CN100516767C - 一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，属于声学传感器技术领域。通过钢绞线(1)、夹片(2)、鞍片(3)、永磁体(4)及轭铁(5)组成的偏置磁路使钢绞线(1)内部的磁畴产生沿磁场方向发生偏置转动。信号发生器发出的激励信号由功率放大器放大后进入第一漆包线(7)。在激励端传感器中螺线管(6)内的钢绞线上产生一个交变磁场，偏置磁场与交变磁场的配合导致钢绞线内的磁畴发生沿轴向的来回摆动，磁畴的这种变化会被接收端传感器内的螺线管接收到，第二漆包线(8)将接收信号传入示波器，并由示波器显示接收到的波形。本发明价格低廉，无需打磨钢绞线端面即可对其实施检测，使检测的重复性和操作性得到了有效的提升。

Description

一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器
技术领域
本发明涉及一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，属于声学传感器技术领域，其作用是把传感器产生的电磁能通过钢绞线转换成机械能(声能)，并通过对机械能(声能)的分析来对钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测。
背景技术
现今，对于钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测的传感器多为压电片式传感器。此种传感器在使用时需将钢绞线的端面打磨得相当光滑、平整，且须使用专门的夹具将压电片紧紧地固定在打磨后的端面。因此给实际检测带来了很多不便，同时由于每次打磨后，端面与轴线的垂直度无法保证为一定值，故检测的重复性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，它不仅可用于钢绞线的长度测量，还可以用于对钢绞线***缺陷及预应力大小的检测，具有信噪比高，体积小，传播距离远等特点，并且重复性好，能较好地满足实验要求。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。主要包括有激励端传感器和接收端传感器。激励端传感器主要包括有鞍片3、永磁铁4、轭铁5，以及套在钢绞线1外表面的夹片2和螺线管6，螺线管6外表上设置有台阶，每两个台阶之间的部分都环绕有第一漆包线7，每经过一个台阶第一漆包线7便改变一次环绕方向，第一漆包线7的两端与信号发生器相连；螺线管6的两端均设置有夹片2，在夹片2的外表面套有鞍片3，鞍片3的外表面沿圆周方向均匀固定有三片永磁铁4，轭铁5与位于螺线管6两端的、在钢绞线1同一轴线方向上的两块永磁铁4的外端面相连接；接收端传感器与激励端传感器结构完全相同，并与激励端传感器沿钢绞线1的轴向并列布置。
所述的鞍片3由三个下部带有120度圆弧凹槽的长方体组成，圆弧半径与钢绞线1的半径相同。
所述的螺线管6外表面上的台阶的个数为4～6个。
所述的激励端传感器的第一漆包线7的直径为0.2～0.4mm。
所述的接收端传感器的第二漆包线8的直径为0.1～0.2mm。
本发明中，钢绞线1、夹片2、鞍片3、永磁体4及轭铁5组成了一个偏置磁路。磁路内钢绞线1内部的磁畴将会沿磁场方向偏转至一个较为统一的偏置位置。然后，信号发生器发出的信号由功率放大器放大后，经功率放大器的输出端进入漆包线7。之后，便会在激励端传感器中螺线管6内的钢绞线上产生一个交变磁场，这种交变磁场会使磁畴以偏置位置为中心，随交变磁场的变化来回摆动，宏观上致使钢绞线产生沿轴向的伸长与缩短。其中，交变磁场可看作是一个交变应力，而这种交变应力会引起接收端传感器内的磁畴发生变化，而磁畴的变化会被接收端传感器内的螺线管6接收到。而接收信号通过漆包线8传入示波器的输入端，并由示波器显示接收到的波形。通过分析接收到的波形来对钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测。
本发明中的永磁体4为稀土钕铁硼材料制成。该材料具有矫顽力大，磁场强度强等优点，这为保证偏置磁场的稳定性奠定了基础。而本发明的激励端及接收端传感器在三磁路偏置磁场及螺线管提供的交变磁场下，会产生及接收到信噪比较高、模态较为单一的信号。另一方面，由于本发明设计的传感器只需套装在钢绞线上即可，所以比每次均需要打磨钢绞线端面来保证压电片与其接触充分的方式更加方便、更加现实。
附图说明
图1是本发明整体安装示意图；
图2是本发明夹片2的结构示意图；
图3是本发明鞍片3的结构示意图；
图4是本发明永磁体4的结构示意图；
图5是本发明轭铁5的结构示意图；
图6是本发明螺线管6的结构示意图。
图中：1、钢绞线，2、夹片，3、鞍片，4、永磁体，5、轭铁，6、螺线管，7、漆包线。
具体实施方式
下面结合图1～6对本实施例作进一步详述。
本实施例提供的磁致伸缩超声导波检测传感器的技术方案主要包括激励端传感器及接收端传感器两大技术方案。其中激励端传感器的结构如图1～图6所示，包括夹片2、鞍片3、永磁体4、轭铁5及螺线管6，鞍片3由三个下部带有120度圆弧凹槽的长方体组成，圆弧半径与钢绞线1的半径相同，如图3所示。螺线管6外表面上设置有4个台阶，如图6所示。
以检测7芯钢绞线为例，将螺线管6通过中心通孔602紧套在钢绞线1上，将10个薄片叠在一起组成夹片2，通过内拱面201夹装在钢绞线1上，并使夹片2的上表面202紧紧贴在螺线管6的左端面601上。将直径为0.2毫米的漆包线7的一端穿过螺线管6的台阶604上的凹槽603顺时针地密绕在外表面605上；当绕到台阶606时，再将漆包线7穿过台阶606上的凹槽607逆时针地绕在外表面608上；当绕到台阶609时，再将漆包线7穿过台阶609上的凹槽610顺时针地绕在外表面611上，再将漆包线7穿出台阶612上的凹槽613，凹槽603及613以外留取的漆包线7的长度只需保证足够接入功率放大器的输出端即可。3个鞍片3通过拱面302均布在夹片2的厚度面203上。
位于螺线管6左端的鞍片3的端面303与螺线管6的左端面601、永磁铁4的前端面402在同一个竖直平面内，鞍片3的右端面与永磁铁4的前端面404与鞍片3的前端面301在同一个竖直平面内，鞍片的下端面302与夹片的外侧面203相接触。永磁体4通过下表面403紧紧地吸附在鞍片3的上表面304上。其余数组夹片2、鞍片3也按照上述方法安装在螺线管6的右端，其中，螺线管6的右端面614与夹片2的前表面202相接触。轭铁5通过下表面502分别与螺线管6两端部的永磁体4的上表面401及尾部的永磁体4的上表面401紧紧地吸附在一起，其中，轭铁5的左端面501与螺线管6左端的永磁铁4的前端面404在同一竖直平面内，轭铁5的右端面503与螺线管6右端的永磁铁4的后端面40在同一竖直平面内。
接收端传感器的技术方案与激励端传感器的相同，只是选用了直径为0.12毫米的漆包线8作为接收端的导线。
使用原理如下：
本实施例中，钢绞线1、夹片2、鞍片3、永磁体4及轭铁5组成了一个偏置磁路。磁路内钢绞线1内部的磁畴将会沿磁场方向偏转至一个较为统一的偏置位置。然后，信号发生器发出的信号由功率放大器放大后，经功率放大器的输出端进入漆包线7。之后，便会在激励端传感器中螺线管6内的钢绞线上产生一个交变磁场，这种交变磁场会使磁畴以偏置位置为中心，随交变磁场的变化来回摆动，宏观上致使钢绞线产生沿轴向的伸长与缩短。其中，交变磁场可看作是一个交变应力，而这种交变应力会引起接收端传感器内的磁畴发生变化，而磁畴的变化会被接收端传感器内的螺线管6接收到。而接收信号通过漆包线8传入示波器的输入端，并由示波器显示接收到的波形。通过分析接收到的波形来对钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测。
本实施例不仅成本低廉，更使检测的重复性和操作性得到了有效的提升，同时由于其采用了导波的相关理论，使传感器在检测钢绞线长度上的能力得到了有效的提升。

Claims (4)

1、一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，其特征在于：主要包括有激励端传感器和接收端传感器，激励端传感器主要包括有鞍片(3)、永磁铁(4)、轭铁(5)，以及分别套在钢绞线(1)外表面的夹片(2)和螺线管(6)，螺线管(6)外表上的两端及中间部分均设置有台阶，每两个台阶之间的部分都环绕有第一漆包线(7)，每经过一个台阶第一漆包线(7)便改变一次环绕方向，第一漆包线(7)的两端与信号发生器相连；螺线管(6)的两端均设置有夹片(2)，在夹片(2)的外表面套有鞍片(3)，所述的鞍片(3)由三个下部带有120度圆弧凹槽的长方体组成，圆弧半径与钢绞线(1)的半径相同；鞍片(3)的外表面沿圆周方向均匀固定有三片永磁铁(4)，轭铁(5)与位于螺线管(6)两端的、在钢绞线(1)同一轴线方向上的两块永磁铁(4)的外端面相连接；接收端传感器与激励端传感器结构完全相同，并与激励端传感器沿钢绞线(1)的轴向并列布置。
2、根据权利要求1所述的一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，其特征在于：所述的螺线管(6)外表面上的台阶的个数为4～6个。
3、根据权利要求1所述的一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，其特征在于：所述的激励端传感器的第一漆包线(7)的直径为0.2～0.4mm。
4、根据权利要求1所述的一种用于钢绞线超声导波检测的磁致伸缩传感器，其特征在于：所述的接收端传感器的第二漆包线的直径为0.1～0.2mm。
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