一种金属丝绳的在线监测方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属丝绳的检测技术，具体涉及一种金属丝绳的在线监测方法及装置。
[0002]
【背景技术】
[0003]金属丝绳广泛用于国民生活的方方面面，例如:钢丝绳是各类起重机、索道、电梯的承载和牵引的主要构件，一旦发生断裂将导致设备和人身的灾难性事故;铜丝绳是电力传输的重要组成部分，一旦发生断裂将导致供电故障、火灾等安全事故。金属丝绳在使用的过程中必然会发生疲劳、锈蚀、磨损甚至断裂现象，为防微杜渐，很多国家和地区制定了相关的检测标准，强制要求对其进行检测，既要保证其安全使用，又不因过早报废造成浪费。目前我国一般采用人工检测和定期强制更换的方法来保证安全，而以上两种手段存在人为主观因素和提前报废等问题。所以研制高精度、高可靠性、网络化的金属丝绳无损监测装置需求迫切。
[0004]现有的金属丝绳的无损检测方法主要包括以下四种:光学检测、X光检测、超声波检测、漏磁检测等方法。总结以上4种技术及设备，主要存在以下问题:
I)光学检测采用光学成像，然后通过对照片进行图像处理，实现金属丝绳的断股、断丝检测，如:申请公布号CN104063716A专利。由于金属丝绳的工作环境所限，成像效果一般不理想，而且适用于重大伤损的报警，对于微小的裂缝，金属疲劳等小型伤损效果不理想。
[0005]2)X光检测采用X射线成像，然后通过对X光图片进行图像处理，实现金属丝绳检测，具有精度高，可检测微小裂缝等伤损的特点，但需要较高的成本且X射线存在放射性，对人体、环境有害，需要严格监控，不适合大范围使用。
[0006]3)超声波检测利用超声在固体内部的传播特性，可实现远距离的，大范围的检测，且具有对人体无害，成本低等优点。但是一般情况下，采用超声波检测需要紧贴物体表面，需要耦合剂，在户外等工作环境应用受限，且不适合金属面存在不平整氧化层的检测。近年来，有一种新型非接触式超声波检测技术:电磁超声检测技术，根据铁磁性金属在居里温度下的强磁性特点，利用其磁致伸缩效应激发超声波导实现高速线材的无损检测，如授权公告号CN101281171B专利。然而该检测方法须将金属置于居里温度之下(铁为770°C，铁氧体为465°C，钕铁硼为400°C)，且检测时需要磁化，因此使用场合十分受限。
[0007]4)漏磁检测是根据材料和缺陷的磁导率的差异实现无损检测，可实现缺陷的定量检测和精细检测，且对人体、环境无害，是目前市面上主流的钢丝绳检测方法，如公开号CN1928543A专利。然而漏磁检测是建立在铁磁性材料的高磁导率特性基础上的，是一种被动检测方法。漏磁检测在检测时需进行磁化，因此对铁磁性材料的检测效果较好，不适合用于铜、铝、金、银、不锈钢等非铁磁性材料，且在如下情况:内部缺陷、微小缺陷、有涂层等检测效果不理想。
[0008] 有鉴于此，本发明提出一种新型的金属丝绳的在线监测方法及装置。本发明所述方法是一种主动检测方法，具有精度高、非接触式、无需磁化、对人和环境无害、体积小、低功耗、硬件简单、低成本、常温检测等优点，可用于铁磁性和非铁磁性金属丝绳的在线检测，并可推广应用于工业零部件及电路板焊点检测等，有广泛的应用前景。
【发明内容】
[0009]本发明目的在于克服现有金属丝绳无损检测系统的诸多不足，将信息技术、电磁场技术有机地结合一起，提出一种金属丝绳在线监测方法与装置，具体原理如下:
根据麦克斯韦方程，变化的电场可产生磁场，变化的磁场可感生电场。将被测物体置于变化的磁场中，会感生变化的磁场和电场，其大小与通过该曲面的磁场变化率有关，同时跟被测物体的空间分布磁性参数、电性参数特性密切相关。用磁敏元件(如:霍尔元件、磁阻元件等)作为接收器件测出磁场的三维分布，根据其磁场分布可反演出被测物体的材质、空间分布信息，实现被测物体的特性估计。金属体具有良好的电导性，而磁导性则根据金属的类型略有差异。金属丝绳表面的裂缝、氧化腐蚀、内部的气泡、疲劳等，由于其性质不一致，电导率和磁导率会发生变化。例如:裂缝、气泡主要是空气，电导率较小;氧化腐蚀则是金属氧化物，如铁氧体，磁导率比较大。因此将金属丝绳置于由两个对称放置的且产生磁场极性相反的通电螺线圈(电磁推挽偶极子对)产生的宽频交变磁场中，通过阵列化或运动扫描形式，磁敏接收器测出磁场三维空间分布，反演出金属丝绳的内部材料的电导率和磁导率分布规律，从而实现其缺陷检测和定位。
[0010]根据以上原理，本方面提出一种金属丝绳的在线监测方法与装置。与现有的漏磁检测、磁记忆检测等被动式磁性检测方法不同，本发明是一种主动式检测方法，利用导电螺线圈产生的宽频交变磁场，发射检测信号;且检测过程无需磁化，可广泛适用于铁磁性金属和非铁磁性金属材料。
[0011 ]为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案。
[0012]—种金属丝绳的在线监测方法，其以磁信号作为信息的载体，主动发射宽频交变磁场激励信号，将被测金属丝绳置于该磁场中，采用阵列磁敏元件获取金属丝绳的在该磁场信号的激励下的二维、三维感应磁场及空间分布情况与特征，从而反演出金属丝绳的物理特征参数的空间分布情况，实施过程中无需磁化，在非接触的条件下实现金属丝绳的无损检测与伤损定位。
[0013]—种用于实现所述在线监测方法的监测装置，包括由通信模块、监测信号发生模块、电磁推挽偶极子式信号发射探头、磁敏式信号接收探头、接收信号预处理模块、运动扫描模块、控制器、存储器及电源组成的现场监测端，以及由通信模块、伤损分析模块、成像显示模块、人机交互模块、处理器、存储器及电源组成的远程监控端；
所述现场监测端用于收发宽频交变磁信号，一个或多个所述现场监测端放置在金属丝绳的工作路径上，且与相邻的金属丝绳有固定的间隙;所述通信模块，负责远程监控端与现场监测端之间控制信息、收发信号的有线或者无线传输;监测信号发生模块，按照远程监控端产生的控制参数信息，产生宽频交变电信号(可多路输出)；电磁推挽偶极子式信号发射探头，用于对金属丝绳监测宽频交变磁信号的发射，由两个以金属丝绳的横截面为中心的轴对称放置，且产生磁场极性相反的通电金属线圈组成，多个所述电磁推挽偶极子式信号发射探头配置成一组或多组组阵列;磁敏式信号接收探头，由磁敏元件组成，放置于被测钢丝绳附近，组成阵列，用于磁信号接收，并将磁信号转化为电信号，且传输到接收信号预处理模块;接收信号预处理模块，用于记录装置的校准信息，并对接收信号进行去噪、将可疑伤损部位的接收探头接收信息存储下来，并添加时间信息、位置信息;运动扫描模块，负责控制和感知监测的运动;控制器负责控制现场监测端中各构成模块的工作;存储器，用于缓存现场监测端中各构成模块的数据;电源，负责向现场监测端中各构成模块供电；
所述远程监控端相当于整个装置的数据处理端，可以是远程计算机、网络处理云终端或其他移动计算设备(例如:智能手机)；主要功能是控制参数的设置、产生，并对远程监测端获得的可疑伤损部位的磁信号进行处理、分析及结果显示输出，其中，远程监测端的通信模块，负责远程监控端与现场监测端之间控制信息、收发信号的有线或者无线传输;伤损分析模块，负责根据反演伤损可疑部位的电导率、磁导率物理特征参数的空间分布情况，并分析判断伤损类型和级别；成像显示模块，负责将伤损分析结果成像显示;人机交互模块，负责提供人机交互的界面剂外设;处理器，负责处理远程监控端各构成模块的数据;存储器，用于缓存远程监控端各构成模块的数据;电源，负责向远程监控端各构成模块供电。
[0014]进一步地，电磁推挽偶极子式信号发射探头的两个金属线圈根据绕制方式，调整线圈两端输入电压的极性以保证两线圈在靠近金属丝绳的端点产生的磁场极性相反，且在单个探测周期里面极性不发生变换，以利于磁场的矢量检测;所述的线圈两端输入的电压极性控制方式如下:电压由直流和交流两部分组成，且直流的幅度值比交流的最大峰值要大，从而保证总电压的极性在单个探测周期里面不变化，交流部分由宽频交变信号组成，负责产生交变磁场以在金属丝绳内部激发涡和带有被测金属丝绳物理特征的感应磁场。
[0015]上述现场监测端的通信模块用于实现现场监测端和远程监控端的有线或者无线通信，将远程监控端产生的控制信息等接收，且传