钢丝绳在线智能检测系统的设计与实现

１ 检 测 原 理
钢 丝 绳 由多股 钢 丝 螺 旋形 捻 制 而 成 ， 股 又包 每
式中 ： Ｐ为检 测 到 缺 陷信 号 的 峰值 ， Ｖ； 缺 陷信 ｍ Ｗ为
号 的宽 度 ， ｓ为缺 陷 信号 的 面积 ； 为 缺 陷 区域 ｍｍ； 产生 的漏 磁 场 分布 函 数 ， 与缺 陷 减少 量 △ 缺 陷发 ４、 生 的长 度 ｌ缺 陷 产生 的部 位 ｄ 缺 陷 区域 内 的磁 导 、 、 率 、 丝绳 的磁导 率 和磁化 强度 有Ｊ
『 ＼
图 ２
Ｆｇ． Ｏｕ ｐ ｔ ｗａ ｅ ｏ ｍ ｆｔ ｅ ｄ ｔ ｃ ｉｇ ｅｅ ｉ２ ｔ ｕ ｖ ｆ ｒ ｏ ｈ ｅ ｅ ｔ ｌｍｅｎ ｉ ｎ ｌ ｎ ｔ ｓｇ ａ
钢丝 绳损 伤分 析识别 特征 量 的选取 主要 考虑 以
图 １ 传 感 器 检 测 原 理 示 惹 图 Ｆｇ１ Ｓ ｈ ｍａ ｉ ｆｔｅ ｓ ｎ ｏ ’ ｅｅ ｔ ｇ ｐｒ ｃｐｅ ｉ． ｃ ｅ ｔ ｏ ｈ ｅ ｓ ｒＳ ｄ ｔ ｃｉ ｉ ｉｌ ｃ ｎ ｎ
传 感器 的性 能参 数 ， 它与传 感器 结构 有关 。
１２ 缺 陷 信 号 特 征 量 ．
由于非 铁 磁性 物 质 的磁 导率 远 比钢 丝绳 本 身 小 ， 缺
陷 处 磁 阻 增 大 ，从 而 使 通 过该 区 域 的 磁 场 发 生 畸 变 。 陷 附近 将产 生 扩散 漏 磁场 。缺 陷 的状 况 将 缺 在 漏磁 场 的特 征参 数 中有所 反 映 ， 敏 感检 测 元 件 磁 搜集 钢 丝 绳周 围的漏 磁 场信 息 。 经过 磁 电转 换 后 成
下几方 面因素 。
① 信 号 的峰 值 ： 由于 断丝 附近存 在 信 号 局部 峰
值， 这部 分 信号 的绝对 峰 值 常 常高 于正 常 钢 丝绳 的
股波 漏 磁信 号 。 因此 ． 根据 一 个 捻距 内峰 值 的大 可 小粗 略判 断该捻 距 内有无 断丝及 断丝 的位 置 。 － ａ ｛ （ ），＝ ， ， ， ｍ ｘ ｙ ｋ ｝ｋ ｌ２ … ｎ
Ｒｏ ｅ ｐ
ｚＨ０ＮＧ ａ ． ｏ ｇ， Ｘｉ ｏ ｙ ｎ ＺＨＡＮＧ ａ — ｏ ｇ Ｘｉｏ ｈ ｎ （ ｃ ｏ ｌｏ ｃｅ ｃ ，ｉｎ ｘ ｉｅｓｔ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ， ｎｈ ｕ ３ ０ ０， ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＳ ｉｎ ｅ Ｊａ ｇ ｉＵｎｖ ｒｉ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ Ｇａ ｚ ｏ ４１０ Ｃ ｉａ ｙ
授 ， 究 方 向为 细胞 神 经 网络 、 线 性 动 力 学 系统 理 论 。 研 非
口
ＡｍｎＩｕｔｎ０７ ｕａ ＆ｓ ｅｉ２（ ｔｔ ｎｍａ １ ｏｉ ｔｎｏ ２ ｏ ｒ ｔ ）
的使用 ， 取得 了较 为满 意 的效果 。
可用 下式 来描 述 ：
ｇｐ， Ｓ ＝ （ ，， ， ｄ （ Ｗ，） Ｚｄ ， ， ） （） ２
基 金 项 目 ： 家 自然 科 学 基 金 项 目（ １６０ ２ ； 西 省 自然科 学基 金 项 目（０ ０ Ｚ ０ ８ ） 国 １０ ２ ０ ）江 ２ １Ｇ Ｓ ０ ３ 作 者 简 介 ： 小 勇 （９ ４ ）男 ， 授 级 高 级 工 程 师 ， 究 方 向为 传 感 技 术 、 损 检 测 、 入 式 系统 ； 小 红 （９６ ）女 ， 钟 １６ 一 ， 教 研 无 嵌 张 １６ 一 ， 教
．
含 众 多 的单根 钢 丝 ， 一种 铁 磁 性 构件 。利 用 钢丝 是
绳 导磁 性 能 良好 的特 性 ． 系 统 检 测原 理 采 用 电磁 本
检 测法 。 图 １ 示 。当钢 丝绳通 过 传感器 时 ， 如 所 传感
器 中的 永 磁 体 将 被 检 钢 丝 绳 段 局 部 磁 化 至 饱 和 状 态 。如 果 钢丝 绳存 在 缺 陷 ， 如裂 纹 、 断丝 和 磨 损 等 ，
钢 丝 绳 作 为 承载 的重 要 部 件 ，广 泛 应 用 于提 升 、 重和牵 引 系统之 中。设 备运 行时 ， 起 钢丝绳 会不 断受 到磨 擦 、 复 缠 绕 等 机 械运 动 ， 反 以及 锈蚀 等 环 境 因素 影 响 ， 生 各种 缺 陷ｌ 从 而 导致 其 承载 能 力 产 １ １ ， 降低 。一 旦发 生断 裂 ， 果将是 严重 的 。因此 ， 钢 后 对 丝 绳进 行 监测 十 分必 要ｌ ］ 目前 ， 数企 业 依然 采 】。 － ２ 多 用 人 工手 摸 目测 的检测 方法 ， 钢丝 绳 检测 及 安全 性
－
１１ 检 测元 件 ．
目前 ， 漏 磁 场 的检 测 可 采 用 霍 尔 元 件 、 应 对 感
线 圈 、 通 门等元 件 。与其 它检测 元 件相 比， 尔元 磁 霍 件 输 出电压 与速 度无关 ， 积小 ， 辨力 高 。考 虑现 体 分
场 检 测 时 。 丝 绳 运 行 速 度 难 以 控 制均 匀 ， 产 生 钢 会 晃 动 ， 系统 检测 元件 采用 霍尔 元件 。另外 ， 场钢 本 现 丝 绳 表 面 的油垢 往 往较 多 ， 尔 元件 输 出信 号不 受 霍 其 影 响 。单 片霍 尔 元件 搜 索 的 范 围有 限 ， 统采 用 系 多片 霍尔 元 件均 匀 布 置于 钢丝 绳 的周 向组 成 阵 列 。 所 需检 测元 件 的最少个 数 Ⅳ ｍ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｅ ｓ ｔ ｆ ｓ ｅ ｉｅ ｒ ｐ ａ ｉ ｃ ｅａｉｎ ｔ ｈ ａ ｅｙ ｏ ｅ ｐ ｅ Ｓ ｌ ｅ ｎ ｑ ｉ ｍｅ ｔ．Ｉ ｈ ｉｗ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｔ ｅ ｏ ｔ ｌ ｗ ｒ ｏ ｅ ｈ ｓ ｄ ｒ ｔｒ ｌｔ ｏ ｔ ｅ ｓ ｆ ｔ ｆ ｐ ｏ ｌ ’ ｉ ｓ ａ ｄ ｅ ｕ ｐ ｎ ｓ ｎ ｔ ｅ ｖｅ ａ ｅ ｅ ｏ ｖ ０ ｈ Ｏ ｅ ｒ ｅ ｏ ｕ ｏ ｔ ｎ ｌ ｖ ｌ ａ ｄ ｗｅ ｋ ｅ ｕ ｔ ｖ ｌａ ｉｎ ｅ ｉ ｅ ｎ ｃ ｒｅ ｔ ｄ ｔ ｃｉｎ ｏ ｔ ｅ ｉ ｏ ｅ ， ｆ ｔ ｅ ｌＷ ｄ ｇ ｅ ｆ ａ ｔｍａｉ ｅ ｅ ｎ ａ ｓ ｃ ｒ ｙ ｅ ａｕ ｔ ｘｓ ｄ ｉ ｕ ｒ ｎ ｅｅ ｔ ｆ ｓｅ ｌ ｗ ｒ ｒ ｐ ｓ ａ ｏ ｉ ｏ ｔ ｏ ｅ ｏ ｌ ｅ ｉｔ ｌ ｇ ｎ ｅ ｅ ｔ ｎ ｓ ｓ ｍ ｆ ｓｅ ｌ ｗ ｒ ｏ ｅ ｗ ｓ ｄ ｓ ｎ ｄ ａ ｄ ｉ ｌｍｅ ｔｄ ｈ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｉｉ ｌ ｉｎ ｎ ｉ ｎ ｅｌ ｅ ｔ ｄ ｔ ｃｉ ｙ ｔ ｎ ｉ ｏ ｅ ｏ ｔｅ ｉｅ ｒ ｐ ａ ｅ ｉ ｅ ｎ ｍｐｅ ｎ ｅ ．Ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｔ ｋ ｓ ｄ ｇｔ ｓ ａ ｇ ａ ｇｌ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ Ｔ ３ ０ ２ １ ｓ ｔ ｅ ｃ ｒ ｒ ｃ ｓｏ ， ｔ Ｈａｌ ｅ ｅ ｎ ｒａ ｅｅ ｔ ｇ ｌ ａ ａ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｅｄ ｒ ｕ ｄ ｓｅ ｌ ｒ ｃ ｓｏ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ ａ ｈ ｏ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ｗｉ ｈ ｌ ｌｍｅ ｔ ａ ｒ ｙ ｄ ｔｃｉ ｅ ｋ ｇ ｇ ｅｉ ｆ ｌ ａｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｃｉ ｗ ｒ ｏ ｅ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｄ ａ ｐｉ ａｉｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ａ ｈ ｙ ｔ ｍ ｓ ｓａ ｌ ，ｅｉ ｂｅ ａ ｄ ｓ ｉ ｂ ｅ ｆ ｒ ｔ ｅ ｈ ｒ ｈ ｉ ｒ ｐ ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｎ ｐ ｌ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｈ ｔ ｔ ｅ ｓ ｓｅ ｗａ ｔｂ ｅ ｒ ｌ ｌ ｎ ｕ ｔ ｌ ｏ ｈ ａｓ ｅ ｉ ｃ ｏ ｓ ａ ａ ｉ ｄ ｅ ｖｒ ｍｅ ｔ．Ｉ ａ ｕ ｏ ｔ ｌ ｙ ｉ ｅ ｔ ｙ ｄ ｆｃ ｓ ｆ ｗ ｒ ｏ ｅ ｏ ｌ ｎ ｖ ａｅ ｗｉ ｒ ｐ ｕ ｎ ｉ ｔ ｌ ． ｆ ｌ ｎ ｉ ｎ ｎ ｓ ｔ ｃ ｎ ａ ｔ ｍａｉ ａｌ ｄ ｎ ｉ ｅｅ ｔ ｏ ｉｅ ｒｐ ｎ ｉｅ ａ ｄ ｅ ａｕ ｔ ｒ ｏ ｅ ｑ ａ ｔ ａ ｉｅｙ ｅ ｏ ｃ ｆ ｎ ｌ ｅ ｔ ｖ
／
为包 含 缺 陷信 息 的 电信 号 。对 此 信号 进 行 处理 、 分
析 和反演 ， 即可得 到钢丝 绳 的缺 陷情况 。
Ｉ Ｉ 叶， 俐 ，
Ｄ
０Ｖ
√
＼
八
检 测 元 件 输 出 信 号 渡 形 图
－ Ｉ奏。 蚕， ， — ＇ ，
三芎ｉ 薯＝＝＝ ＝ 暑＝＝ ＇ｃ 皇＝＝＝ ＝＝＝：
并 对钢 丝绳 状 况 做 出定 量评 估 。
关 键 词 ： 丝绳 ； 测 ； 陷 ； 钢 检 缺 漏磁 场 ； 字信 号 处 理 器 数
中图 分 类 号 ： Ｐ ７ Ｔ ２４ 文 献标 志码 ： Ａ
Ｄｅ ｉ ｎ ｎ Ｉ ｓｇ ａ ｄ ｍｐｌｍ ｅ ｔ ｔｏ ｏ ｎ ｉ ｎｔ ｌ ｇ ｎ Ｄｅ ｅ ｔｏ Ｓ ｔ ｍ ｏ ｔ ｅ Ｗ ｉｅ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｆ Ｏ ｌ ｎｅ Ｉ ｅｌ ｅ ｔ ｉ ｔ ｃ ｉ ｎ ｙｓｅ ｆ Ｓｅ ｌ ｒ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ｅ ｉ ｏ ｅ ｄ ｔｃ ｉｎ； ｕｔ ｌ ａ ａ ｅ ｍａ ｎ ｔ ｉ ｌ ｄ ｇｔｌ ｓｇ ａ ｒ ｃ ｓ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ：ｔ ｌ ｗ ｒ ｒｐ ； ｅ ｅ ｔ ｅ ｅ ｏ ｆ ｌ ； ｋ ｇ ｇ ｅｉ ｆ ｄ； ｉｉ ｉ ｌ ｐ ｏ ｅ ｓ ｒ ａ ｅ ｃ ｅ ａ ｎ
收 稿 日期 ：０ ２ Ｏ — １ 修 订 日期 ：０ ２ ０ — ７ ２ １一 １３ ： ２ １ － ２ ０
评 估较 为薄 弱 。虽 然钢 丝绳缺 陷检 测与 分析 技术取 得 了一 定 的进 展 ， 现有 的检测 手段 仍然 存在效 率 低 、 自动化 水平 不高 等 问题［ １ ２。 － ３
处理 器Ｔ ３ ０ ２ １ 为 控 制核 心 ． 计 并 实现 了钢 丝 绳在 线 智 能 检 测 系统 。试 验 及 应 用表 ＭＳ ２ Ｆ ８ ２ 设
明 ： 系统 性 能 稳 定 可靠 ， 应 较 为 恶劣 的 现 场 检 测 环 境 ， 该 适 能够 在 线 自动 识 别 钢 丝 绳 缺 陷 ，
本 文 在深入 研究 钢丝绳 无损 检测 技术及 实 验 的
基 础上 ． 合嵌 入式 系统及 智 能化信 息处 理等 技术 ， 结
设 计 了以数 字 信 号 处 理器 Ｔ ３ ０ ２ ｌ ＭＳ ２ Ｆ ８ ２为 核 心 的
钢 丝绳 在线智 能检 测 系统 。 港 口、 山等一些 部 门 经 矿
霍 尔 元件 检 测 到 的钢 丝绳 缺 陷 漏磁 信 号 ， 图 如 ２所 示 。 陷漏磁 信号 的峰 和两个 谷组 成一 个波 动 。 缺 该 信 号经 过后 续 电路处 理 ， 漏 磁信 号 的 特征 量 对 用
缺 陷进 行定 性和 定量判 别 ， 出钢丝绳 的完 好状 况 。 得
文 章 编 号 ：０ １９４ （０ ２０ —０ ６０ １０ －９４２ １ ）７０ ４ —４
钢 丝绳 在 线 智能检 测 系统 的设 计 与实现
钟 小 勇 ． 小红 张
（ 西理工大学 理 学院， 州 ３ １ ０ ） 江 赣 ４ ０ ０
摘 要 ： 丝 绳的 完好 程 度 直接 关 系到 人 身和设 备 安 全 。针 对 目前钢 丝 绳检 测 中 自动化 程 度 钢 低 及 安 全 性 评 估 较 为 薄 弱 的 状 况 ． 用 霍 尔元 件 阵列 检 测 钢 丝 绳 表 面 漏 磁 场 ， 采 以数 字 信 号