一种旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器及检测方法与流程

本发明属于钢丝绳张力检测领域，具体涉及一种旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器及检测方法。

背景技术：

钢丝绳是一种具有弹性好、强度高、自重轻的柔性构件。适用于牵引、拉拽、捆扎等多方面的用途，是许多设备的关键组成部件，比如矿井提升、起重机、电梯、吊桥、客运索道等。提升设备及其构件的安全性在机械设计中一向是十分重要的。它的承载情况直接关系到设备的正常运行和人员的安全，因此对钢丝绳的张力检测是十分必要的。

电磁检测法是目前检测钢丝绳张力广泛使用的方法，基于此方法市场上出现了很多同类检测器。按照励磁的结构方式可以分为套筒式励磁和旁路式励磁，两种励磁方式均能达到检测所需的励磁效果。但对于已经投入使用的钢丝绳而言，套筒式励磁因为很难将励磁线圈套入在役钢丝绳中，因此几乎不具有实用性在磁路结构方面，可分为开路式和闭路式，开路式整体结构简单，仅有励磁线圈和感应线圈，以空气作为磁桥构成闭合磁路，由于空气导磁性能较差，导致磁路闭合效果较差，因此使得钢丝绳励磁效果较差，同时由于空气中会有较多干扰磁场的存在，严重影响了检测信号的信噪比，导致检测结果不准确。在励磁源的选择方面，目前多数检测器使用永磁体进行励磁，永磁体虽安装方便但不具有通用性，不能够根据钢丝绳的型号改变励磁强度使钢丝绳恰好磁饱和，而且永磁体励磁行程较短，均匀性差，导致钢丝绳中的磁感应强度的不稳定，严重影响了检测信号的准确性。在主磁通检测方面，目前很多检测器都使用了线圈法，但对于已经投入使用的钢丝绳，线圈需现场缠绕，且要求缠绕效果均匀分布，导致其具有一定的技术难度。线圈的反复缠绕，降低了线圈的使用寿命，性价比较低。

技术实现要素：

本发明对在役钢丝绳张力检测方面具有较强的实用性，采用旁路励磁方式可以减少由于现场缠绕引起的工作效率低，测量误差大等问题。采用闭合磁路，可以降低外界励磁条件的影响，减少因电流过大而引起的温度剧烈变化导致检测结果不准确。采用线圈励磁方式，更具通用性，可根据钢丝绳的型号调整励磁电流，使钢丝绳刚好达到励磁饱和状态，同时有效避免了励磁行程短、励磁效果不均匀等问题。采用霍尔元件作为检测元件，霍尔元件安装方便，检测灵敏度高，无需繁琐的安装路线，且霍尔元件参数完整，方便检测电路的调试以及对检测结果准确性的大概判断

本发明采用的技术方案如下：

一种旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器，主要由励磁机构、检测机构、电路板三部分组成；

所述励磁机构主要包括励磁线圈、铁芯和磁极，所述的励磁线圈缠绕在铁芯上，所述的磁极安装在铁芯两端，在所述的磁极上设有供钢丝绳穿过的通孔；

所述的检测机构安装在励磁机构的下方，其主要包括霍尔元件、两个聚磁环、衬套，所述的衬套两端固定在两个磁极之间，衬套的内圈供钢丝绳穿过；所述的两个聚磁环镶嵌在衬套外圈，两个聚磁环间距刚好为霍尔元件的长度大小，两个聚磁环之间形成桥路，桥路中间放置霍尔元件，聚磁环收集的磁场信号通过桥路被霍尔元件检测到，所述的霍尔元件与信号处理电路相连。

进一步的，所述的衬套由上半圆柱形衬套和下半圆柱形衬套组成，每个聚磁环由上半聚磁环和下半聚磁环组成，上半聚磁环嵌套在上半圆柱形衬套外圈；下半聚磁环嵌套在下半圆柱形衬套外圈；在两个半圆柱形衬套闭合时，所述聚磁环也刚好闭合，且两个半圆柱形的衬套闭合在一起后形成供钢丝绳穿过的空间。

进一步的，所述的磁极包括上部分和下部分，上部分磁极和下部分磁极通过连接件连接在一起后，形成供钢丝绳穿过的孔。

进一步的，所述的两个半圆柱形的衬套的分界面与磁极上、下部分的分界面在同一个平面上；上半圆柱形的衬套固定在磁极的上部分，下半圆柱形的衬套固定在磁极的下部分。

进一步的，在结构尺寸上要保证整个磁回路中，所述的铁芯的横截面积和磁极通孔的横截面积都大于钢丝绳本身的横截面积；保证励磁达到测量所需的磁化效果。

进一步的，待钢丝绳穿过磁极后，铁芯、磁极、钢丝绳形成闭合磁回路，磁场由励磁线圈生成，磁场大小由励磁线圈的电流大小控制。

进一步的，所述的励磁线圈采用绝缘漆包铜线，相同的励磁线圈体积和励磁电流情况下，铜线的直径越细励磁效果越好。

进一步的，所述的铁芯与磁极选择导磁性能较好的工业纯铁。

进一步的，所述磁极顶部覆盖一尼龙板，所述的尼龙板上可以放置电路板、电源、指示灯；所述的电路板主要完成励磁线圈供电、检测机构供电、霍尔元件输出信号的预处理功能；电路板的供电电源可以放置在尼龙板上，也可以外接大体积的供电设备，但不能超过电路的额定状态。

进一步的，励磁线圈、霍尔元件与电路板之间均采用屏蔽线缆连接，屏蔽线缆与电路板之间采用航空插头连接，这样方便电路的连接，电路板的信号输出线使用信号屏蔽电缆。

利用上述装置对在役钢丝绳张力进行检测的检测方法，如下：

将磁极的上部分与励磁线圈、铁芯以及上半圆柱形的衬套相连，形成检测器的上半部分；将磁极的下部分与下半圆柱形的衬套相连；形成检测器的下半部分；

将检测器的上半部分与现役钢丝绳的上半部分配合，将检测器的下半部分与现役钢丝绳的下半部分配合；然后通过连接件将两部分连接；

给励磁线圈通电，铁芯、磁极、钢丝绳形成闭合磁回路，磁场由励磁线圈生成，磁场大小由励磁线圈的电流大小控制；

两个聚磁环之间形成桥路，聚磁环收集的磁场信号通过桥路被霍尔元件检测到，霍尔元件的输出信号经电路板上的信号预处理电路输出能够达到a/d设备识别范围的电压信号；根据电压信号的大小获得钢丝绳的张力大小。

利用上述装置对在不役钢丝绳张力进行检测的检测方法，可以采用上面的方法，也可以在完全组合在一起后让钢丝绳再穿过磁极和衬套。

本发明的有益效果如下：

本发明基于旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器采用可分离式设计，对于在役钢丝绳的可以直接检测，无需停工，避免了因检测造成的工作间断和效益损失。

本发明检测不同直径钢丝绳时，只需更换匹配的衬套和聚磁环即可，降低了成本。

本发明通过调整励磁线圈的励磁电流就可实现励磁强度的人为控制，可保证钢丝绳励磁强度达到刚好饱和状态。

本发明使用聚磁环，可以完整的收集到通过钢丝绳的磁场信号，提高了检测信号的准确性，通过桥路的设计使传感器只需要两个霍尔元件就可以实现对磁场信号的检测，优化了后续信号预处理中过多的信号叠加引起的信号混叠问题。

本发明可采用便携式电源或大体积变压电源供电，信号的发出可采用有线也可以根据实际使用情况加入无线发射模块，实现无线传输。

本发明体积小，易于拆装，方便携带，有益于检测工作的开展。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为基于旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器正三轴图；

图2为基于旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器的剖视图；

图3为基于旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器的侧视图；

图4为基于旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器的信号预处理电路；

附图标记说明：1磁极，2铁芯，3尼龙板，4励磁线圈，5聚磁环，6聚磁环，7尼龙衬套，8磁极，9霍尔元件。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、字样，仅表示与附图本身的上、下方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中电磁检测法是目前检测钢丝绳张力广泛使用的方法，基于此方法市场上出现了很多同类检测器。按照励磁的结构方式可以分为套筒式励磁和旁路式励磁，两种励磁方式均能达到检测所需的励磁效果。但对于已经投入使用的钢丝绳而言，套筒式励磁因为很难将励磁线圈套入在役钢丝绳中，因此几乎不具有实用性。而旁路式励磁只需通过磁极与钢丝绳相连就可达到励磁效果，因此更具有实用性。

在磁路结构方面，可分为开路式和闭路式，开路式整体结构简单，仅有励磁线圈和感应线圈，以空气作为磁桥构成闭合磁路，由于空气导磁性能较差，导致磁路闭合效果较差，因此使得钢丝绳励磁效果较差，同时由于空气中会有较多干扰磁场的存在，严重影响了检测信号的信噪比，导致检测结果不准确。闭路式则采用磁导率很大的工业纯铁作为磁桥构成闭合磁路，磁路导通效果较好，磁化均匀段的长度和磁化强度都远大于开路式，而且可以起到屏蔽检测器周围干扰信号的作用，提高了检测信号的信噪比，因此闭路时结构性能更加优良。

在励磁源的选择方面，目前多数检测器使用永磁体进行励磁，永磁体虽安装方便但不具有通用性，不能够根据钢丝绳的型号改变励磁强度使钢丝绳恰好磁饱和，而且永磁体励磁行程较短，均匀性差，导致钢丝绳中的磁感应强度的不稳定，严重影响了检测信号的准确性。采用线圈励磁稳定性高，均匀性好，而且只需改变电流的大小就可以实现对不同直径钢丝绳的励磁，因此线圈励磁法更具有通用性和实用性。

在主磁通检测方面，目前很多检测器都使用了线圈法，但对于已经投入使用的钢丝绳，线圈需现场缠绕，且要求缠绕效果均匀分布，导致其具有一定的技术难度。线圈的反复缠绕，降低了线圈的使用寿命，性价比较低。而霍尔元件相对安装方便，无须缠绕，只需在钢丝绳表面圆周阵列排布即可存在xxx不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器(主题名称)。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，旁路励磁方式的钢丝绳张力检测器，主要由励磁机构、检测机构、电路板三部分组成。

励磁机构主要包括励磁线圈4、铁芯2、磁极1，励磁线圈4缠绕在铁芯2上，磁极1安装在铁芯2两端，磁极1与钢丝绳接触面处进行刨分(具体见图1)，待钢丝绳穿过磁极后，将刨分的上盖安装在磁极上。这样，铁芯、磁极、钢丝绳形成闭合磁回路，磁场由励磁线圈生成，磁场大小由励磁线圈的电流大小控制。励磁线圈采用绝缘漆包铜线，相同的励磁线圈体积和励磁电流情况下，铜丝的直径越细励磁效果越好。铁芯与磁极选择导磁性能较好的工业纯铁。在结构尺寸上要保证整个磁回路中铁芯和磁极的横截面积都大于或等于钢丝绳本身的横截面积，保证励磁达到测量所需的磁化效果。

检测机构主要包括霍尔元件9、聚磁环5、聚磁环6，尼龙衬套7。聚磁环5和尼龙衬套7均采用刨分式结构，方便安装。尼龙衬套为阶梯半圆柱形结构，聚磁环嵌在尼龙衬套上，当尼龙衬套闭合时，聚磁环也刚好闭合，钢丝绳从尼龙衬套中间穿过，钢丝绳中的磁场被聚磁环收集。尼龙衬套上的一对聚磁环5和聚磁环6之间的间距刚好为霍尔元件9的长度大小，这样两个聚磁环之间形成桥路，桥路中间放置霍尔元件9，聚磁环收集的磁场信号通过桥路被霍尔元件9检测到，霍尔元件的输出信号经电路板上的信号预处理电路输出能够达到a/d设备识别范围的电压信号；信号处理电路具体的见图4所示；

使用聚磁环，可以完整的收集到通过钢丝绳的磁场信号，提高了检测信号的准确性，通过桥路的设计使传感器只需要两个霍尔元件就可以实现对磁场信号的检测，优化了后续信号预处理中过多的信号叠加引起的信号混叠问题。

磁极上部覆盖一尼龙板3，尼龙板3上可以放置电路板、电源、指示灯等。电路板主要完成励磁线圈供电、检测电路供电、霍尔元件输出信号的预处理等功能。电路板的供电电源可以放置在尼龙板上，也可以外接大体积的供电设备，但不能超过电路的额定状态；信号的发出可采用有线也可以根据实际使用情况加入无线发射模块，实现无线传输。

励磁线圈、霍尔元件与电路板之间均采用屏蔽线缆连接，屏蔽线缆与电路板之间采用航空插头连接，这样方便电路的连接，电路板的信号输出线使用信号屏蔽电缆。

霍尔元件检测的是磁信号，检测器在工作时，要避免带电、带磁以及易导磁器件的靠近。采用外接调压设备供电时，要保证设备供电电压的稳定，以免导致检测信号的不稳定。

具体的，尼龙衬套7由上半圆柱形尼龙衬套和下半圆柱形尼龙衬套组成，每个聚磁环由上半聚磁环和下半聚磁环组成，上半聚磁环嵌套在上半圆柱形尼龙衬套外圈；下半聚磁环嵌套在下半圆柱形尼龙衬套外圈；在两个半圆柱形尼龙衬套闭合时，所述聚磁环也刚好闭合，且两个半圆柱形的尼龙衬套闭合在一起后形成供钢丝绳穿过的空间。

具体的，磁极包括上部分和下部分，上部分磁极和下部分磁极通过连接件连接在一起后，形成供钢丝绳穿过的孔；励磁线圈、铁芯以及上半圆柱形尼龙衬套安装在上部分磁极上；下半圆柱形尼龙衬套安装在下部分磁极上；在上部分磁极上还开设有两个通孔，用于支撑铁芯2的两端；

两个半圆柱形的尼龙衬套的分界面与磁极上、下部分的分界面在同一个平面上；上半圆柱形的尼龙衬套固定在磁极的上部分，下半圆柱形的尼龙衬套固定在磁极的下部分。

钢丝绳张力检测器采用上述可分离式设计，对于在役钢丝绳的可以直接检测，无需停工，避免了因检测造成的工作间断和效益损失。

利用上述装置对在役钢丝绳张力进行检测的检测方法，如下：

将磁极的上部分与励磁线圈、铁芯以及上半圆柱形的尼龙衬套相连，形成检测器的上半部分；将磁极的下部分与下半圆柱形的尼龙衬套相连；形成检测器的下半部分；

将检测器的上半部分与现役钢丝绳的上半部分配合，将检测器的下半部分与现役钢丝绳的下半部分配合；然后通过连接件将两部分连接；

给励磁线圈通电，铁芯、磁极、钢丝绳形成闭合磁回路，磁场由励磁线圈生成，磁场大小由励磁线圈的电流大小控制；

两个聚磁环之间形成桥路，聚磁环收集的磁场信号通过桥路被霍尔元件检测到，霍尔元件的输出信号经电路板上的信号预处理电路输出能够达到a/d设备识别范围的电压信号；根据电压信号的大小获得钢丝绳的强度大小。

利用上述装置对在不役钢丝绳张力进行检测的检测方法，可以采用上面的方法，也可以在完全组合在一起后让钢丝绳再穿过磁极和尼龙衬套。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。