专利名称：一种钢丝绳缺陷检测系统的制作方法
技术领域：
一种钢丝绳缺陷检测系统技术领域[0001]本实用新型涉及钢丝绳缺陷检测技术领域，尤其涉及一种钢丝绳缺陷检测系统。
技术背景[0002]钢丝绳一般是由许多单根高强度钢丝绕在一起形成股，再由数条绳股围绕一个绳 芯编绕而成。它具有强度高、自重轻、弹性好、能承受冲击、过载能力强、即使高速工作也平 稳无噪音、不会突然断裂等优点，作为提升、运输及牵引设备中的重要构件被广泛应用。钢 丝绳是起重机械重要零件之一，也是保证起重作业安全的关键环节。但由于种种原因，使一 些钢丝绳在使用过程中过早损伤或破断，通过钢丝绳无损检测，及时得到检测数据，通过检 测数据，反应出钢丝绳的破断拉力，与实际工况对比，判定钢丝绳的安全性，对保证安全生 产、提高作业效率和经济效益等都具有十分重要的意义。[0003]钢丝绳缺陷检测分为有源检测和无源检测两大类。有源检测技术由于需要较大的 激励装置和高稳定电流源，而且设备的体积较大、安装调试不便、对使用环境要求较高，特 别是对于目前大量的现场实时检测要求的适应性不强，因此各仪器厂商和研究机构已逐渐 放弃该技术方案。而无源检测技术采用高剩磁、高矫顽力、高磁能积的永磁材料作为激励源 的核心，大大减小了激励装置体积，取消了激励装置供电电源，整个检测装置更加紧凑，现 场安装调试更加简单，得到了众多研究机构和用户的认可。[0004]但是钢丝绳的无源检测与棒类、管类、板类等铁磁性材料裂纹检测不同。由于钢丝 绳通常由直径相同的多根钢丝或直径不同的多种规格的钢丝组成，表面往往凹凸不平，内 部又存在着空气隙，不是铁磁性材料的连续体。因此，当钢丝绳被磁化后，其表面漏磁场中， 既有由于钢丝绳中断丝产生的空间局部区域内的漏磁场，也有因钢丝绳固有结构产生的背 景漏磁场。所以断丝漏磁检测将在较强的背景噪声下进行，降低了钢丝绳的缺陷检测的灵 敏度和准确度。实用新型内容[0005]针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种钢丝绳缺陷检测系统，其不 仅有效减小了股波信号，而且使信号对比更加明显，使断丝检测和量化更加便捷、准确。[0006]为达此目的，本实用新型采用以下技术方案[0007]一种钢丝绳缺陷检测系统，包括励磁单元、漏磁信号检测单元、距离测量单元、信 号采集单元、数据传输单元以及数据处理单元；[0008]所述励磁单元用于将被检测的钢丝绳沿其轴向磁化；[0009]所述漏磁信号检测单元与信号采集单元连接，用于检测所述钢丝绳上的漏磁信 号，并输出给信号采集单元；[0010]所述距离测量单元与信号采集单元连接，用于在所述漏磁信号检测单元与所述钢 丝绳发生相对运动时，输出反映漏磁信号检测单元运动距离的脉冲信号给信号采集单元；[0011]所述信号采集单元与数据传输单元连接，用于对所述漏磁信号进行调理，并将调理后的漏磁信号转换为数字信号后输出给数据传输单元，以及根据所述脉冲信号的脉冲个 数获得距离信号，并输出给数据传输单元；[0012]所述数据传输单元与数据处理单元连接，用于将所述数字信号和距离信号无线发 送给数据处理单元；[0013]所述数据处理单元用于将收到的所述数字信号与该测量点以前的N个测量点的 数字信号相减，获得差值信号，并根据该差值信号判断钢丝绳是否存在断丝，根据所述距离 信号获得钢丝绳存在断丝的位置，其中，所述测量点是指该缺陷检测系统对钢丝绳进行缺 陷检测的位置，N为正整数，N的大小与钢丝绳的捻距和缺陷检测系统的采样间隔相关联。[0014]特别地，所述漏磁信号检测单元包含探头，所述探头由与钢丝绳的捻数个数相同 的磁敏传感器构成；[0015]所述磁敏传感器沿钢丝绳径向均匀布置，用于检测钢丝绳上的漏磁信号，并输出 给信号采集单元。[0016]特别地，所述距离测量单元包括光电编码器和滚轮，其中，所述滚轮带动光电编码 器和探头沿钢丝绳运动；[0017]所述光电编码器用于在滚轮与钢丝绳发生相对运动时，输出脉冲信号给信号采集 单元。[0018]特别地，所述信号采集单元包括信号调理单元和模数转换单元；[0019]所述信号调理单元与漏磁信号检测单元连接，用于将输入的漏磁信号处理为模数 转换单元可以接收的信号，并将处理后的漏磁信号输出给模数转换单元；[0020]所述模数转换单元与信号调理单元及距离测量单元连接，用于将所述处理后的漏 磁信号转换为数字信号，输出给数据传输单元，并根据光电编码器输出的脉冲信号的脉冲 个数获得距离信号，输出给数据传输单元。[0021]特别地，所述模数转换单元包括型号为MAX186的模数转换器和型号为AT89C52的 单片机；[0022]所述模数转换器与信号调理单元连接，用于将接收的漏磁信号转换为数字信号， 并输出给单片机；[0023]所述单片机与光电编码器及模数转换单元连接，用于输出控制字给模数转换器， 控制模数转换器的模数转换过程，将接收的数字信号输出给数据传输单元，并输入的脉冲 信号的脉冲个数获得距离信号，输出给数据传输单元。[0024]特别地，所述数据传输单元选用型号为CC2430的射频芯片，用于完成对信号的发 射、中继及接收。[0025]特别地，所述数据处理单元选用计算机，用于对接收到的数字信号和距离信号进 行处理，判断钢丝绳是否存在断丝以及断丝存在的位置，并计算出断点处存在断丝的根数， 完成对钢丝绳的定性检测和定量测量。[0026]特别地，所述励磁单元由两个可以相互咬合的对称部分组成，所述对称部分中永 磁体嵌入在衔铁内部，钢丝绳穿过中间的导套完成磁化。[0027]特别地，所述永磁铁选用稀土永磁体，所述衔铁采用磁钢材料，所述导套采用聚氯 乙烯(PVC)材料。[0028]本实用新型在励磁单元中部靠近钢丝绳表面一定距离处，沿钢丝绳径向均匀布置捻数个磁敏传感器，通过一定的权值将各个磁敏传感器检测到的漏磁信号合成一路输出给 信号采集单元。信号采集单元将所述漏磁信号转换为数字信号，并通过数据传输单元发送 给数据处理单元。数据处理单元将所述数字信号与该测量点以前的N个测量点的数字信号 相减，获得差值信号，并根据该差值信号判断钢丝绳是否存在断丝，其中，所述测量点是指 该缺陷检测系统对钢丝绳进行缺陷检测的位置，N为正整数，N的大小与钢丝绳的捻距和缺 陷检测系统的采样间隔相关联。与传统的钢丝绳缺陷检测系统相比，本实用新型不仅减少 了使用传感器的数量，降低了装配要求，改善了设备稳定性，而且使信号对比更加明显，使 断丝检测和量化更加便捷、准确。
[0029]图[0030]图[0031]图[0032]图[0033]图具体实施方式
[0034]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，
以下结合附图和实施例对本 实用新型作进一步说明。[0035]请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的钢丝绳缺陷检测系统结构图。[0036]本实施例中钢丝绳缺陷检测系统包括励磁单元101、漏磁信号检测单元102、距 离测量单元103、信号采集单元104、数据传输单元105以及数据处理单元106。所述信号采 集单元104包括信号调理单元1041和模数转换单元1042。[0037]所述励磁单元101用于将被检测的钢丝绳107沿其轴向磁化。在对钢丝绳107 进行缺陷检测前，首先要通过励磁单元101将被检测的钢丝绳107沿其轴向磁化。这样一 来，当钢丝绳107存在损伤时，由于损伤处局部磁导率降低，从而导致该处磁阻增加，损伤 处就会产生漏泄于钢丝绳107表面以外的漏磁场，通过检测漏磁场存在的情况即可对钢丝 绳107存在的断丝缺陷进行判断。[0038]在本实施例中励磁单元101由两个可以相互咬合的对称部分组成，钢丝绳107穿 过中间的导套完成磁化。所述对称部分的每一部分均由永磁体和衔铁构成，衔铁两边薄中 间厚，永磁体嵌入在衔铁内部。为了提高磁化的质量，所述永磁铁选用稀土永磁体，所述衔 铁采用磁钢材料，所述导套采用聚氯乙烯(PVC)材料。如图2所示，图2为本实用新型实施 例提供的励磁单元轴向剖视图，图中L表示励磁单元101总长度即衔铁的长度，LI表示永磁 体沿钢丝绳轴向的长度，L2表示两极靴之间的距离，H表示励磁单元101总高度，Hl表示钢 丝绳107与极靴之间的气隙尺寸，H2表示气隙到衔铁之间的距离，H3表示衔铁的厚度。本 实施例中衔铁长度L选择13cm，厚度为Icm ;永磁体长宽LI选择4cm，厚度选择1cm。同时， 如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的励磁单元径向剖视图，图中301为衔铁，302为 永磁体,303为永磁体与钢丝绳之间的气隙，107为钢丝绳，永磁体302产生钢丝绳107磁化 的磁力源，磁力线沿着永磁体302、衔铁301、气隙303、钢丝绳107等形成磁力线传输的磁路。[0039]所述漏磁信号检测单元102与信号采集单元104连接，用于检测所述钢丝绳107 上的漏磁信号，并输出给信号采集单元104。所述漏磁信号检测单元102包含探头，所述探 头由与钢丝绳107的捻数个数相同的磁敏传感器构成。所述磁敏传感器在励磁单元101中 部靠近钢丝绳107表面2 5mm处，沿钢丝绳107径向均匀布置，用于检测钢丝绳107上的 漏磁信号，并将所述漏磁信号输出给信号采集单元104。[0040]本实施例中探头整体由两部分组成，相互可以闭合，钢丝绳107嵌入其中进行测 量。如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的漏磁信号检测单元实际应用图。探头401 固定在探头支架402下方，距离测量单元103中的光电编码器403通过支撑臂404连接在 探头支架402上，转动轴405连接距离测量单元103中的滚轮406。[0041]所述距离测量单元103与信号采集单元104连接，用于在所述漏磁信号检测单元 102与所述钢丝绳107发生相对运动时，输出反映漏磁信号检测单元102运动距离的脉冲信 号给信号采集单元104。[0042]本实施例中距离测量单元103包括光电编码器403和滚轮406，其中，所述滚轮 406通过转动轴405带动光电编码器403和探头401沿钢丝绳107运动。所述光电编码器 403用于在滚轮406与钢丝绳107发生相对运动时，输出脉冲信号给信号采集单元104。根 据脉冲信号中脉冲的个数即可获取滚轮406的运动距离，又因为探头401随滚轮406 —起 运动，所以也就可以获得探头401的运动距离。[0043]所述信号采集单元104与数据传输单元105连接，用于对所述漏磁信号进行调理， 并将调理后的漏磁信号转换为数字信号后输出给数据传输单元105，以及根据所述脉冲信 号的脉冲个数获得距离信号，并输出给数据传输单元105。[0044]本实施例中信号采集单元104包括信号调理单元1041和模数转换单元1042。所 述信号调理单元1041与漏磁信号检测单元102连接，用于将探头输入的漏磁信号处理为模 数转换单元1042可以接收的信号，并将处理后的漏磁信号输出给模数转换单元1042。由 于模数转换单元1042只能接收一定范围内的模拟信号，不能直接接收探头401采集的漏磁 信号，所以必须将漏磁信号通过信号调理单元1041进行放大、滤波、线性化补偿、隔离等处 理，然后才输入模数转换单元1042。[0045]所述模数转换单元1042与信号调理单元1041及距离测量单元103连接，用于将 信号调理单元1041处理后的漏磁信号转换为数字信号，输出给数据传输单元105，并根据 光电编码器403输出的脉冲信号的脉冲个数获得距离信号，输出给数据传输单元105。[0046]在本实施例中模数转换单元1042包括型号为MAX186的模数转换器和型号为 AT89C52的单片机。所述模数转换器与信号调理单元1041连接，用于将接收的漏磁信号转 换为数字信号，并输出给单片机。所述单片机与光电编码器403及模数转换单元1042连 接，用于输出控制字给模数转换器，控制模数转换器的模数转换过程，将接收的数字信号输 出给数据传输单元105，并输入的脉冲信号的脉冲个数获得距离信号，输出给数据传输单元 105。单片机的I /0端口的P1.1模拟串行传输的时钟，P1. 2输出控制字给模数转换器，P1. 3 串行接收数字信号；光电编码器403输出的脉冲信号，通过单片机INTO端口送入单片机触 发中断，进行数据采集，通过脉冲的个数获得距离信号，也即探头401运动的距离。其中， MAX186是一个采用逐次逼近A/D (模数)转换技术的高速超低功耗模数转换器，内部具有8通道多路转换器、宽带跟踪/保持电路和串行接口。AT89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256bytes的随机 存取数据存储器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元。[0047]所述数据传输单元105与数据处理单元106连接，用于将所述数字信号和距离信 号无线发送给数据处理单元106。[0048]本实施例中数据传输单元105选用型号为CC2430的射频芯片，用于完成对信号的 发射、中继及接收。射频芯片应用IEEE 802. 15. 4或ZigBee技术将信号无线发送给数据处 理单元106。其中，IEEE 802. 15. 4描述了低速率无线个人局域网的物理层和媒体接入控制 协议，它属于IEEE 802. 15工作组。ZigBee是基于IEEE802. 15. 4标准的低功耗个域网协 议，根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。[0049]所述数据处理单元106用于将收到的所述数字信号与该测量点以前的N个测量点 的数字信号相减，获得差值信号，并根据该差值信号判断钢丝绳107是否存在断丝，根据所 述距离信号获得钢丝绳107存在断丝的位置，其中，所述测量点是指该缺陷检测系统对钢 丝绳107进行缺陷检测的位置，N为正整数，N的大小与钢丝绳107的捻距和缺陷检测系统 的采样间隔相关联。[0050]本实施例中数据处理单元106选用计算机，用于对接收到的数字信号和距离信号 进行处理，判断钢丝绳107是否存在断丝以及断丝存在的位置，并计算出断点处存在断丝 的根数，完成对钢丝绳107的定性检测和定量测量。[0051]如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的数据处理单元106直接采集数据的 波形图。由图中可以看出，由左至右依次为六个断点突变信号，且缺陷依次逐渐增大，据此 可知在不考虑断点处断丝空间分布的前提下，漏磁信号强弱基本反映了断丝缺陷的大小， 且呈正相关。[0052]所述计算机对采集到的数字信号进行缺陷检测和量化分析。在断丝定性检测环 节，主要运用峰峰值Vpp (即第一阈值)进行检测，检测过程如下对采集到的每个数据与其 前一个数据进行比较，若增大则标志位flag取1，否则取O。当标志位flag由O变I时，即 数据经过一个极小值，若标志位由I变为O时，则数据经过一个极大值。若获得的极大值超 过紧贴于前的是一个极小值，且差值超过第一阈值，则判断存在断丝。对每一个断点处的实 际断丝数量与极大值进行二次拟合，得到反应断丝根数与极大值对应关系的函数。计算机 还可以通过逐点整理数据的增减变化，获得极点的幅度信息，极大值与紧跟着的极小值对 比，超过第一门限值即定性判断断丝存在，并由极小值计算断丝的位置信息。再根据波宽消 除钢丝绳107与导套摆动引起的宽脉冲干扰信号。对于单点集中断丝，针对不同规格的钢 丝绳107，通过实验确定量化的门限值要求，采用模糊分割的方法逼近真实断丝的根数。引 入波宽和波动面积可以判断断口的宽度和侵蚀量，采用模糊分割和逻辑判断方法，判断宽 断口的断位信息，辅助进行断丝根数的计算。同时，在实时检测基础上，对采样数据进行保 存，后续可通过数据后处理，人工逐点分析各突变点信息，定性判断模型外钢丝绳107的损 伤状况。而且，最终的检测结果可自动生成word格式的报表，便于上报和存档。[0053]本实用新型有效减小了股波信号，使断丝检测和量化更加便捷、准确，而且能够 实现钢丝绳107的缺陷定位、量化分析、检测结果的报表生成，同时，由于采用模块化设计，各个模块之间通过无线传输技术实现数据传输，因此具有环境适应性强、系统稳定的特点， 满足现代安全生产的要 求。[0054]上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，包括励磁单元、漏磁信号检测单元、距离测量单元、信号采集单元、数据传输单元以及数据处理单元； 所述励磁单元用于将被检测的钢丝绳沿其轴向磁化； 所述漏磁信号检测单元与信号采集单元连接，用于检测所述钢丝绳上的漏磁信号，并输出给信号采集单元； 所述距离测量单元与信号采集单元连接，用于在所述漏磁信号检测单元与所述钢丝绳发生相对运动时，输出反映漏磁信号检测单元运动距离的脉冲信号给信号采集单元； 所述信号采集单元与数据传输单元连接，用于对所述漏磁信号进行调理，并将调理后的漏磁信号转换为数字信号后输出给数据传输单元，以及根据所述脉冲信号的脉冲个数获得距离信号，并输出给数据传输单元； 所述数据传输单元与数据处理单元连接，用于将所述数字信号和距离信号无线发送给数据处理单元； 所述数据处理单元用于将收到的所述数字信号与该测量点以前的N个测量点的数字信号相减，获得差值信号，并根据该差值信号判断钢丝绳是否存在断丝，根据所述距离信号获得钢丝绳存在断丝的位置，其中，所述测量点是指该缺陷检测系统对钢丝绳进行缺陷检测的位置，N为正整数，N的大小与钢丝绳的捻距和缺陷检测系统的采样间隔相关联。
2.根据权利要求1所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述漏磁信号检测单元包含探头，所述探头由与钢丝绳的捻数个数相同的磁敏传感器构成； 所述磁敏传感器沿钢丝绳径向均匀布置，用于检测钢丝绳上的漏磁信号，并输出给信号采集单元。
3.根据权利要求2所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述距离测量单元包括光电编码器和滚轮，其中，所述滚轮带动光电编码器和探头沿钢丝绳运动； 所述光电编码器用于在滚轮与钢丝绳发生相对运动时，输出脉冲信号给信号采集单J Li o
4.根据权利要求3所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述信号采集单元包括信号调理单元和模数转换单元； 所述信号调理单元与漏磁信号检测单元连接，用于将输入的漏磁信号处理为模数转换单元可以接收的信号，并将处理后的漏磁信号输出给模数转换单元； 所述模数转换单元与信号调理单元及距离测量单元连接，用于将所述处理后的漏磁信号转换为数字信号，输出给数据传输单元，并根据光电编码器输出的脉冲信号的脉冲个数获得距离信号，输出给数据传输单元。
5.根据权利要求4所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述模数转换单元包括型号为MAX186的模数转换器和型号为AT89C52的单片机； 所述模数转换器与信号调理单元连接，用于将接收的漏磁信号转换为数字信号，并输出给单片机； 所述单片机与光电编码器及模数转换单元连接，用于输出控制字给模数转换器，控制模数转换器的模数转换过程，将接收的数字信号输出给数据传输单元，并输入的脉冲信号的脉冲个数获得距离信号，输出给数据传输单元。
6.根据权利要求5所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述数据传输单元选用型号为CC2430的射频芯片，用于完成对信号的发射、中继及接收。
7.根据权利要求6所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述数据处理单元选用计算机，用于对接收到的数字信号和距离信号进行处理，判断钢丝绳是否存在断丝以及断丝存在的位置，并计算出断点处存在断丝的根数，完成对钢丝绳的定性检测和定量测量。
8.根据权利要求7所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述励磁单元由两个可以相互咬合的对称部分组成，所述对称部分中永磁体嵌入在衔铁内部，钢丝绳穿过中间的导套完成磁化。
9.根据权利要求8所述的钢丝绳缺陷检测系统，其特征在于，所述永磁铁选用稀土永磁体，所述衔铁采用磁钢材料，所述导套采用聚氯乙烯(PVC)材料。
专利摘要本实用新型公开一种钢丝绳缺陷检测系统，其在励磁单元中部靠近钢丝绳表面一定距离处，沿钢丝绳径向均匀布置捻数个磁敏传感器，通过一定的权值将各个磁敏传感器检测到的漏磁信号合成一路输出给信号采集单元。信号采集单元将所述漏磁信号转换为数字信号，并通过数据传输单元发送给数据处理单元。数据处理单元将所述数字信号与该测量点以前的N个测量点的数字信号相减，获得差值信号，并根据该差值信号判断钢丝绳是否存在断丝。与传统钢丝绳缺陷检测系统相比，本实用新型有效减小了股波信号，使断丝检测和量化更加便捷、准确，而且能够实现钢丝绳的缺陷定位、量化分析以及检测结果的报表生成，满足现代安全生产的要求。
文档编号G01N27/83GK202837241SQ201220478068
公开日2013年3月27日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者吴杰, 陈士忠 申请人:江苏申锡建筑机械有限公司