过钢丝绳的通孔，所述GMI磁传感器设置在所述通孔的外壁上；
所述GMI磁传感器正面设置有探头，所述探头包括用于获取磁场信息的非晶丝和线圈，所述GMI磁传感器的正面朝向钢丝绳；
所述屏蔽层设置在GMI传感器探头的背面；
所述轴角编码器的轴心与所述钢丝绳的传动装置固定连接，所述轴角编码器能够获得钢丝绳上检测点的位置信息；所述数据终端与GMI磁传感器和轴角编码器电性连接，所述数据终端能够获得检测点的位置信息和磁场信息；
所述数据终端与服务器通讯连接，所述数据终端向服务器发送钢丝绳上检测点的位置信息和磁场信息并存储在服务器中；
所述服务器还存储有损伤模板。
其中，优选的，所述钢丝绳探伤系统的壳体由外向内依次包括外壳、垫层和内芯，所述钢丝绳的通孔设置在内芯的内部；所述垫层固定在外壳与内芯之间。
其中，优选的，所述屏蔽层为坡莫合金制作的双层聚磁屏蔽层，所述双层聚磁屏蔽层包括外屏蔽层和内屏蔽层,所述GMI磁传感器设置在内、外屏蔽层之间；所述GMI磁传感器的的探头朝向钢丝绳，所述内屏蔽层在GMI磁传感器的位置开槽，使GMI磁传感器探头能够检测到钢丝绳。
其中，优选的，所述GMI磁传感器设置有多个，所述GMI磁传感器均匀分布在通孔外壁的圆周上。
本申请还提供一种使用如权利要求1所述的钢丝绳探伤系统的探伤方法，其步骤为：
S10,所述数据终端通过轴角编码器获得钢丝绳上检测点i的位置信息si、通过GMI磁传感器获得检测点的磁场信息mi，同时记录检测点磁场信息时的时间信息ti，并将上述获取的信息发送并存储在服务器中；
S11,将i检测点的位置信息si与对应的磁场信息mi组帧形成测量数据帧Pi；
S12，将测量数据帧Pi归一化处理形成与损伤模板相同量级的比对数据帧Pi′，将比对数据帧Pi′与服务器中储存的损伤模板进行比对，通过比对结果判断损伤情况。
其中，优选的，在S11中，所述检测点在△t时间内的磁场信息为△t时间内该检测点所有检测到的磁场信息的平均值。
其中，优选的，步骤S10中，损伤模板包括断丝波形W0和损伤特征变量断丝特征变量L0。
其中，优选的，所述断丝特征变量包括最大值、最小值、平均值、标准偏差、半宽度、平面积分、小波变换参数。
其中，优选的，在步骤S12中，还包括步骤S121：以检测点的位置信息为横坐标，比对数据帧Pi′中磁场信息为纵坐标形成整个钢丝绳的比对波形W1，将断丝波形W0在比对波形W1上从前向后滑动，依次求解误差积分，当误差积分小于第一阈值Q1时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前损伤模板相同或类似的缺陷。
其中，优选的，在步骤S12中，还包括步骤122，以检测点的位置信息为横坐标，比对数据帧Pi′中的磁场信息为纵坐标形成整个钢丝绳的比对波形W1，获取比对波形W1的特征变量L1，将断丝特征变量L0在比对波形W1上从前向后滑动，将L0与L1依次求加权平均差异值，当加权平均差异值小于第二阈值Q2时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前损伤模板相同或类似的缺陷。
本申请实现的有益效果如下：
金属磁记忆方法与X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、漏磁等方法相比较，具有以下优点：
1)不需要专门的磁化装置；
2)不需要对表面进行清洁处理；
3)不需要采用耦合技术；
4)可快速、准确检测出应力集中部位；
5)即可检测出现有缺陷，亦可根据内应力变化预测未来将会发生的缺陷。
本发明是以GMI磁传感器为基础，采用磁记忆探伤方法，结合激光投影测量方法，对钢丝绳断丝、变形和锈蚀三大缺陷进行识别和诊断，其最大的特点是采用完全被动式测量方式，相较其它类型的磁传感器，具有精度高、响应速度快、功耗低、体积小等诸多优点，即使对于4米/秒的高速电梯，亦可实现50点/mm的采样率，从而对测量极其微小的缺陷、保证和提高鉴别缺陷类型及其等级的准确率创造了条件，其在实际使用过程中将为电梯、起重机和悬索安全提供最基本的保障，同时也减轻了相关维护、维修人员的工作量，降低了相关维护、维修工作的盲目性，将大幅提高相关行业安全管理水平。
本发明以磁记忆方法为核心，在使性能大幅提升的基础上，简化了结构、降低了成本。
本申请为GMI磁传感器设计了一种独特形状的、使用坡莫合金为材料的聚磁屏蔽体，能够有效地降低无用磁幅射的影响，提高被测表面漏磁信号的灵敏度和信噪比，同时，产品机壳及其零部件还避免了使用价格昂贵的无磁材料，降低了成本；
在结构上采用标准化、模块化设计，按功能和规格要求，将整个产品划分为三大模块：壳体、限位环和GMI磁传感器，其中，只需更换限位环即可适应绝大多数规格的电梯、起重机专用钢丝绳，若同时更换GMI磁传感器和限位环则可适应所有规格的电梯、起重机专用钢丝绳，并为产品的规模工业化生产创造了条件；
在测量数据的采集、传输和处理上完全遵循互联网、物联网和云服务理念，将前端简化为一个感知元件，将所有与知识、技术、经验相关的数据处理工作交予后台完成，实现系统24小时不间断无人值守运行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请钢丝绳探伤系统壳体立体结构图。
图2为本申请钢丝绳探伤系统壳体的俯视图。
图3为本申请钢丝绳探伤系统壳体的正面图。
图4为本申请钢丝绳探伤系统壳体的左视图。
图5为图4沿A-A的剖面图。
图6A-图6D为本申请壳体外壳的正面、侧面和立体图。
图7A-图7C为本申请垫层的正面、侧面和立体图。
图8A-图8C为本申请内芯的正面、侧面和立体图。
图9A和9B为铁磁物质完好时和受损时磁力线显示图。
图10为本申请钢丝绳探伤系统屏蔽层的一个实施例。
图11为本申请钢丝绳探伤系统的GMI磁传感器探头的结构图。
图12为本申请钢丝绳探伤系统的损伤模板的波形图。
图13为本申请钢丝绳探伤系统使用摄像头拍摄的图像判断钢丝绳变形损伤时原理图。
图14为本申请钢丝绳探伤系统使用摄像头拍摄的图像判断钢丝绳锈蚀损伤时原理图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为解决钢丝绳精确探伤的问题，本申请提供一种钢丝绳探伤系统，所述钢丝绳探伤系统包括壳体1、GMI磁传感器2、数据终端3、屏蔽层4、轴角编码器以及服务器；
图1-图5为本申请钢丝绳探伤系统的壳体的结构图，在本实施例中，所述钢丝绳探伤系统的壳体1由外向内依次包括外壳11、垫层12和内芯13，所述外壳11上设置有数据终端3和外壳线孔112；所述垫层12设置在外壳11和内芯13之间，所述内芯中间设置有用于放置钢丝绳的钢丝绳通孔133；
本实施例中，所述外壳11是通过两个相同的半外壳构件相互固定形成的，如图6A-6D为一个半外壳构件的结构示意图，所述外壳11上设置有放置数据终端3的终端槽111，以及外壳线孔112，本实施例中，所述半外壳构件的横截面为直角三角形，也就是说，外壳11是由两个直角三角壳体固定形成的方形壳体，其中，所述终端槽111和外壳线孔112设置在一个直角三角壳体的两个互相垂直的面上；
所述垫层12设置在外壳11和内芯13之间，本实施例中，所述垫层12是通过两个半垫层构件相互固定组成，如图7A-图7C所示，为一个半垫层构件的结构图，所述垫层12的两端分别设置有与内芯13固定连接的内固定件122，在设置在两端的内固定件之间设置有垫层线孔123，所述垫层线孔123的位置与外壳11的外壳线孔112相对应；
所述内芯13是通过两个半内芯构件固定组成，如图8A-8C为一个半内芯构件的结构示意图，所述内芯13的中心设置有用于通过钢丝绳的钢丝绳通孔133，其中，所述内芯13上设置有放置GMI磁传感器2的传感器槽131，所述传感器槽131设置有数个，均匀分布在内芯13上，使GMI磁传感器2能够均匀的分布在钢丝绳通孔的圆周上，并且所述GMI磁传感器尽量贴近钢丝绳，使GMI磁传感器探头与钢丝绳的距离距离不大于3cm；所述内芯13的内侧设有沿钢丝绳方向的防滑槽1331，所述防滑槽1331均匀设置在钢丝绳通孔133的圆周上。
所述内芯13设置有内芯固定件132，所述内芯固定件132与垫层的内固定件122相互固定。
通过上述设置，将所述GMI磁传感器以围绕钢丝绳的方向均匀设置在内芯上，所述GMI磁传感器的数据线通过垫层线孔123和外壳线孔112引出，与数据终端3和轴角编码器电性连接。
，在实际应用中，只需更换内芯即可适应绝大多数规格的电梯、起重机专用钢丝绳，若同时更换GMI磁传感器和限位环则可适应所有规格的电梯、起重机专用钢丝绳，并为产品的规模工业化生产创造了条件。
其中，所述GMI磁传感器的数量与GMI磁传感器的灵敏度、被测钢丝绳的直径和测量过程中提离距离的影响大小有关，一般来讲，钢丝绳最大直径不超过40mm,GMI磁传感器测量钢丝绳时，与钢丝绳之间的距离不大于30mm，因此，本实施例中选用4个GMI磁传感器作为最优选择，而在具体实施中，可以根据情况不同的需要任意调整GMI磁传感器的数量，考虑到成本和精准度的选择，优选在4-10个。
本申请中所述的GMI磁传感器2为使用巨磁阻抗效应的传感器，所述GMI磁传感器是应用于磁记忆探伤技术，磁记忆探伤技术隶属无损探伤领域，磁记忆探伤是X射线、超声波、磁粉、涡流、γ射线、渗透(荧光、着色)、磁记忆、漏磁等诸多物理探伤方法中的一类，是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法；
其中，所谓金属磁记忆效应是指：铁磁性金属材料在加工和运行时，由于受载荷和地磁场共同作用，在应力和变形集中区域会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集巾的位置，即所谓的磁记忆效应。
进一步地说，也就是当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时，在应力集中区域会产生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，从而使该部位铁磁金属的导磁率最小，在金属表面形成漏磁场。
该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改变符号并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留记忆下来。
金属磁记忆原理如图9A和9B所示，图9A为金属无损伤状态的磁场强度状态，图9B为金属受损后的磁场强度状态，也就是说，当我们对一根全新的、无缺陷的钢缆进行测试时，看到在整个长度方向上其磁场强度完全是均匀分布的，没有明显的凸起和凹陷。而当我们选择任一位置将钢缆的一个或多根钢丝剪断或拉断，从理论上来讲，其断丝处由于磁阻增大将产生漏磁场，其输出在其对应位置将会有明显的凸起和凹陷，其中，其凸起和凹陷的高度、宽度也与断丝数紧密相关。
因此，基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，可以对构件的应力集中程度以及是否存在微观缺陷进行评价。能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效和损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。
应用于上述原理，本申请中使用的检测磁场的设备为GMI磁传感器2，所述GMI磁传感器基于巨磁阻抗效应的传感器，所述GMI磁传感器的正面设置有探头，所述GMI磁传感器探头的结构如图11所示，所述探头包括非晶丝21和线圈22，用于获取磁场强度；；
由于传感器在磁力线方向的检测灵敏度最高，所以本申请设置传感器时，使所述非晶丝和线圈的方向与钢丝绳磁场的磁力线的方向平行，本申请中GMI传感器获取磁场强度采用单轴系统，只测单方向的磁场强度，也就是我们通过GMI传感器最终获得的是磁力线横向方向上磁场强度；
由于GMI磁传感器为检测弱磁场传感器，其检测范围与现有技术中的其他传感器(如霍尔传感器)不同，GMI磁传感器的检测范围为0-65000nT，主要检测弱磁场，尤其是铁磁物质的地磁场，因此该传感器检测时不需要给待检测的铁磁物质通电激发生成磁场。
GMI磁传感器主要用来检测钢丝绳本身的地磁场，但由于钢丝绳所处的环境，其周围的铁磁设备可能会使钢丝绳的磁场增强，而超过GMI磁传感器的测量范围，因此，如图5所示，本实施例中使用屏蔽层4，设置在GMI磁传感器的探头的背面，用于屏蔽磁场；
为了更加优化屏蔽方案，我们还可以设置如图10所示的坡莫合金制作的双层圆柱形聚磁屏蔽层，双层圆柱形聚磁屏蔽层包括外屏蔽层41和内屏蔽层42,所述GMI磁传感器2设置在内、外屏蔽层之间，在内外屏蔽层之间灌胶固定；所述GMI磁传感器的的探头朝向钢丝绳，所述内屏蔽层42在GMI磁传感器的位置开槽，使GMI磁传感器探头能够检测到钢丝绳；所述屏蔽层用于屏蔽GMI磁传感器周围的磁场。
所述轴角编码器与钢丝绳的传动装置或者电机连接，用于获取钢丝绳的位移信息，通过位移信息在钢丝绳设置检测点；其中具体步骤为，钢丝绳的传动装置带动轴角编码器的轴心转动，所述轴角编码器的轴心转动一圈则会发出固定数量的脉冲，根据脉冲信号能够获得钢丝绳与钢丝绳探伤系统的相对移动距离，从而记录钢丝绳上检测点的位置信息，为了具体限位钢丝绳上检测点的范围，钢丝绳探伤系统内还设置有用于限位的碰撞开关，例如设定电梯1楼到15楼之间的范围作为该钢丝绳的检测范围，则在电梯1楼和15楼的位置上设置碰撞开关，在该范围内的钢丝绳上，相邻每隔1mm设置一个检测点；
设置检测该条钢丝绳的该探伤系统的编号为n，设置钢丝绳的初始检测位置点为s0，之后每隔1mm都设置一个检测点，能够得到轴角编码器在i检测点获取的位置信息si；通过GMI磁传感器测量i点的磁场强度，能够得到i检测点的磁场强度mi；同时，记录检测i点磁场强度时的时间ti；
上述信息通过数据终端上传至系统的服务器中；
在所述数据库中存储有断丝损伤模板；
所述断丝损伤模板包括断丝波形W0和断丝特征变量L0；
所述断丝损伤模板的数据是根据我们对钢丝绳断丝情况的实验得出的，例如，根据我们多次的断丝实验，能够得到如图12所示的损伤波形模板：
如图12所示，所述损伤模板中存储有断丝根数不同而显示出的不同波形，通过波形也可以直观的看到，钢丝绳断丝数量与其漏磁大小相关，其表现最显著的特征是波形幅度和宽度的改变。
我们将经过大量断丝实验测试中得到的断丝点的波形设置为断丝损伤模板中的断丝波形W0；将断丝波形中的最大值、最小值、平均值、标准偏差、半宽度、平面积分、小波变换参数设置为断丝损伤模板的特征变量L0。
当需要获取某段时间△t内i点的检测情况时，将△t时间内i点的磁场强度的平均值作为i点的磁场强度mi，比如要得到7月份的检测情况时，取7月份内i点所有的检测到的磁场强度的平均值。
将i点的位置信息si与对应的磁场信息mi组帧形成测量数据帧Pi，采用滑动窗口平均法进行低通滤波，消除由于GMI磁传感器及其机械结构振动带来的噪声的影响，然后进行归一化处理以便消除GMI磁传感器灵敏度不一致带来的测量误差，得到归一化后的比对数据帧Pi′。
以所有检测点的位置为横坐标、比对数据帧中的磁场信息为纵坐标形成整条钢丝绳的比对波形W1，将断丝波形W0在比对波形W1上从前向后滑动，同时依次求解误差积分，当某个检测点误差积分小于第一阈值Q1时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前断丝损伤模板相同或类似的缺陷；其中，在比对时，要以与比对波形W1同等的宽度进行依次比对。如图12所示的断丝损伤模板中，A、B波形为断丝损伤模板中断1根丝的断丝波形，C、D波形则分别为断2根丝、断3根丝的断丝波形；
以A波形为例，排除背景波形后，可以看到损伤处的断丝波形处于横坐标的80-120mm之间，可知其宽度为40，在进行比对时，也要由比对波形W1的初始点开始，以40的宽度为一个对比单位从前往后进行依次对比，比如首先对比0-40之间的波形，再对比1-41之间的波形，以此类推。
在另一种实施例中，也可以获取比对波形W1的特征变量L1，将断丝特征变量L0在比对波形W1上从前向后滑动，将L0与L1依次求加权平均差异值，当加权平均差异值小于第二阈值Q2时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前损伤模板相同或类似的缺陷；
上述两种实施方式中，断丝波形比对和断丝特征变量的比对也可以结合同时使用，以提高检测效率和准确率。
在另一种实施方式中，为了更快的过滤信息，我们也可以通过设置比对波形的过滤阈值Q3的方式，先将比对波形中大于Q3(Q3大于背景波形磁场强度的最大值，小于断丝波形的磁场强度的最小值)的数据筛选出来，再通过上述方法中的断丝波形比对断丝特征变量比对的方式、或者两者结合的方式来进行判断。
在其他一些实施方式中，本申请还可以获得损伤趋势的变化以及做出预测性的指导，具体实施方式为：
获取两个时间点的比对波形，将两个比对波形进行减法运算，获取其做减后的变化量波形W2，然后再通过上述方法中比对断丝波形或者比对特征向量的方法来判定在这两个时间点之间是否出现新的、与当前选取的断丝损伤模板相同或类似的缺陷；
也可以将两个时间点的比对数据帧进行差分，然后再通过上述实施例中，采取断丝损伤模板中的断丝波形或者特征向量进行比对的方法来判定在这两个时间点之间是否出现新的、与当前选取的断丝损伤模板相同或类似的缺陷；
其计算公式如下所示：
误差累加值
其中：n为断丝损伤模板磁场强度数组的长度
V为待比对钢丝绳磁场强度数组
D为断丝损伤模板磁场强度数组。
另外，钢丝绳的损伤除了断丝以外，还有形变和锈蚀的损伤可能性，而形变或锈蚀时，可能并没有产生断丝，因此还可以通过在系统中增加摄像头和激光的方式，来同时检测是否有形变和锈蚀的损伤；
具体实施方法为：
钢丝绳发生形变时：形变损伤可以直接通过钢丝绳直径的变化进行观察，在检测时，可以打开半导体激光线光源，使用摄像头5对钢丝绳横截面拍照，获得图像，采用光学投影测量原理，在摄像头抓拍的图像中，将会有一条明亮的线条M＇，其代表钢丝绳的直径，通过图像处理获取线条M＇的长度值d＇，即可得到该点实际的钢丝绳直径d，从而判定钢丝绳是否发生形变及其形变的大小，原理示意图如图13所示；
钢丝绳发生锈蚀时：由于锈蚀会使得钢丝绳表面粗糙度不同，使用摄像头抓拍钢丝绳表面图像时，图像区域表面的亮度会有变化，计算图像上像素亮度的平均值和标准差，通过亮度的变化可诊断钢丝绳的锈蚀情况，具体示意图如图14显示，摄像头5对钢丝绳上N区域进行拍摄，得到图像上对应的N＇区域的亮度，根据亮度的变化可得到钢缆的锈蚀情况。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种钢丝绳探伤系统，包括壳体、GMI磁传感器、屏蔽层、轴角编码器、数据终端以及服务器；
其中，所述壳体具有用于通过钢丝绳的通孔，所述GMI磁传感器设置在所述通孔的外壁上；
所述GMI磁传感器正面设置有探头，所述探头包括用于获取磁场信息的由非晶丝、线圈和信号处理电路组成的GMI磁传感器，所述GMI磁传感器的正面朝向钢丝绳；
所述屏蔽层设置在GMI传感器探头的背面；
所述轴角编码器的轴心与所述钢丝绳的传动装置固定连接，所述轴角编码器能够获得钢丝绳上检测点的位置信息；所述数据终端与GMI磁传感器和轴角编码器电性连接，所述数据终端能够获得检测点的位置信息和磁场信息；
所述数据终端与服务器通讯连接，所述数据终端向服务器发送钢丝绳上检测点的位置信息和磁场信息并存储在服务器中；
所述服务器还存储有损伤模板。
2.如权利要求1所述的钢丝绳探伤系统，其中，所述钢丝绳探伤系统的壳体由外向内依次包括外壳、垫层和内芯，所述钢丝绳的通孔设置在内芯的内部；所述垫层固定在外壳与内芯之间。
3.如权利要求1所述的钢丝绳探伤系统，其中，所述屏蔽层为坡莫合金制作的双层聚磁屏蔽层，所述双层聚磁屏蔽层包括外屏蔽层和内屏蔽层,所述GMI磁传感器设置在内、外屏蔽层之间；所述GMI磁传感器的的探头朝向钢丝绳，所述内屏蔽层在GMI磁传感器的位置开槽，使GMI磁传感器探头能够检测到钢丝绳。
4.如权利要求1所述的钢丝绳探伤系统，其中，所述GMI磁传感器设置有多个，所述GMI磁传感器均匀分布在通孔外壁的圆周上。
5.一种使用如权利要求1所述的钢丝绳探伤系统的探伤方法，其步骤为：
S10,所述数据终端通过轴角编码器获得钢丝绳上检测点i的位置信息si、通过GMI磁传感器获得检测点的磁场信息mi，同时记录检测点磁场信息时的时间信息ti，并将上述获取的信息发送并存储在服务器中；
S11,将i检测点的位置信息si与对应的磁场信息mi组帧形成测量数据帧Pi；
S12，将测量数据帧Pi归一化处理形成与损伤模板相同量级的比对数据帧Pi′，将比对数据帧Pi′与服务器中储存的损伤模板进行比对，通过比对结果判断损伤情况。
6.一种如权利要求5所述的探伤方法，其中，在S11中，所述检测点在△t时间内的磁场信息为△t时间内该检测点所有检测到的磁场信息的平均值。
7.一种使用如权利要求5所述的探伤方法，其中，步骤S10中，损伤模板包括断丝波形W0和损伤特征变量断丝特征变量L0。
8.一种使用如权利要求7所述的探伤方法，其中，所述断丝特征变量包括最大值、最小值、平均值、标准偏差、半宽度、平面积分、小波变换参数。
9.一种使用如权利要求7所述的探伤方法，其中，在步骤S12中，还包括步骤S121：以检测点的位置信息为横坐标，比对数据帧Pi′中磁场信息为纵坐标形成整个钢丝绳的比对波形W1，将断丝波形W0在比对波形W1上从前向后滑动，依次求解误差积分，当误差积分小于第一阈值Q1时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前损伤模板相同或类似的缺陷。
10.一种使用如权利要求8所述的探伤方法，其中，在步骤S12中，还包括步骤122，以检测点的位置信息为横坐标，比对数据帧Pi′中的磁场信息为纵坐标形成整个钢丝绳的比对波形W1，获取比对波形W1的特征变量L1，将断丝特征变量L0在比对波形W1上从前向后滑动，将L0与L1依次求加权平均差异值，当加权平均差异值小于第二阈值Q2时，判定钢丝绳在该检测点位置存在与当前损伤模板相同或类似的缺陷。
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|---|---|---|---|
| CN202010713524.0A CN111855794A (zh) | 2020-07-22 | 2020-07-22 | 一种钢丝绳探伤系统及其探伤方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113607803A (zh) * | 2021-08-03 | 2021-11-05 | 天津城建大学 | 一种模拟桥梁绳索镀锌钢丝的损伤检测试验方法 |
| CN114660257A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-24 | 江阴兴澄特种钢铁有限公司 | 一种钢丝绳的探伤检测装置 |
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2020
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| PB01 | Publication | ||
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Application publication date: 20201030 |