CN111141817A - 一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，包括角度编码器以及通过弹簧紧压在待检测钢丝绳表面的三组传感器，分别为传感器组A，传感器组B和传感器组C；每组传感器均周向均布于待检测钢丝绳表面，传感器组A和传感器组C之间的轴向距离为待检测钢丝绳的一个股波周期；角度编码器的滚轮与待检测钢丝绳表面接触，滚轮等角度触发传感器组的采集指令，从而根据传感器组A与传感器组C的输出信号差分消除股波噪声。
Description
技术领域
本发明属于无损检测的技术领域，具体涉及一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置。
背景技术
钢丝绳由于具有强度高、自重轻、弹性好、工作平稳可靠、可在高速工作条件下运行等许多优点，被广泛作为提升、运输和承受设备重量的关键部件。钢丝绳在其长期作业过程中，受环境腐蚀、不确定***变载荷、机械冲击、磨损等的影响，会出现诸如断丝、磨损、锈蚀等损伤，日积月累导致钢丝绳强度降低甚至突然断裂，轻则生产停顿，重则机毁人亡。
理论上探讨过的钢丝绳无损检测方法很多，目前只有电磁检测法得到了实践和推广，其中应用最为广泛的漏磁无损检测方法的基本原理为：利用励磁装置将钢丝绳磁化至磁饱和，钢丝绳的不连续部分将会产生漏磁场，利用磁传感器(例如感应线圈、霍尔传感器或磁阻传感器)检测钢丝绳的表面磁信号，通过漏磁信号来对钢丝绳缺陷进行表征识别。
钢丝绳漏磁无损检测的检测基本原理如图1所示，钢丝绳属于铁磁性材料，利用永磁铁对钢丝绳进行励磁至磁饱和，励磁过程中会在永磁铁、工业纯铁、空气间隙和待测钢丝绳段中形成一个磁回路，如果材料材质连续、均匀，那么磁感应线将几乎都通过铁磁性材料；若材料存在缺陷，由于缺陷磁导率小、磁阻大，则缺陷附近的磁感应线分布发生变化，铁磁材料表面将会形成漏磁场，利用磁传感器对(由于传感器的灵敏度越高，检测结果的准确性也就越好，传感器体积越小，传感器越能与钢丝绳的表面结构相契合，因此，本发明用最新一代的磁阻传感器——TMR传感器来做方法说明，该传感器具有体积小、灵敏度高等优点)漏磁场进行检测。
目前钢丝绳通过检测漏磁信号进行无损检测方法有一个问题是：钢丝绳由多股钢丝拧结而成，因此钢丝绳的表面形成了周期性的股波，当检测探头在钢丝绳表面移动时，传感器表面与钢丝绳表面的距离随着股波亦呈周期性波动，因此，传感器测试到的钢丝绳表面磁场值亦呈周期性波动，其次由于股绳自身的结构影响，亦会造成钢丝绳表面磁场的随着股绳的拧结周期而波动，因此，这在很大程度上会影响到钢丝绳无损检测探头对缺陷的探测能力，缺陷的漏磁信号很可能会被股波信号所淹没，进而造成漏判和误判。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，能够消除无损检测过程中钢丝绳的股波噪声。
实现本发明的技术方案如下：
一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，包括角度编码器以及通过弹簧紧压在待检测钢丝绳表面的三组传感器，分别为传感器组A，传感器组B和传感器组C；
每组传感器均周向均布于待检测钢丝绳表面，传感器组A和传感器组C之间的轴向距离为待检测钢丝绳的一个股波周期；
角度编码器的滚轮与待检测钢丝绳表面接触，滚轮等角度触发传感器组的采集指令，从而根据传感器组A与传感器组C的输出信号差分消除股波噪声。
进一步地，所述传感器组中的传感器数量根据传感器分辨率及待检测钢丝绳的直径进行设置。
有益效果：
本发明利用弹簧压紧传感器探头，保证了传感器与钢丝绳表面的提离距离保持恒定，传感器的输出结果不再受到传感器与钢丝绳表面之间提离距离的波动而形成股波噪声的影响。
本发明依照钢丝绳股波的周期性排布，进行两组差分传感器的布局，消除了由于传感器表面与钢丝绳表面由于股波而造成的传感器输出信号随着股波呈周期性波动的问题，同时，也消除了钢丝绳股绳造成的磁场不均匀噪声对实际检测结果的影响。
附图说明
图1为无损检测实验基本原理图。
图2为本发明装置结构示意图。
图3为本发明装置的截面图。
图4为传感器数据采集流程和数据处理方法。
图5为常规条件下传感器探头的输出结果与本发明装置传感器的输出结果对比。
其中，1-角度编码器；2-弹簧；3-弹簧挡筒；4-待检测钢丝绳；5-永磁铁；6-高导磁材料(工业纯铁或衔铁)；7-传感器组A；8-传感器组B；9-传感器组C。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，如图2和图3所示，包括：角度编码器1、弹簧2、弹簧挡筒3、待检测钢丝绳4、永磁铁5、高导磁材料(工业纯铁或衔铁)6、传感器组A 7、传感器组B8、传感器组C9。其中4、5、6组成了探头的励磁装置部分，7、8、9为探头检测装置部分，1、2、3为探头辅助功能部分。
角度编码器：角度编码器的基本原理为，编码器在转过固定角度后发出脉冲信号，该原理可应用于对钢丝绳进行测距以及作为传感器采集命令的控制指令，将时间与电压幅值的信号转换为转动角度与电压幅值之间的关系，能够有效地去除掉检测过程中钢丝绳与探头之间运行速度不均匀而对检测结果造成影响的干扰。触发器为等角度触发，因此通过采集的数据个数可计算触发轮转过的角度，而触发轮每转过固定角度时与钢丝绳的相对移动距离是固定的，通过对缺陷信号位置的角度进行转化，即可实现钢丝绳的缺陷损伤位置的定位。角度编码器通过固定杆与临近的永磁铁直接相连，角度编码器的滚轮与钢丝绳表面接触，通过与钢丝绳相对移动的摩擦力来为角度编码器提供转动的能量。
弹簧：检测过程中，弹簧固定在弹簧挡筒内处于压紧状态，在探头与钢丝绳的相对移动过程中，弹簧对传感器起到压紧及支撑的作用，传感器随着钢丝绳表面股波的波动而呈周期性的变换，这使得传感器与钢丝绳表面的提离距离保持恒定，传感器的输出结果将不再受到传感器与钢丝绳表面之间提离距离的波动而形成股波噪声的影响。
传感器组A、B、C：传感器阵列位于励磁装置的内部。传感器的布局是钢丝绳无损检测装置的关键点之一，传感器的布局方式在一定程度上决定了装置的检测精度和分辨率。本发明采用矢量磁传感器(例如TMR磁传感器)对钢丝绳的轴向漏磁场进行检测，本装置设置了A、B、C三组传感器，其中传感器组A、C为差分传感器，传感器组为环形布局，传感器的布局数量根据探头的分辨率要求以及钢丝绳的直径进行对应的设计。
A、C两组传感器的布局距离对应为钢丝绳的一个股波周期，利用两组传感器的差分输出结果实现对钢丝绳的股波噪声的硬件消噪。差分后的结果输出中，同一缺陷会出现两次特征缺陷信号，同一缺陷的两次输出结果分别为：A传感器输出的缺陷信号-C传感器的输出信号以及A传感器的输出信号-C传感器输出的缺陷信号，差分之后的两个缺陷信号相位相差一个股波周期，且两个信号的幅值相反，因此在实际的数据处理过程中，将在一个股波周期内差分结果的两个幅值相反的信号视为一个缺陷。
B组传感器为原始钢丝绳无损检测装置的输出结果，能够作为缺陷数量的统计传感器，由于A、C传感器差分输出后的结果消除了股波噪声，但是对同一缺陷将输出两个大小相等，方向相反的特征输出值，因此B传感器可以作为A、C差分后数据的一个参考信号，用来对实际缺陷数量进行统计。另外，由于钢丝绳无损检测是在对缺陷位置的情况下进行探测，因此，有可能会出现在A、C传感器下同时出现缺陷的情况，通过差分进行输出的方式很可能造成对缺陷的漏判(例如：A、C差分后输出为直线，但是B处通过测量后在一个股波周期上出现了两处缺陷特征信号，则表明A、C两处同时存在尺寸基本相同的缺陷)。
图4为传感器数据采集流程和数据处理方法，TMR传感器的输出信号可由NI采集卡和LabVIEW软件进行数据采集和模数转换处理，且在LabVIEW程序框图中实现数据差分，最终在LabVIEW界面中对差分后结果以及B组测试结果进行显示。
图5为一对传感器的测试结果和差分结果的效果图，图中当A组传感器检测到缺陷时，C组传感器的检测到的信号是与缺陷位置相差一个股波周期的未损伤位置的波形，因此通过图5中数据处理方法即可实现对钢丝绳股波噪声的消噪。
在测量钢丝绳的损伤情况时，测试探头通过与钢丝绳之间的相对运动来获得钢丝绳表面的漏磁场轴向分量。首先将该装置套至与被测钢丝绳上，然后对TMR传感器线圈进行供电。具体过程如下：
(1)将检测探头打开，将被检测钢丝绳放到里面，将探头合住，扣住卡扣，对传感器阵列进行5V供电；
(2)启动LabVIEW数据采集程序，设置采样率和采样方式；
(3)滑动探头，使得探头与钢丝绳之间发生相对移动，进而能够通过角度编码器对传感器阵列进行采集触发；
(4)通过LabVIEW的前面板图标，对数据进行显示，进而判读钢丝绳无损检测的结果，测试结束。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，其特征在于，包括角度编码器以及通过弹簧紧压在待检测钢丝绳表面的三组传感器，分别为传感器组A，传感器组B和传感器组C；
每组传感器均周向均布于待检测钢丝绳表面，传感器组A和传感器组C之间的轴向距离为待检测钢丝绳的一个股波周期；
角度编码器的滚轮与待检测钢丝绳表面接触，滚轮等角度触发传感器组的采集指令，从而根据传感器组A与传感器组C的输出信号差分消除股波噪声。
2.如权利要求1所述一种钢丝绳无损检测的股波消噪装置，其特征在于，所述传感器组中的传感器数量根据传感器分辨率及待检测钢丝绳的直径进行设置。
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