一種新型鋼絲繩無損檢測裝置及檢測方法與流程
2023-10-25 10:29:22 2
本發明專利涉及鋼絲繩無損檢測領域，具體涉及一種新型鋼絲繩無損檢測裝置及檢測方法。
背景技術：
鋼絲繩的無損檢測技術經過幾十年的發展，經過大量的試驗和探索目前已經提出了多種鋼絲繩的損傷檢測方法，主要包括：直接目測法、電渦流檢測法、超聲波檢測法、聲發射檢測法、電流檢測法、光學檢測法、x射線檢測法以及磁檢測法。
上述無損檢測法中，前幾種檢測方法因檢測局限性大、設備結構複雜以及成本較高、抗幹擾能力低等原因在實際的應用中受到了較大的限制。由於鋼絲繩是由高碳鋼通過複雜的工藝過程製作形成，具有非常良好的磁導性能，很適合採用電磁檢測法進行檢測；而磁檢測法通過對鋼絲繩的表面漏磁場的變化來判斷鋼絲繩的內外部損斷絲、磨損等損傷情況，成本低、在實際應用中易實現，是目前公認比較成熟，應用較廣泛的無損檢測方法。
從第一臺鋼絲繩探傷儀面市以來，鋼絲繩電磁無損檢測技術得到了不斷發展，但在實際使用當中大多都是使用強磁檢測技術，檢測前要將被檢測鋼絲繩磁化至飽和，其主要的檢測元件有：霍爾元件、感應線圈、磁通門等。主要問題如下：
1.利用漏磁場理論進行鋼絲繩缺陷檢測時多數傳感器無法捕捉到鋼絲繩原始損傷磁場信號，同時強磁的磁化模式使得漏磁場信號中夾雜著大量噪聲，檢測信號嚴重失真，嚴重影響了檢測的精度。
2.強磁檢測多要求檢測傳感器儘可能的貼近鋼絲繩的表面，且受檢測速度的制約。當鋼絲繩產生抖動或者運行速度變化較大時，傳感器無法檢測到真實的損傷信號，檢測結果的可靠性和穩定性較差。
3.目前所使用的鋼絲繩探傷儀自動化程度都不是很高，數據採集系統的識別能力以及對損傷信號的分析處理能力都有待提高，並且傳統的強磁檢測儀器都十分笨重，現場使用起來比較複雜。而且，先用勵磁器勵磁，再用檢測探頭檢測的探傷模式也不能保證檢測條件的統一。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供了一種新型新型鋼絲繩無損檢測裝置及檢測方法，能夠實現同一段鋼絲繩在同一檢測過程中可以獲得兩個不同大小的勵磁強度，進而產生不同強度漏磁場信號，達到提高檢測精度的目的；結構簡單、採用弱磁檢測方式，可以避免採用強磁方式產生的大量噪聲，可靠性和穩定性好。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是：一種鋼絲繩無損檢測裝置，包括往復滑動組件、電磁屏蔽組件、勵磁組件和漏磁場信號採集傳輸組件；所述電磁屏蔽組件設置在往復滑動組件上，所述勵磁組件設置在電磁屏蔽組件內部，所述漏磁場信號採集傳輸模塊與勵磁組件間隔設置；
其中，電磁屏蔽組件包括上開合部件和下固定部件，所述上開合部件鉸接在下固定部件的一側；
所述勵磁組件包括上勵磁構件和下勵磁構件，所述上勵磁構件嵌裝在電磁屏蔽組件的上開合部件中，所述下勵磁構件嵌裝在下固定部件中；
所述漏磁場信號採集傳輸模塊包括支撐架、漏磁傳感器陣列和信號傳輸單元，所述支撐架設置在勵磁組件之間，所述信號傳輸單元固定在支撐架上，所述漏磁傳感器陣列設置在信號傳輸單元上。
作為本發明進一步改進的，所述往復滑動組件包括導軌和滑塊，滑塊卡合在導軌上。
作為本發明進一步改進的，所述勵磁組件包括永磁體底座、嵌於永磁體底座內部圓弧槽中的永磁體、連接板以及用於固定永磁體底座的託架，連接板設置在永磁體底座的兩側；
所述待檢測鋼絲繩穿過永磁體時，漏磁傳感器陣列採集漏磁場的強度大小；託架可以避免待測鋼絲繩與永磁體、漏磁傳感器陣列的直接接觸。
作為本發明進一步改進的，所述永磁體至少包括3組，每組永磁體包括上永磁體和下永磁體；每組永磁體的間距為永磁體厚度值的1～1.5倍，每塊上永磁體或下永磁體的外徑為其內徑的2～4倍；永磁體內孔表面與被測鋼絲繩表面間距為1～1.5mm。
作為本發明進一步改進的，所述3組永磁體組成的兩個勵磁區間，進而依次獲得兩個大小不同的勵磁強度區域；
其中，左右兩端的兩組永磁體沿徑向充磁；右端永磁體的上永磁體的極性為外n內s，下永磁體的極性為外s內n；左端永磁體的上永磁體的極性為外s內n，下永磁體為外n內s；
其中，中間永磁體沿軸向充磁，充磁方向為右n左s；檢測裝置工作時，待測鋼絲繩相對檢測裝置由左向右依次通過各組永磁體。
作為本發明進一步改進的，一種鋼絲繩無損檢測方法，包括以下步驟：
(1)將待檢測鋼絲繩放入無損檢測裝置；
(2)左右推動電磁屏蔽組件，電磁屏蔽組件在導軌上的往復運動距離為50mm～60mm；檢查同一段鋼絲繩在通過兩個勵磁區間後得到的勵磁強度值，確認無損檢測裝置工作正常；
(3)從右向左推動電磁屏蔽組件，使待檢測鋼絲繩從左向右穿過勵磁組件形成的兩個勵磁區間；同一段鋼絲繩在通過兩個勵磁區間後得到的勵磁強度不同，從而產生的漏磁場強度也不同；
(4)傳感器陣列採集的信號中包括漏磁場信號、股波信號以及噪聲信號；有效的漏磁場信號是一定存在的且強度遠高於股波信號，而噪聲信號為隨機誤差，是在檢測過程中隨機產生的誤差信號，通過兩個勵磁區間採集到的信號中同時且一定包含漏磁場信息；由於右側勵磁區間的勵磁強度大於左側勵磁區間的勵磁強度，因此右側勵磁區間的有效漏磁場信號較強，同時股波信號與噪聲信號也較強，而左側勵磁區間的漏磁場信號隨較弱，但股波信號與噪聲信號也較弱；
(5)對步驟（4）中兩種不同強度的信號進行分析，通過疊加、比較、去噪後保留有效的漏磁場信號，並分析過程中設置閾值；
(6)將步驟（5）中得到的信號經信號傳輸單元傳遞到外部計算機中進行信號離線分析處理。
作為本發明進一步改進的，所述步驟（3）中推動電磁屏蔽組件的速度為25mm/s～45mm/s。
由於上述技術方案的運用，本發明與現有技術相比具有下列優點：
能夠實現同一段鋼絲繩在同一檢測過程中可以獲得兩個不同大小的勵磁強度，進而產生不同強度漏磁場信號，達到提高檢測精度的目的；結構簡單、採用弱磁激勵檢測方式，可以避免採用強磁激勵方式時產生的大量噪聲，可靠性和穩定性好。
附圖說明
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：
圖1是本發明檢測裝置的主視圖；
圖2是本發明檢測裝置的側視圖（去除往復滑動組件後）；
圖3是本發明的勵磁組件和漏磁場信號採集傳輸組件結構示意圖；
圖4是圖3中勵磁組件的結構圖；
圖5是本發明漏磁場信號採集傳輸組件局部結構示意圖。
其中：1、上開合部件；2、永磁體底座；3、支撐架；4、漏磁傳感器陣列；5、信號傳輸單元；6、勵磁組件；7、導軌；8、合頁；9、下固定部件；10、滑塊；11、連接板；12、託架；13、鎖扣。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1至圖5所示的鋼絲繩無損檢測裝置，包括往復滑動組件、電磁屏蔽組件、勵磁組件和漏磁場信號採集傳輸組件；漏磁場信號採集傳輸組件採集鋼絲繩的漏磁信號並發送給外部計算機中進行信號離線分析處理；勵磁組件為鋼絲繩提供弱磁激勵源；電磁屏蔽組件即可以防止勵磁組件對其它設備產生電磁幹擾，也可以防止其它設備對鋼絲繩無損檢測裝置產生電磁幹擾；往復滑動組件為鋼絲繩切割磁感線提供動力。能夠實現同一段鋼絲繩在同一檢測過程中可以獲得兩個不同大小的勵磁強度，進而產生不同強度漏磁場信號，達到提高檢測精度的目的；同時，上述檢測裝置結構簡單、採用弱磁激勵檢測方式，可以避免採用強磁激勵方式時產生的大量噪聲，可靠性和穩定性好。
為實現上述目的，電磁屏蔽組件設置在往復滑動組件上，勵磁組件設置在電磁屏蔽組件內部，漏磁場信號採集傳輸模塊與勵磁組件間隔設置；
其中，電磁屏蔽組件包括上開合部件1和下固定部件9，上開合部件1鉸接在下固定部件9的一側，方便勵磁組件6的拆裝；
勵磁組件6包括上勵磁構件和下勵磁構件，上勵磁構件嵌裝在電磁屏蔽組件的上開合部件1中，下勵磁構件嵌裝在下固定部件9中；
漏磁場信號採集傳輸模塊包括支撐架3、漏磁傳感器陣列4和信號傳輸單元5，支撐架3設置在勵磁組件6之間，信號傳輸單元5固定在支撐架6上，漏磁傳感器陣列4設置在信號傳輸單元5上。
下固定部件9沿滑軌7從右向左滑動，待測鋼絲繩相對於檢測裝置由左向右依次通過兩個勵磁區間及漏磁傳感器陣列4,此時，待測鋼絲繩會被勵磁組件6勵磁從而在左側勵磁區間獲得相對較弱的勵磁強度，產生的漏磁場信號被左側漏磁傳感器陣列4檢測獲取，然後在通過右側的勵磁區間時，產生較強的勵磁強度，產生的漏磁場信號由右側漏磁傳感器陣列4採集，最後將兩次採集到的信號經由信號傳輸單元5傳輸至外部計算機進行存儲，並進行信號的疊加比較處理，得到有效的高精度的漏磁場信號。
外部殼體包括上開合部件1、下固定部件9、由螺栓緊固於上開合部件1與下固定部件9的兩個合頁8和鎖扣13，上開合部件1與下固定部件9可以開合，方便取放鋼絲繩，檢測裝置運行時，利用螺栓螺母將上開合部件1與下固定部件9的鎖扣鎖緊，防止裝置工作過程中上下兩部分分離，下固定部件9與滑塊10通過螺栓連接，滑塊10沿滑軌7運動；
永磁體勵磁機構包括上下兩部分永磁體底座2、嵌於永磁體底座2內部圓弧槽中的六塊勵磁組件6、用於固定永磁體的12塊連接板11以及用於固定信號採集傳輸電路模塊的託架12，12塊連接板11與永磁體底座2之間通過螺栓連接，限制永磁體沿徑向的自由度，託架12的兩端加工有通孔，與永磁體底座2兩端側面預先加工好的螺紋孔通過螺栓進行連接，當鋼絲繩從上下兩個託架12組成的通道中通過時，漏磁場可以穿過託架12被漏磁傳感器陣列4採集到，同時託架12可以避免鋼絲繩與6塊勵磁組件6與漏磁傳感器陣列4的直接接觸，減少磨損，提高壽命；
漏磁場信號採集傳輸電路模塊包括沿圓周排列的四組漏磁傳感器陣列4、四塊信號傳輸單元5以及用於支撐信號傳輸單元5的四組支撐架3，支撐架3兩端支撐在勵磁組件6側面，防止信號傳輸單元5傾倒，漏磁傳感器陣列4相對於鋼絲繩沿軸向運動，測量漏磁場的徑向分量的變化情況，通過信號傳輸單元5的一系列電路，最終將信號傳遞到外部計算機中進行信號離線處理；
永磁體勵磁機構與漏磁場信號採集傳輸電路模塊分為上下兩個部分，上下兩個部分分別通過託架12與永磁體底座2經螺栓連接，組成該裝置探頭部分的上下兩個部分，探頭的上下兩部分與上開合部件1、下固定部件9內部焊接的支架通過螺栓進行連接，使得探頭上下兩部分與上開合部件1與下固定部件9分別組成該裝置可開合的上下兩部分，通過螺栓連接好後的上開合部件1與永磁體底座2、勵磁組件6、漏磁傳感器陣列4、信號傳輸單元5、支撐架3、永磁體連接板11、託架12，共同組成裝置的上半部分，可以沿著合頁8進行開合，實現方便取放鋼絲繩的目的。
勵磁組件6尺寸的選擇與三組勵磁組件6之間的間距存在一定的關係，根據實驗結果總結得知，三組勵磁組件6彼此的間距應設置為永磁體厚度尺寸的1～1.5倍，每塊半環形勵磁組件6的外徑為內徑的2～4倍，勵磁組件6內表面與被測鋼絲繩表面間距為1～1.5mm，6塊勵磁組件6分成三組，左右兩端的兩組勵磁組件6沿徑向充磁，右端一組勵磁組件6的上半勵磁組件6的極性為外n內s，下半勵磁組件6的極性為外s內n，左端一組勵磁組件6的上半勵磁組件6的極性為外s內n，下半勵磁組件6為外n內s，中間一組勵磁組件6沿軸向充磁，充磁方向為右n左s，其中右端一組勵磁組件6與中間一組勵磁組件6的磁感應強度及矯頑力應儘可能的高，以使鋼絲繩達到勵磁飽和狀態，所以應採用儘可能大的牌號，而為使兩個勵磁區間產生的勵磁強度不同，左端一組勵磁組件6的磁感應強度與矯頑力應低於上述兩組勵磁組件6，但同時為保證漏磁場信號有效產生，左端一組勵磁組件6的參數不應過小，一般保證其牌號低於中間及右端兩組勵磁組件6五個等級，這樣即可產生兩個勵磁強度不同的勵磁區間，其中左側勵磁區間的勵磁強度較小，右側勵磁區間的勵磁強度較大，檢測裝置工作時，鋼絲繩相對檢測裝置由左向右依次通過三組勵磁組件6組成的兩個勵磁區間，進而依次獲得兩個大小不同的勵磁強度。
三組勵磁組件6形成的兩個勵磁區間，在這兩個區間裡放置兩組磁場測量漏磁傳感器陣列4，漏磁傳感器陣列4沿圓周均勻排布，漏磁傳感器陣列4與信號傳輸單元5共同組成漏磁場檢測與信號傳輸系統，每組傳輸系統分為上下兩部分，通過託架12與支撐架3固定，使其與勵磁機構的上下部分分別連接為檢測探頭的上下兩部分，由漏磁傳感器陣列4採集並經過信號傳輸單元5處理後的信號最終傳入外部計算機儲存並進行信號離線分析。
本發明的鋼絲繩無損檢測方法：
(1)待測鋼絲繩穿過檢測探頭上下兩部分形成的通道，相對於檢測裝置由左向右依次通過左右兩個勵磁區間，同一段鋼絲繩在通過兩個勵磁區間後得到的勵磁強度不同，從而產生的漏磁場強度也不同；
(2)左右兩組磁場檢測漏磁傳感器陣列4採集到的有效漏磁場信號強度、股波信號強度以及噪聲信號強度不相同，因為有效的漏磁場信號是一定存在的且強度遠高於股波信號，而噪聲信號為隨機誤差，是在檢測過程中隨機產生的誤差信號，所以通過兩組漏磁傳感器陣列4採集到的信號中同時且一定包含漏磁場信息，而由於右側漏磁傳感器陣列4位於勵磁強度較強的勵磁區間，左側漏磁傳感器陣列4位於勵磁強度較弱的勵磁區間，所以右側漏磁傳感器陣列4採集到的有效漏磁場信號較強，同時股波信號與噪聲信號也較強，而左側漏磁傳感器陣列4採集到的漏磁場信號隨較弱，但股波信號與噪聲信號也較弱，甚至沒有；
(3)在後續信號處理及分析過程中設置閾值，保留有效的漏磁場信號，並通過將兩組漏磁傳感器陣列4採集到的信號進行疊加比較處理。
以上僅是本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。凡採用等同變換或者等效替換而形成的技術方案，均落在本發明權利保護範圍之內。