CN107764893A - 三维磁记忆钢丝绳检测*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种三维磁记忆钢丝绳检测***,包括三轴磁阻阵列传感器探头和无磁钢丝绳检测支架。该***能在实验室模拟工业现场钢丝绳在线运行状态,可以有效探测到钢丝绳内部细微的损伤和缺陷集中区,实现钢丝绳在水平状态和多角度倾斜状态的智能检测,实现钢丝绳的早期诊断和缺陷分析,提高钢丝绳的使用寿命;能有效提高钢丝绳缺陷的检测精度,通过手持设备远程控制钢丝绳运行速度、运行时间和钢丝绳倾斜角度,模拟现场钢丝绳在线运行状态,将检测到的钢丝绳磁记忆漏磁场信号与专用服务器上存储的钢丝绳缺陷及损伤的技术参数和参考数据对比,从而判断出钢丝绳细微损伤和应力集中区的位置和缺陷类型。
Description
技术领域
本发明涉及工业仪器测量领域,尤其涉及一种三维磁记忆钢丝绳检测***。
背景技术
钢丝绳是矿山、冶金、港口、码头等缆车、提升机绞车、电梯等设备重要的部件,其安全运行关系到企业生产过程中的设备、人员安全。钢丝绳断丝、磨损、变形、锈蚀等问题难测、难防,给工业安全生产带来重大威胁。多年来钢丝绳事故不断发生,造成重大财产损失和人员伤亡。
但是由于钢丝绳复杂的结构、恶劣的使用环境以及损伤的不可修复性,现有技术通常采用的检测方法是去工业现场观察钢丝绳运行状态,这种方法影响工业生产且存在重大安全隐患,因此有必要在实验室搭建钢丝绳检测平台,模拟工业现场钢丝绳的运行状态,对钢丝绳损伤状态进行分析。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种三维磁记忆钢丝绳检测***。
本发明的目的可以通过采用如下的技术措施来实现,设计一种三维磁记忆钢丝绳检测***,包括:三轴磁阻阵列传感器探头和无磁钢丝绳检测支架;其中,所述三轴磁阻阵列传感器探头包括无磁底座和多个三轴磁阻传感器,所述无磁底座呈环状,所述三轴磁阻传感器均匀分布于设置所述无磁底座内壁且沿所述无磁底座切面连线形成圆周;所述无磁钢丝绳检测支架包括h形支架、两个步进电机、角度测量仪及控制器;其中,所述h形支架包括水平支架、第一竖直支架和第二竖直支架,所述水平支架为管状,内部容纳所述钢丝绳,所述三轴磁阻阵列传感器探头套置于所述水平支架的指定位置,所述步进电机其中之一者设置于所述水平支架上,另一者设置于所述第二竖直支架上,所述水平支架一端固定于所述第一竖直支架上,另一端通过所述角度测量仪连接于所述第二竖直架上,且通过所述角度测量仪控制所述水平支架与水平面之间的角度,所述控制器设置于所述h型支架上。
区别于现有技术,本发明的三维磁记忆钢丝绳检测***能在实验室模拟工业现场钢丝绳在线运行状态,可以有效探测到钢丝绳内部细微的损伤和缺陷集中区,实现钢丝绳在水平状态和多角度倾斜状态的智能检测,实现钢丝绳的早期诊断和缺陷分析,提高钢丝绳的使用寿命;能有效提高钢丝绳缺陷的检测精度,通过手持设备远程控制钢丝绳运行速度、运行时间和钢丝绳倾斜角度,模拟现场钢丝绳在线运行状态,将检测到的钢丝绳磁记忆漏磁场信号与专用服务器上存储的钢丝绳缺陷及损伤的技术参数和参考数据对比,从而判断出钢丝绳细微损伤和应力集中区的位置和缺陷类型。
附图说明
图1是本发明提供的一种三维磁记忆钢丝绳检测***的结构示意图;
图2是本发明提供的一种三维磁记忆钢丝绳检测***中的三轴磁阻阵列传感器探头的结构示意图;
图3是本发明提供的一种三维磁记忆钢丝绳检测***中的手持终端的结构示意图;
图4是本发明提供的一种三维磁记忆钢丝绳检测***无线信号传输的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种三维磁记忆钢丝绳检测***,该***100包括三轴磁阻阵列传感器探头110和无磁钢丝绳检测支架120。
三轴磁阻阵列传感器探头110包括无磁底座111和多个三轴磁阻传感器112,优选三轴磁阻传感器112为6个。无磁底座111呈环状,三轴磁阻传感器112均匀分布于设置无磁底座111内壁且沿无磁底座111切面连线形成圆周。无磁底座111上连接有电路板(图未示),无磁底座111内设有用于容纳三轴磁阻传感器112的内腔和便于单分量巨磁阻传感器检测的探头孔。在本实施方式中,三轴磁阻阵列传感器探头112通过螺钉固定于无磁底座111内壁。在本发明的其他实施方式中,三轴磁阻阵列传感器探头112通过螺纹连接的方式固定于无磁底座111内壁,其中在三轴磁阻阵列传感器探头112与无磁底座111连接的位置设置螺纹,在无磁底座111内壁设置对应的螺孔,二者通过螺纹配合进行连接。无磁底座111内成环形均匀放置六个三轴磁阻传感器112构成三轴巨磁阻阵列传感器探头110,实现钢丝绳周围漏磁信号的360度无死角检测。
无磁钢丝绳检测支架120包括h形支架121、两个步进电机122、角度测量仪123及控制器124;其中,所述h形支架121包括水平支架1211、第一竖直支架1212和第二竖直支架1213,所述水平支架1211为管状,内部容纳钢丝绳,三轴磁阻阵列传感器探头110套置于水平支架1211的指定位置。两个步进电机122其中之一者设置于水平支架1211上,另一者设置于第二竖直支架1213上,水平支架1211一端固定于第一竖直支架1212上,另一端通过角度测量仪123连接于第二竖直架1213上,且通过角度测量仪123控制水平支架1211与水平面之间的角度。
***100还包括手持设备130和专用服务器140。手持设备130包括信号显示界面131、钢丝绳在线运动的速度和时间显示界面132,钢丝绳倾斜角度显示界面133、钢丝绳检测启动键134、停止键135、数字键盘136、手持端无线发送模块137和手持端无线接收模块138。手持设备130所具备的功能为:控制钢丝绳检测***100的启动和停止;实时显示三维漏磁信号、温度、位移等信息;实时显示钢丝绳倾斜角度、速度、时间等信息;数字键盘136能够输入给定的倾斜角度值,能够设置钢丝绳运行速度和检测时间。
专用服务器140上运行windows7操作***,存储有钢丝绳缺陷及损伤的技术参数和参考数据,将手持设备130检测到的数据与存储的数据进行对比,以确定钢丝绳的检测情况。通过全天候24小时工作,实现对钢丝绳状态的实时监测。
本发明的两个步进电机122中,安装于第二竖直支架1213上的步进电机122用来控制钢丝绳的检测速度和检测时间,模拟钢丝绳的在线运动状态,以实现对钢丝绳的缺陷和损伤检测。另一个步进电机122安装于水平支架1211上,完成钢丝绳倾斜角度设置。步进电机122采用脉冲控制,控制精度高,根据手持设备130设置的测量时间、测量速度和测量角度进行自动调节。角度测量仪123用来测量钢丝绳倾斜角度,与步进电机122配合,实现钢丝绳处于水平和多角度倾斜状态,模拟钢丝绳在工业现场运行状态,便于后续对钢丝绳缺陷和损伤的检测。
控制器124设置于h型支架121上,包括无线接收模块、无线发射模块、微处理器控制模块、所述步进电机的驱动模块、脉冲编码器模块、速度传感器模块、温度传感器模块和供电电压转换模块。上述模块均为集成于控制器124内的功能芯片或功能电路,在本发明的附图中并未展示。
其中,无线接收模块和无线发射模块为ZigBee无线接收模块和ZigBee无线发射模块,ZigBee无线接收模块用来接收手持设备130和专用服务器140发出的控制信号并将其转换为电压信号传送给微处理器控制模块。微处理器控制模快根据给定的控制信号控制步进电机驱动模块驱动步进电机122完成相应的动作,并根据角度测量仪123反馈回来的角度信号判断水平支架1211是否运动到指定角度位置。ZigBee无线传送模块用来将检测到的信号无线传输到手持设备130和专用服务器140上,也便于接收专用服务器140和手持设备130传送过来的信号实现闭环控制。
脉冲编码器模块用于测量钢丝绳移动的距离,用以判断钢丝绳缺陷和损伤的位置,实现钢丝绳缺陷定位。速度传感器模块用于钢丝绳测量速度的检测,并可以通过手持设备130设置的检测速度对钢丝绳检测进行反馈调节。进一步地,控制器124内设有温度传感器,由于三轴磁阻传感器112内的单轴磁阻传感器的分辨率对温度较为敏感,设置温度传感器可对环境温度进行测量并及时显示,以用于数据处理过程中的温度补偿计算,提高磁场检测精度。控制器124内设有报警模块,当专用服务器140反馈检测的钢丝绳有损伤和缺陷时,报警模块发出语音信号或以指示灯闪烁的方式进行提醒,便于工作人员进行下一步操作。
无磁钢丝绳检测支架120连接到220V家庭用电,提供给步进电机122和角度测量仪123使用,同时将220V电压传输到供电电源转换模块,将220V电压转换为3.3V—5V,提供给控制器124使用。
示例的,打开启动键134后,根据钢丝绳检测的需要,使用数字键盘136在时间显示界面132输入需要检测的时长,在角度显示界面133输入需要模拟工业现场钢丝绳运行的倾斜角度(输入及显示精度为0.01°),在速度显示界面132输入需要模拟工业现场钢丝绳在线运行时的速度,按下数字键盘136上的“OK”键后,通过手持端无线发送模块137将设置信息发送到控制器124,此时三轴磁阻阵列传感器检测探头110开始检测水平或多角度的钢丝绳在线运行状态,检测信息通过控制器124发送到手持设备130上,手持端无线信号接收模块138接收到控制器124上传输过来的信息。信号显示界面131显示钢丝绳在线运行时的弱磁信号、温度和位移信息。
处理器124中,ZigBee无线接收模块与微处理器控制模块相连,将接收到的无线控制信号经过处理后送入步进电机驱动模块,步进电机驱动模块输出相应的脉冲信号驱动两个步进电机122转动,其中设置于第二竖直支架1213上的步进电机122用来控制钢丝绳的检测速度和检测时间,模拟钢丝绳的在线运动状态,另一个步进电机安装于水平支架1211上,用于使钢丝绳按预定的倾斜角度的运动到指定位置。脉冲编码器模块用于测量钢丝绳移动的距离,判断钢丝绳缺陷和损伤的位置,实现钢丝绳缺陷定位。速度传感器模块用于钢丝绳运行速度的检测,并可以通过手持设备130设置的预设速度对钢丝绳进行反馈调节。角度测量仪123可以检测当前钢丝绳当前运行状态下与水平面的角度值(角度测量仪的输出是-5~5V的电压信号,输出电压信号具有瞬态电压保护,检测范围根据需要模拟的工业现场状态可在0~180°的范围内设定,分辨率为0.002°,工作温度为-45~135℃,具有反响保护)。
传感器模块的输出信号经过电路处理转换后送入微处理器控制模块与给定的控制信号组成闭环控制,微处理器控制模块与ZigBee无线发送模块连接,将读到数据通过ZigBee无线发送模块送至手持设备130显示。手持设备130接收到控制器130发送过来的钢丝绳周围的磁记忆漏磁信号,在信号显示界面131上实时显示,并通过手持端无线信号发送模块137将信号发送到专用服务器140上,专用服务器140存储有钢丝绳缺陷及损伤的技术参数和参考数据。三轴磁阻阵列传感器检测探头110经过控制器124上传到手持设备130上的磁记忆漏磁场信号与专用服务器140上已经存储的漏磁场缺陷数据进行对比,判断钢丝绳是否有缺陷及损伤。若钢丝绳出现缺陷及损伤,专用服务器140将对比后的信号反馈给控制器130,通过报警模块进行提醒;将对比后的信号反馈给手持设备130,在手持设备130的信号显示界面131标记出缺陷位置和缺陷类型。选择按下“停止”键停止检测,或者重新设置检测速度、检测角度和检测时间,实现对钢丝绳的二次测量。
区别于现有技术,本发明的三维磁记忆钢丝绳检测***能在实验室模拟工业现场钢丝绳在线运行状态,可以有效探测到钢丝绳内部细微的损伤和缺陷集中区,实现钢丝绳在水平状态和多角度倾斜状态的智能检测,实现钢丝绳的早期诊断和缺陷分析,提高钢丝绳的使用寿命;能有效提高钢丝绳缺陷的检测精度,通过手持设备远程控制钢丝绳运行速度、运行时间和钢丝绳倾斜角度,模拟现场钢丝绳在线运行状态,将检测到的钢丝绳磁记忆漏磁场信号与专用服务器上存储的钢丝绳缺陷及损伤的技术参数和参考数据对比,从而判断出钢丝绳细微损伤和应力集中区的位置和缺陷类型。
以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,包括:
三轴磁阻阵列传感器探头和无磁钢丝绳检测支架;其中,所述三轴磁阻阵列传感器探头包括无磁底座和多个三轴磁阻传感器,所述无磁底座呈环状,所述三轴磁阻传感器均匀分布于设置所述无磁底座内壁且沿所述无磁底座切面连线形成圆周;所述无磁钢丝绳检测支架包括h形支架、两个步进电机、角度测量仪及控制器;其中,所述h形支架包括水平支架、第一竖直支架和第二竖直支架,所述水平支架为管状,内部容纳所述钢丝绳,所述三轴磁阻阵列传感器探头套置于所述水平支架的指定位置,所述步进电机其中之一者设置于所述水平支架上,另一者设置于所述第二竖直支架上,所述水平支架一端固定于所述第一竖直支架上,另一端通过所述角度测量仪连接于所述第二竖直架上,且通过所述角度测量仪控制所述水平支架与水平面之间的角度,所述控制器设置于所述h型支架上。
2.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述控制器包括无线接收模块、无线发射模块、微处理器控制模块、所述步进电机的驱动模块、脉冲编码器模块、速度传感器模块、温度传感器模块和供电电压转换模块。
3.根据权利要求2的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述无线接收模块和无线发射模块连接所述三轴磁阻阵列传感器探头的每一三轴磁阻传感器,并通过所述微处理器控制模块传输信到所述步进电机的驱动模块、所述脉冲编码器模块、所述速度传感器模块、所述温度传感器模块和供电电压转换模块。
4.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,还包括手持设备,所述手持设备包括信号显示界面、钢丝绳在线运动的速度和时间显示界面,钢丝绳倾斜角度显示界面、钢丝绳检测启动键、停止键、数字键盘、手持端无线传送模块和手持端无线接收模块。
5.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述控制器包括报警模块,用于在反馈缺陷时,通过声音或指示灯信号进行警报。
6.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述三轴磁阻阵列传感器探头中包括6个三轴磁阻传感器。
7.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述三轴磁阻阵列传感器探头通过螺钉固定于所述无磁底座内壁。
8.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述三轴磁阻阵列传感器探头通过螺纹连接的方式固定于所述无磁底座内壁,其中在所述三轴磁阻阵列传感器探头与所述无磁底座连接的位置设置螺纹,在所述无磁底座内壁设置对应的螺孔。
9.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,设置于竖直支架的步进电机用于控制所述钢丝绳的检测速度和检测时间,模拟钢丝绳的在线运动状态;设置于水平支架的步进电机用于设置所述钢丝绳的倾斜角度。
10.根据权利要求1的三维磁记忆钢丝绳检测***,其特征在于,所述无线发射模块和无线接收模块为ZigBee无线发射模块和ZigBee无线接收模块。
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