CN1017096B - 高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置 - Google Patents

Abstract

牵引钢丝绳因老化断丝断绳发生伤亡事故常有出现，目前国内外钢绳断丝检测技术是用感应法和霍耳效应法探测断丝存在，灵敏度低，不可靠。且不能与磁控信号兼容。本发明将新研试的高灵敏磁传感器用于钢绳断丝检测。能准确可靠地测出绳内部外部所有断丝。为钢绳断丝检测提供一种有效技术。所用的高灵敏磁传感器能有效分辨1高斯磁场变化。并能分辨磁场方向，也为弱磁探测领域提供一种新型高磁敏传感技术。

Description

本发明属于无损检测自控技术领域。为一种高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置。

牵引钢丝绳因腐蚀会老化断丝，在运行中被拉断而发生伤亡事故经常出现。实践表明钢绳断丝是断绳的前因。准确可靠地监测出牵引钢丝绳断丝状况对防止事故发生有十分重要的意义。各国对此都很重视。目前国内外技术多是采用感应法和HALL效应法检测断丝的存在。感应法是用线圈放在钢丝绳旁边。断丝处漏磁经过线圈时，感应出电压脉冲判定断丝的存在。这种方法灵敏度低。且只当丝圈与钢绳相对运动时才能感应出断丝信号。HALL效应法是用U形电磁铁在被测处钢绳中加入强磁场。用HALL磁感器件探测断丝漏磁信号。这种方法体积庞大，检测时加入强磁场会冲消控制信号。不能与磁控信号兼容，且灵敏度不高，检测准确率低。内部断丝探不出来，总之近些 年钢绳断丝检测技术虽有进展，尚不够理想，没有一种很有效的检测手段。

本发明的目的是提供一种有效的钢绳断丝检测技术和新型高灵敏磁传感器，提高断丝检测准确性。减少探头体积和造价。解决目前断丝检测和磁控信号不兼容的问题。

本发明的断丝检测原理是：钢绳在使用或检测前，用钢绳磁化器将钢绳一次性轴向磁化，然后在钢绳上记录磁控信号，断丝检测时，不对钢丝绳外加磁场，因钢绳中剩磁可以保留十年之久，钢绳若有断丝，周围就会有微弱的漏磁场，在钢绳周围附近安放若干个高灵敏磁传感器，不管钢绳是静止还是运动，漏磁接近磁敏传感器，就发出断丝电信号，测出断丝的存在。

本发明的特征是：用研制出的灵敏度比霍耳（HALL）器件高达1百余倍的动态感应式磁敏传感器，用于钢绳断丝检测。检测探头呈圆筒型，探头由若干个这样的高灵敏磁传感器和探筒构成。高灵敏磁传感器由高频感应线圈、调感平衡磁钢。放大整形电路所构成。

本发明的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其结构是由断丝检测探筒。动态感应式磁敏传感器。放大整形电路。微型计算机、打印机、控制执行机构和钢绳磁化器所组成，检测探筒周围安装若干个高灵敏磁传感器，两半圆探筒张开后可将被测钢绳放于筒中，闭合后可将钢绳包在圆筒中。筒壁内径的上下两端装有钢质导向套，引导钢绳与探筒内壁有5～10mm间隔，不影响钢蝇的运行。探筒由绝缘材料或塑料材料制成，筒壁较厚，壁中开有若干个轴向槽，用于安放磁敏传感器。探筒中一般安6个磁敏传感器。分别探测钢绳四周和内部的断丝。不论钢绳相对探筒是运动还是静止，若遇断丝。就发出高（低）电压信号。引断丝信号送计算机进行记录和处理，由打印机打印出断丝数据，断丝位置和断丝严重状况，同时发出声光告警，断丝严重时发出停车信号，由执行机构自动停车，计算机采用单片微计算机，内部固化断丝分析处理程序。

附图1是钢绳断丝检测装置的整体电路图。图中L1、L2是两个带平衡磁钢的调感线圈，用于感应断丝处的磁场，CMOS用于产生高频振荡和整形放大，L1、L2、C1～6、R1～4构成两个磁传感器，T3、T5和T4、T6为晶体三极管，T3、T5和T4、T6构成两个整形放大器。X、 X为其中1个磁传感器的两个输出端，A、 A为其另一个磁传感器的两个输出端，同样Y、 Y，B、 B，Z、 Z，C、 C分别为其4个磁传感器的信号输出端，此6路电压信号接计算机输入端，由计算机分别访问处理，图中的计算机部分包括了打印机、声光告警器、自动停车执行机构。

图2为本发明的高灵敏动态感应式磁敏传感器电原理图。其工作原理是：高频信号Vi加谐振线圈L1、C1，L1以高导磁材料为铁芯。旁边放一平衡调感磁钢，调整平衡磁钢位置可调整L1磁饱和度和电感量，使L1C1处临界谐振状态。当有对磁场通过L1铁芯时，铁芯进入饱和，L1电感量减小，L1C1达谐振状态，VC1电压增高，经V2加三极管T的基极，通过三极管整流放大，由T发射极输出传感电压，输出信号VO加施密特触发器。此磁敏传感器能准确分辨出1高斯磁场变化。

图3是双方向动态感应式磁敏传感器电原理图。其工作原理是：高频电压Vi通过C1加L1、L2，当外磁场H和图中所标方向相同时，L1磁芯饱和，L1中电流增加，L2中电流减小，经整流管D1～4和滤波电容C2、C3，使I1增加，I2减小，VO输出电压升高为正2～3伏。当外磁场H与图中所标方向相反时，L2磁芯饱和，L1磁芯远离饱和，I2增大，I1减小，VO输出电压降低为负2～3伏。无外磁砀时VO为零伏。这样构成双线圈单输出的双磁场方向传感器，不但可测出微弱磁场的存在，还可辨出磁场方向。此双方向磁敏传感器也可分辨1高斯的磁强变化。

图4为钢丝绳断丝检测探筒结构图。图中9为钢绳，S为交叉手柄，T为两半圆探筒，C为磁敏传感器安放槽，探筒与计算机用电缆线线X联接，计算机J联接打印机D、声光告警器M和控制执行机构Z。根据钢绳的粗细，有不同尺寸规格的断丝检测探筒，可检测φ5mm～φ8mm的钢绳。

钢绳磁化器是由钢质手柄，两个极性不同的磁化头组成，磁化头有两种形式;1种是电磁铁磁化头，由线圈和铁芯构成;另一种是永久磁钢型磁化头，由钕铁硼永久磁钢制成。手柄为长圆柱形，两头装磁化头，呈凵状，手持磁化器在钢绳上滑过就 可对钢绳磁化。

本发明的实施例是用6个单线圈磁敏传感器分装于圆形探筒周围，检测断丝效果很好。只要有一根断丝。不论在钢绳内部和外部，都能准确测出，断丝信号送计算机，可控制打印机打印出断丝情况。

本发明的优特点是比目前已有的断丝检测探头灵敏度提高了数百倍，断丝检测准确可靠，探头体积小、造价低，并配有计算机、打印机和自动执行机构。能实时在线检测各种运行状态下的钢绳断丝情况，工作人员可根据该装置的检测信息，判断是否应停车和更换钢绳，避免事故发生，减小不合理使用钢绳造成的巨大浪费。对合理使用钢绳。杜绝人身伤亡事故，保障安全生产，具有巨大的社会效益和经济效益。

Claims (7)

1、高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：由高灵敏磁传感器检测出钢绳内外断丝和钢绳腐蚀磨损处漏磁的存在，判断钢绳磨损和断丝程度；动态感应式高灵敏磁传感器用磁饱和及磁交联放大原理，在高导磁芯线圈中加入高频电压，在磁芯中外加一个可调的静态偏移磁场，高频电流通过L₁、L₂在铁芯中产生激励磁场H₁，若将钢绳周围的轴向磁场看作H₂，来自环境或地磁的轴向磁场分量看作是H₃，把平衡磁钢或电磁铁产生的偏移磁场看作是H₄，通过调节平衡磁钢H₄与L₁、L₂的距离或电磁铁的电流，使得L₁或L₂中的铁芯除了抵消H₂、H₃之外并将L₁和L₂的铁芯推向饱和点的边缘，断丝处的漏磁场作控制磁场H，在H出现0-0.1高斯的微弱变化量，输出电压V₀则达到0-5V的变化电压；其结构是：由动态感应式高灵敏磁传感器，断丝检测探筒，放大整形电路，计算机及所带的打印机、声光显示器、钢绳磁化器所组成。

2、根据权利要求1所述的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：所述的动态感应式高灵敏磁传感器，可分辨磁场极性结构，是由调感电感线圈L、平衡磁钢、高频信号产生电路，电容C、三极管T、二极管D、电阻R所构成;结构关系是调感线圈L内放高导磁铁芯，平衡磁钢在L附近，距离可调;电路结构关系是高频信号输出端通过电容C₁接调感线圈L₁和L₂，L₁另一端接D₁负和D₂正，D₁正接地，D₂负接C₂、R₁，C₂接地，L₂另一端接D₄正、D₃负，D₄负接地，D₃正接C₃、D₂，C₃接地，R₁与R₂的另一端相联作V₀输出端。

3、根据权利要求1、2所述的高灵敏磁传感器，其特征是：不分辨磁场极性的简易高灵敏磁传感器是由调感线圈L，平衡磁钢，高频信号产生电路，电容C，三极管T，电阻R所构成;结构关系是高频信号V₁接L₁，L₁另一端接C₁、C₂、C₁接地，C₂接T基极，T集电极接电源，T发射极接R₁、C₃和V₀输出端，R₁、C₃另一端接地。

4、根据权利要求1的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：所述的钢绳断丝检测探筒，由两个半圆探筒，钢质导向套，开***叉手柄所构成，圆形探筒周围有若干个轴向槽分装若干个磁敏传感器，一般安放6个，探筒由绝缘材料或塑料制成，内壁与钢丝绳间距10mm左右，筒壁较厚，推拉手柄可使两半圆筒张开或闭合，根据钢绳的粗细，有不同尺寸规格的系列探筒和导向套。

5、根据权利要求1的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：所述的放大整形电路，由晶体三极管、二极管、电阻构成，有AA输出端，电路结构关系是：信号输入端经R₆接T₄基极，T₄集电极接R₁₀、R₈、A输出端，R₁₀另一端接发光二极管LED2正，LED2负接T₆基极，T₆集电极接R₁₂和A输出端，T₄、T₆发射极接地，R₈、R₁₂另一端接5V电源。

6、根据权利要求1所述的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：所述的计算机、打印机、声光报警器部分的计算机用单片微型计算机，内部固化的程序是分析断丝位置、断丝数目、断丝严重程度、控制打印机、声光报警。

7、根据权利要求1所述的高灵敏磁传感器钢绳断丝检测装置，其特征是：所述的钢绳磁化器有两种结构形式，其1是由磁化器手柄，两个电磁线圈、两个磁化头、整流器和开关所构成，其2是由磁化手柄，永磁体，磁化头所构成，永磁体，磁化头用钕铁硼强磁钢制成。

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