CN2033122U - 电磁无损探伤传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型主要适用于各种牵引、提升及承载钢丝绳局部损伤状态的无损探伤。本装置所采用的传感器主要由带有探头滑槽的传感器支座、随动定心探头及两者之间的柔性联接环节组成，利用该传感器可以获得多通道输出的稳定一致的被检零件局部缺陷无损探伤信号。探伤信号受探伤过程随机因素影响小，定量分辨力高。本实用新型所采用的传感器对规格不同的被检零件有较大范围的通用性。

Description

本实用新型属于测量技术领域。

本发明特别适用于矿业、冶金、建筑、旅游和运输等行业中各种牵引、提升钢丝绳及架空索道承载钢丝绳损伤状态的无损探伤，同时还可推广应用于其他棒状和管状导磁零件缺陷状态的无损探伤。

钢丝绳状态的无损探伤技术在工业生产中具有十分重要的意义。据加拿大对8000多个钢丝绳实验室及现场测试记录的统计分析结果表明〔Wire    J·V·18，No·9，1985〕：目前使用中的钢丝绳大约10％强度损耗超过15％，其中2％以上强度损耗超过正常强度的30％；而大约70％被更换下来的钢丝绳却仅有很小甚至没有强度损耗，换句话说，目前钢丝绳的使用过程中，一方面潜伏着因强度损耗而使钢丝绳破坏的危险，另一方面存在着因不合理更换而造成的钢丝绳巨大浪费。采用无损探伤技术是解决上述问题的基本途径之一。

钢丝绳状态的无损探伤原理多种多样，主要分为〔Draht，V·30，NO·6，1979〕：光学检测、声学检测、机械检测、电磁检测、X－射线和γ－射线检测、声发射检测、超声检测、电流检测。但上述方法中，除电磁检测法外，其他方法或不适用，或尚未走出实验室。因此，目前最合理的检查方法是电磁无损探伤技术。电磁无损探伤技术又分为两种形式：（1）测定主磁力线方法（LMA）。该方法通过磁化一固定钢丝绳段并测定其主磁通而确知钢丝绳断面变化。（2）测定漏磁方法（LF）。该方法通过使一定长度的钢丝绳磁化饱和并测定损伤部位漏磁场变化而确知钢丝绳局部损伤状况。本实用新型主要是为提高钢丝绳局部损伤定量探伤精度而进行的，因此采用测定漏磁的电磁无损探伤方法。

国外目前比较典型的钢丝绳探伤仪中，加拿大的磁图式探伤仪，〔U·S·Patent，No·4096437〕的传感器采用了LF方法，并利用霍尔元件作为探伤元件，霍尔元件检测到的漏磁信号经迭加后作为局部损伤信号单通道输出。英国的LMA系列探伤仪〔Wire    J·V·18，NO·9，1985〕的传感器也采用了LF方法，并利用感应线圈作为探伤元件，感应线圈检测到的漏磁信号也作为局部损伤信号单通道输出。上述两种传感器的主要缺点是：（1）对钢丝绳局部损伤的轴向定量分辨力较低，前者仅为20in（约508mm），后者为2in（约50.8mm），并且不能分辨钢丝绳同一断面不同位置的局部损伤。（2）由于传感器内环采用固定结构，不可调整内环直径，因此一种规格的传感器只能应用于尺寸变化很小的一组规格不同的钢丝绳，而且钢丝绳规格不同时，探伤信号强度将发生变化，不利于探伤信号的进一步处理；当钢丝绳尺寸规格变化稍大时，还必须相应地更换传感器规格，因而使用不便。国内现有的钢丝绳探伤仪中，煤炭部科学研究院抚顺研究所与华中工学院机一系研制的钢丝绳断丝定量检测仪〔钢丝绳断丝定量检测仪研究报告，抚顺煤研所、华中工学院机一系，1987·4〕的传感器在提高钢丝绳局部断丝定量分辨力方面有了较大进步，该传感器采用LF方法，利用多片霍尔元件作为探伤元件，每片探伤元件检测到的漏磁信号作为局部断丝信号通过独立的多通道输出，因而使其对钢丝绳局部断丝的轴向定量分辨力达到20mm，并能分辨钢丝绳同一断面不同位置的局部断丝。这种传感器的主要缺点是：（1）由于传感器内环采用固定结构，不能自动调整内环直径，必须保证内环直径大于被检测钢丝绳的最大直径，因此，对于直径有微小变化的钢丝绳，其探伤信号的强度也会随之变化，同时，由于传感器与被检钢丝绳的不同心，将使各探伤元件检测到的漏磁信号强度不一致，此外，钢丝绳的径向晃动、振动，也会使各探伤元件检测到的漏磁信号引入不同的噪声。（2）由于传感器内环采用固定结构，不可调整内环直径，因此，一种规格的传感器只能应用于尺寸变化很小的一组规格不同的纲丝绳，当钢丝绳尺寸规格变化稍大时，必须相应地更换传感器规格，因而使用不便。总而言之，现有传感器在进行钢丝绳局部损伤过程中，存在两方面问题：一是探伤信号不便于进一步的处理而获得较高且较稳定的定量探伤精度，尤其是因为探伤信号受很多因素影响，信号强度不稳定一致，不便于利用计算机对探伤信号进行定量分析，二是通用性较差，对于不同规格的钢丝绳，必须配备一系列规格不同、数量较多的探伤传感器，不便于工业应用。

本实用新型的目的就是为了解决现有钢丝绳探伤传感器所存在的上述问题。

本实用新型的主要组成部分是：一个带有多个探头滑槽的传感器支座、多个随动定心探头以及将随动定心探头装配于探头滑槽的柔性联接环节，上述部分组成传感器主体。该传感器能够实现随动定心工作方式并能调整所需探伤规格。其要点如下：

参见附图1，被永久磁铁（1）磁化饱和的钢丝绳（2）在探伤过程中穿过装配于探伤仪支座（3）上的探伤传感器（4），如果钢丝绳上存在局部缺陷或损伤（5），则在其附近将产生一扩散磁场（6），探伤传感器（4）的探伤元件（7）将检测到这一扩散漏磁（6）的信号变化，通过对该信号的后续处理即可得知钢丝绳局部缺陷或损伤（5）的状态。如（图2），探伤传感器（4）主要由传感器支座（10）、多个随动定心探头（9）以及传感器支座（10）与随动定心探头（9）之间的柔性联接环节（8）组成。在柔性联接环节（8）的作用下，随动定心探头（9）的内环（11）始终贴紧被检钢丝绳表面（12），这就保证了探伤元件（7）与被检钢丝绳表面（12）保持合理的恒定间隙，根据结构相似性，各随动定心探头（9）均应保持其探伤元件（7）与被检钢丝绳表面（12）具有相等的恒定间隙，这样就保证了各探伤元件（7）所获得的探伤信号强度均匀一致。当被检钢丝绳（2）直径在探伤过程中有一定渐变时，随动定心探头（9）在柔性联接环节（8）的作用下，可沿钢丝绳（2）径向滑动，从而自动调整柔性联接环节（8）使随动定心探头（9）处于合理位置，因而各探伤元件（7）仍与被检钢丝绳表面（12）具有相等的恒定间隙，其所获得的探伤信号强度不变，而且抑制了由上述原因引入的噪声。多个随动定心探头（9）柔性联接于传感器支座（10）上，并沿被检钢丝绳（2）截面对称均匀分布，保证了各方向上随动定心探头（9）均能实现偏心校正、间隙自动补偿，随动定心探头（9）的数目及每一个随动定心探头（9）装贴的探伤元件（7）的数目应由所采用探伤元件的总数合理确定。如图3，为了使探伤元件（7）能够对局部漏磁（6）的变化比较敏感，传感器（4）选用磁敏元件（主要为霍尔元件及磁敏二极管）作为传感器（4）的探伤元件（7），为了提高探伤定量分辨力，使相邻缺陷（5、5a）的局部扩散磁场（6、6a）间的相互干扰影响减小，所选用的磁敏元件结构尺寸应限制在较小范围内，结构尺寸较小的单片磁敏元件探伤范围有限，为了避免对钢丝绳缺陷及损伤的漏检，需采用多片磁敏元件组合探伤并保证其探伤范围完全覆盖被检钢丝绳（2）被检截面，磁敏元件是作为扫描探伤元件（7）使用的，如果单片探伤元件（7）的扫描域为θ内阴影范围，则n片探伤元件最少应使nθ≥360°。每一探伤元件（7）的探伤信号均通过独立的通道输出进入后续信号处理和记录，这样，由于每一通道信号反应着被检钢丝绳（2）周向一部分区域的局部缺陷和损伤状态，综合所有通道探伤信号的结果，可以分辨被检钢丝绳（2）周向不同位置的缺陷及损伤状态。如（图4），探伤传感器支座（10）通过联接螺钉（13）与联接环（14）装配成传感器整体（4），传感器（4）再通过联接螺钉（15）装配到探伤仪装配到座（16）上，传感器（4）与探伤仪装配支座（16）均为上下剖分式结构，目的是为了在探伤前将被检钢丝绳（2）装入探伤传感器（4）中。如（图5），剖分面为（18a、18b）的探伤传感器支座（10）带有多个滑槽（17），滑槽（17）沿传感器（4）轴截面周向对称分布，滑槽内装有随动定心探头（9），它可以在滑槽（17）中沿径向滑动，并且随动定心探头（9）中装有数片探伤元件（7），探伤元件（7）沿被检钢丝绳（2）截面周向均匀对称布置，上述结构的作用是实现随动定心探头（9）能够存在偏心校正、间隙自动补偿所需要的自由度，同时也防止缺陷漏检，上下剖分式传感器外罩（15）的作用是为了随动定心探头（9）的防尘以及固定探伤信号输出接口，它通过联接螺钉（20）固定于传感器支座（10）上。如（图6），随动定心探头（9）由探头滑块（23）、探伤间隙固定螺钉（24）、探伤间隙调整螺钉（25）、探头磁屏蔽罩（26）、贴片环（27）、探头内环固定螺钉（28）、探头内环（29）、探伤元件（7）构成，柔性联接弹簧（22）与探伤规格调整螺钉（21）则构成传感器支座（10）与随动定心探头（9）的柔性联接环节（8）。不导磁的探头内环（29）通过固定螺钉（28）装配于利用高导磁性材料制成的探头磁屏蔽罩（26）上，非导磁非导电材料制成的贴片环（27）连同装贴其上的探伤元件（7）被装入其中，构成一装配整体（31），该装配整体（31）再通过固定螺钉（24）及探伤间隙调整螺钉（25）装配于不导磁材料制成的探头滑块（23）上，从而构成随动定心探头（9），在柔性联接环节（8）的作用下，探头滑块（23）的内环面（32）始终保持贴紧被检钢丝绳表面（12），调整探伤规格调整螺钉（21），可以使传感器（4）适用于不同规格的被检钢丝绳。调整探伤间隙调整螺钉（25），可以使装配整体（31）的内环面（33）与被检钢丝绳（2）的表面（12）保持一定间隙，这一方面避免了探头内环（29）的内环面（33）与被检钢丝绳表面（12）在探伤过程中摩擦发热引起探伤元件（7）探伤灵敏度的变化，另一方面又保证了探伤元件（7）与被检钢丝绳表面（12）间保持所需间隙，合理间隙调定后，可调整探伤间隙固定螺钉（24）使该间隙固定不变。磁屏蔽罩（26）的作用是屏蔽杂散磁场以及被检钢丝绳（2）轴向相邻缺陷的干扰漏磁场，使探伤元件（7）仅感受屏蔽罩（26）内的漏磁场变化，有利于提高定量分辨力及探伤灵敏度。随动定心探头（9）的轴向定位通过联接环（14）得以实现。探头滑块（23）上的沉孔（30）提供了柔性联接弹簧（22）的装配空间和定位元素。上述结构能实现被检钢丝绳直径渐变时探头的自适应调整、探伤传感器与被检钢丝绳不同心时的偏心适应以及被检钢丝绳发生径向晃动、振动时探头探伤间隙的自动补偿，同时还可调整传感器使之与被检钢丝绳规格相适应。

本实用新型的优点在于，采用随动定心结构，使探伤过程中被检钢丝绳直径渐变、径向晃动、径向振动对探伤信号的影响得以抑制，输出探伤信号稳定一致，提高了信噪比。同时，采用探伤间隙可调随动定心结构，结合多探伤元件探伤、多通道信号输出方法，提高了探伤定量分辨力，轴向定量分辨力可达20mm以内，周向定量分辨力可达2.5mm（弧长）以内，配备计算机定量分析系统，易于实现稳定可靠的被检钢丝绳局部缺陷定量分析。此外，采用探伤规格可调结构，使一种规格的传感器，能够适用于较多规格的被检钢丝绳的局部缺陷及损伤的无损探伤，扩大了传感器的通用性范围，更便于工业应用。

图1表示传感器工作原理图；

图2表示随动定心工作方式原理图；

图3表示探伤元件工作原理图；

图4表示传感器结构图；

图5表示随动定心结构图；

图6表示传感器随动定心探头结构图。

Claims (6)

1、一种由传感器支座、随动定心探头组成的电磁无损探伤传感器，其特征在于随动定心探头通过柔性环节连接在传感器支座上，并为上下剖分式结构。

2、根据权利要求1所述传感器，其特征在于该传感器包括两个以上随动定心探头。

3、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于传感器支座有两个以上探头滑槽，并为上下剖分式结构。

4、根据权利要求1所述的传感器，其特征在于传感器支座两端分别安装一个装配联接结构。

5、根据权利要求1和2所述传感器，其特征在于探头滑块中间开一通槽，它的两端分别开一个沉孔，孔中安装探伤规格调整螺钉和柔性弹簧，滑块中间安装一个探伤间隙调整螺钉和两个探伤间隙固定螺钉，滑块槽中安装一个磁屏蔽罩及固定其上的探头内环及贴片环。

6、根据权利要求2所述传感器，其特征在于随动定心探头安装一个以上探伤元件。

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