钢丝绳检测方法原理及特点

　　主要的钢丝绳无损检测方法及其特点

　　钢丝绳无损检测包括两方面内容,即局部损伤检测和截面缺损测量。对这两种损伤,传统的磁检测方法有漏磁通法、主磁通法和回路磁通法,相应的检测 元件有感应线圈、霍尔元件和磁通门等,目前传感器探头有向多种磁感应元件组成的混合探头发展的趋势。20世纪90年代以后提出的检测方法包括磁致伸缩法和 声发射-超声法。探伤设备的分辨力、检测信号的特点及可靠性、辅助检测电路的结构以及后续信号处理,均由传感器探头的结构和所用检测元件决定,下面以传感 器的类型为依据分析当前主要的钢丝绳无损检测方法。

　　1.1

　　感应线圈检测法

　　感应线圈传感器的结构如图1所示,永磁体将钢丝绳的被测区域沿轴向磁化至饱和,钢丝绳内的磁感应强度B保持恒定,穿过钢丝绳的磁通量与钢丝绳的 横截面积成正比,因而测量钢丝绳的轴向主磁通,可以定量检测钢丝绳的截面缺损；对于局部损伤,断口处会产生漏磁场,通过测量钢丝绳表面的漏磁,可间接确定 钢丝绳的局部损伤。感应线圈检测法最大的缺点是传感器的输出和检测速度有关,检测速度不均匀时传感器输出信号产生畸变,极低速时无输出。同时,速度不均匀 会造成检测信号在时间轴上的压缩或拉伸,不利于后续信号处理,因此需将时域采样信号转换成空间域的等空间采样信号以消除速度的影响。线圈传感器要求稳定的 检测速度,尽管目前的线圈传感器加入了霍尔元件等消除速度因素的装置,并在后续信号处理中加入了速度归一化环节,但为了使检测结果可靠,仍然需要稳定的速 度。感应线圈法成本低,易实现。1906年出现的di yi台钢丝绳探伤仪采用了交流励磁的感应线圈传感器,到目前,励磁方式从交流励磁和直流励磁发展为大量采用的永久励磁方式且技术日趋成熟。在R Wrnle 和H Müllur采用分体式差动线圈方便地将线圈绕在丝绳上后,感应线圈传感器法得到广泛的推广。如美国NDT Tech的钢丝绳探伤仪和鼎顺科仪的GSTC钢丝绳探伤仪采用感应线圈传感器,可定性检测钢丝绳的漏磁通,定量检测截面缺损的精度为0.1%,其 中NDT Tech各系列探头可分辨长度>50 mm的截面缺损缺陷,GST-Ⅲ钢丝绳探伤仪对局部损伤定性检测的准判率为95%,定量检测准判率为85%；波兰的ZawadaNDT采用感应线圈和霍尔 元件相结合的混合线圈传感器检测截面缺损的精度可达0.05%,可分辨的截面缺损的最小长度为30~50 mm[2,3]。线圈传感器在漏磁通检测中精度低,逐渐被淘汰,现在已趋于用霍尔元件来代替。

　　1.2

　　霍尔元件检测法

　　目前,钢丝绳缺陷漏磁场检测一般采用霍尔元件作为磁敏元件。霍尔元件传感器的最大优点是输出信号不受速度影响,且体积小,对小间隙空间的磁场测量有很大的优越性,因此得到广泛应用。

　　霍尔元件传感器的结构和线圈传感器相似,但前者的检测器件是镶嵌在传感器内壁的霍尔元件,后者是绕在钢丝绳上的感应线圈。霍尔元件用于探伤的原 理为,置于钢丝绳表面附近的霍尔元件可感应钢丝绳表面漏磁场的法向分量,并输出相应的电压信号。单纯的霍尔元件测磁灵敏度较低,大约为12 mV/mA·T,温漂大,制成的传感器电路结构复杂且不可靠。集成霍尔元件的出现解决了这个问题,美国史普拉格公司生产的集成霍尔元件UGN-3501T 线性灵敏度通常>0.7 V/ mA·T。集成霍尔元件的使用可简化钢丝绳无损检测的后续处理电路,增强检测信号的可靠性和稳定性,因此得到了推广。需注意的是,虽然霍尔元件传感器消除 了速度对信号幅度的影响,分析时依然要将时间域的信号转化到空间域,因为检测速度不恒定时,时间轴上的信号仍会随着采样速度被拉伸或压缩。

　　德国Stuttgart大学于1999年设计了内壁嵌有霍尔元件环形阵列的传感器探头,得到的检测信号由传统的一维信号变为可全面表征钢丝绳缺陷的三维信号,用图解法分析该信号可以清晰地描述钢丝绳轴向和周向的磁场形态[2],并作为检测钢丝绳周向分散损伤的理论根据；Zawada公司的霍尔元件探头能准确无误地检测所有严重缺陷,并确定缺陷位置和深度,检测局部损伤精度为钢丝绳横截面积的0.2%[4]；南 非AATS公司的AATS Model 817,俄罗斯Intron Plus Ltd的MH&F系列均采用了霍尔元件传感器,后者检测断丝的灵敏度为横截面积的0.5%~1%,截面缺损的检测精度为1%~2%,可分辨长度在 250~500 mm以上的截面缺损；Zawa-da公司和Intron Plus Ltd研制的探伤仪还可检测不同尺寸的扁钢丝绳[2]。

　　1.3

　　磁通门检测法

　　磁通门器件有很高的测磁灵敏度和定向性,可以静态地检测磁场强度,磁通门检测法在局部损伤检测中的效果优于线圈传感器。

　　磁通门检测法利用磁心材料在交变磁场的饱和激励下,由于钢丝绳缺陷漏磁场的影响而使感应输出的电压发生“非对称性”变化来检测漏磁场。目前,磁通门传感器多由单磁心单绕组磁通门组成(图2)[8]。在传感器内壁沿钢丝绳周向均匀布置这种单磁心单绕组检测回路就构成了磁通门探头(励磁方式和前两种方法相同),根据每个检测回路的输出可获取钢丝绳周向各处的磁场信息。

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