基于漏磁传感器的钢丝绳缺陷检测技术研究

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钢丝绳由于自身重量轻、抗拉强度高、承受动载和过载能力强等优点,广泛应用于机械、煤炭及冶金等领域。作为主要的提升、牵引和承重构件,钢丝绳在工作过程中,不可避免地出现如断丝、磨损、锈蚀等各种损伤。其运行和工作状态直接关系到人身财产安全,因此对钢丝绳的工作状态进行实时监测意义重大。  钢丝绳故障检测系统存在灵敏度低、稳定性差等缺点。如何提高钢丝绳故障检测精度是及早发现钢丝绳故障,消除事故隐患的关键。本文研究了钢丝绳损伤检测信号的处理方法,验证不同拉应力、检测速度及缺陷参数对漏磁信号检测的影响,从励磁结构、磁敏装置、结构优化方面研发新型漏磁霍尔传感器,进而全方面提高钢丝绳的检测精度。搭建具有调速与加载功能的钢丝绳检测平台,按照钢丝绳检验和报废规范制作不同缺陷位置、损伤程度的典型缺陷形式(断丝、磨损、锈蚀)的样绳。利用小波分解与重构的方法准确诊断钢丝绳典型缺陷的损伤程度和缺陷位置,获取大量有效的信息和数据,为后续实验的开展做充分的准备。  本论文从实验角度,设计了不同拉应力和检测速度条件下的钢丝绳漏磁检测实验方案,研究其对故障钢丝绳漏磁信号强度的影响。选用两种不同直径的典型缺陷钢丝绳,施加相同等级的拉应力和检测速度进行大量的漏磁检测实验。通过对实验数据进行分析与统计,随着拉应力和检测速度的增大,断丝、磨损、锈蚀钢丝绳漏磁信号奇异点处的峰峰值呈增长的趋势,并用方差分析验证了数据的有效性及拉应力和检测速度对漏磁信号的影响,详细解释了实验结论,对提高钢丝绳缺陷的检测精度和稳定性具有重要意义。  本论文从传感器角度,采用优化的磁路结构使钢丝绳达到磁饱和状态,Maxwell模拟钢丝绳的磁化状态,响应曲面设计法优化其结构尺寸。空间布置霍尔元件确定周向布置霍尔元件的数量和提离距离,使其能够全方位检测缺陷钢丝绳的漏磁信号。改进传感器的外部结构,使得励磁装置和磁敏装置方便拆分,实现霍尔元件与钢丝绳之间的提离距离可调,传感器结构尺寸达到最佳,质量达到最轻。利用研华数据采集卡对实时数据进行采集,LabVIEW软件搭建数据采集平台,实现信号的分析与处理,新型漏磁霍尔传感器能够精确定位和识别钢丝绳的轻度断丝、磨损、锈蚀故障,并利用方差分析验证了检测速度对其漏磁信号强度没有影响,具有较高的检测精度和稳定性。
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