钢丝绳在线监测设备有哪些

钢丝绳无损检测仪的“大脑”

谈到磁检测法，就必然要先了解为何磁检测方法可以成功应用在实践中，磁检测法的理论依据是：利用钢丝绳是磁导体这一特性，当励磁装置将钢丝绳磁化到饱和状态后，无论是其表面或内部存在损伤，都将引起磁路系统中磁场分布的变化。利用有效手段检测由此而引起的磁场分布的变化情况，即可反映出钢丝绳损伤信息的检测信号。

一、  钢丝绳损伤的分类是什么?

首先我们先了解下钢丝绳的损伤分类，原因在于电磁检测仪的是按照可以检测到的缺陷类型来分类的。

1）局部损伤（LF local flaw）:钢丝绳中的不连续，诸如内外部断丝、钢丝的蚀坑、较深的钢丝磨损或钢丝绳局部形状异常等。

2）金属横截面积的损失（LMA loss of metallic cross-sectional area）:使钢丝绳横截面上金属截面积总和减小的损伤，主要包括磨损、锈蚀、钢丝绳绳径缩细等，相对于LF缺陷，这类缺陷沿钢丝绳轴向方向上的变化一般较缓慢。它是钢丝绳特定区域中材料（质量）缺损的相对度量，通过比较检测点与钢丝绳上象征最大金属横截面积的基准点来测定的。

二、钢丝绳无损检测仪的分类有哪些？

1、交流电磁类

其工作原理类同于变压器原理，初级和次级线圈环绕在钢丝绳上，钢丝绳犹如变压器的铁芯（图1）。初级（激励）线圈的电源为10~30Hz的低频交流电，次级（检测）线圈测定钢丝绳的磁特性。钢丝绳磁特性的任何关键变化都会引起次级线圈的电压变化（幅度和相位）反映出来。

要点:电磁类仪器通常是在较低磁场强度的条件下工作，因此在开始检测前，有必要将钢丝绳彻底退磁。

检测缺陷类型：金属截面积变化LMA缺陷

图1 电磁类仪器传感器示意图

2、直流和永磁（磁通）类仪器

直流和永磁类提供恒定磁通，通过传感器头（磁回路）磁化一段钢丝绳（见图2 ），钢丝绳中的轴向总磁通，能通过感应线圈来测定。

图2 感应线圈测量金属横截面积损失的永磁类设备传感器头示意图

3、漏磁类仪器

直流或永磁类仪器提供恒定磁通，通过传感器头（磁回路）来磁化一段钢丝绳，钢丝绳中的不连续（如断丝）所引起的漏磁，用不同传感器如霍尔元件传感器来检测。

此类仪器用于测定LF缺陷。

图3 断丝导致漏磁的示意图

4、 剩磁类仪器

直流或永磁类磁化装置对钢丝绳磁化后，在确保外加磁场已移除或无外加磁场影响的情况下，利用磁性钢丝绳的剩磁特性，采用能有效测定剩余磁场变化的适当检测装置，来测定钢丝绳内剩磁场的变化。

此类仪器能用于测定金属横截面积的变化和局部损伤的存在。

该方法是新开发的一种钢丝绳检测技术，有待进一步的跟踪研究和应用验证。

图4 剩磁类仪器测量金属横截面积损伤的示意图

一台设备可同时具有磁通和漏磁两种检测原理。

三、两种不同的传感器：感应线圈和霍尔元件

1、感应线圈

谈到感应线圈，大家都不会陌生变压器，当线圈与钢丝绳间产生相对运动时，线圈切割漏磁场产生感应电动势Uc。

图5 感应电动势公式

式中：n-线圈匝数；

Φ-通过线圈的磁通量；

V-钢丝绳相对于感应线圈的运动速度；

dΦ /ds-钢丝绳内部磁通量相对于钢丝绳位移的变化率；

当线圈匝数n与运动速度一定时，感应电动势Uc能反映出钢丝绳中磁通量沿钢丝绳轴向的变化，即钢丝绳有效金属截面积沿轴向的变化。

随着钢丝绳相对于感应线圈和励磁器相对的运动，钢丝绳将被励磁器逐渐磁化至饱和状态，若存在损伤，其内部磁通量（与钢丝绳的有效金属截面积成正比）必然减少，于是就会使得感应线圈产生电压输出。对输出电压进行测量就可以检测出金属截面积的变化。

感应线圈的最大缺点是传感器的输出和检测速度有关，检测速度的不均匀时传感器输出信号产生畸变，极低速时无输出。同时，速度不均匀会造成检测信号在时间轴上的压缩和拉伸，不利于后续信号的处理。

图6 全磁通检测法原理

2、霍尔元件传感器

霍尔元件的原理：在垂直于磁场的导体里通过一定电流，则在垂直于电流和磁场方向上有一个磁场，并在两端有电动势输出成为霍尔效应。

霍尔元件的霍尔电压为：

式中  Kc-霍尔元件的灵敏度系数

Ic-输入的控制电流

B-磁场的磁感应强度

φ-磁感应强度B的方向与元件法向矢量之间的夹角

对于确定的霍尔元件，Kc为常数。在元件安装位置确定，φ值则不变，则式中的VH与B成正比，这就是霍尔元件重要的定向响应特性。应用这一原理，只要检测出霍尔元件两端的输出电压VH便可获得断丝损伤信号。

霍尔元件的最大优点是输出信号不受速度的影响，且体积小，对小间隙空间的磁场测量有很大的优越性。

钢丝绳在线自动检测系统电磁理论为基础，研制出了微型磁通门传感元件，该磁通门传感元件采用了MEMS技术,其具有体积小、重量轻、功耗低、测量精度高、测量范围宽等优点，利用这种三维微型磁通门传感元件制成了检测准确率高，稳定性强的钢丝绳探伤用传感器，该技术对在线钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种局部缺陷（LF）有极高的检出率，对在线钢丝绳的径缩、有效金属截面积的损失（LMA）等缺陷，有准确的分辨力。KJ920钢丝绳在线无损探伤系统是其中的一种，其利用大容量数据采集装置及计算机通讯和数据处理技术，通过专业化设计的监测软件对钢丝绳实施全方位在线自动检测。[2][3]

钢丝绳无损探伤系统是根据电磁感应原理研制而成的，符合法拉第电磁感应定律。钢丝绳无损探伤系统有一个重要的组成部分，那就是传感器组，每一个传感器组都有两种传感器组成，一种是钢丝绳磁场规划传感器，一种是钢丝绳探伤用传感器。钢丝绳磁场规划传感器主要作用是消除钢丝绳上的杂磁信号，使钢丝绳上的磁场均匀有序。钢丝绳是一种铁磁性构件，容易受到杂磁信号和外界磁场的干扰，常用的钢丝绳的磁场是杂乱无序的。钢丝绳探伤时，钢丝绳先通过钢丝绳磁场规划传感器，消除钢丝绳上的杂磁信号，使钢丝绳上的磁场变的方向一致，均匀而有序，但是，当钢丝绳上有，比如：断丝、磨损、锈蚀、疲劳等损伤的时候，钢丝绳内部的磁场就会发生聚变，在钢丝绳表面就会产生漏磁场。磁场是一种是矢量，有大小、有方向，漏磁场还有形状。另一种传感器——钢丝绳探伤用传感器，作用就是用来检测这种漏磁场的。钢丝绳探伤用传感器根据漏磁场的大小，方向及形状的不同，把漏磁场转化为相应不同的的电信号，再把这些电信号传给钢丝绳无损探伤系统中的信息分站。信息分站把钢丝绳探伤用传感器传来的电信号通过转换、计算和数据模型对比，转化成能代表钢丝绳损伤量值大小和类型的数字信号，再把这些代表钢丝绳损伤量值大小和类型的数字信号传到钢丝绳探伤系统的主控站。主控站上装有钢丝绳无损探伤管理软件，钢丝绳无损探伤管理软件把这些代表钢丝绳损伤量值大小和类型的数字信号以损伤曲线的形式显示出来，丝绳无损探伤管理软件对这些代表钢丝绳损伤量值大小和类型的数字信号进行分析生成各种报表，如：损伤列表、损伤统计表、损伤趋势分析表等，同时丝绳无损探伤管理软件还根据相关国家标准，判断钢丝绳损、伤程度，对钢丝绳损伤进行分类和分级，并进行分级报警和生成检测报告。[4]

TST钢丝绳探伤(工程)系统功能

1、数据采集装置及其它附属设施便于一次安装于工况现场各适当位置。

2、实现宽距探测和高速探测。

3、通过定量无损探测和远程网络通信，实现了在线监测技术与日常设备管理的有机结合。

4、24小时不间断运行和远程监测、实时预警，实现对钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种隐蔽性损伤的在线实时监测。并能现场给出探测数据及各种损伤明确的数量值，并能做出安全状况评价及现场打印报告。

5、使用软件能独立运行，并实现其它控制操作系统的并入和兼容。

6、具有机械抗振和抗电磁干扰功能。

7、实现损伤情况现场声光报警功能。

8、具有防水、防尘、耐油、防潮功能。

9、提供软件维护和升级持续服务。

TST钢丝绳探伤(工程)系统参数

电磁感应灵敏度：U/H≥1.0V/mT

电磁感应信噪比：S/N＞85dB

探伤定量不确定度：≤±1.2%

信号有效提取距离：0～30mm

探伤实时响应时间：≤ 0.5ms

连续探测距离：＞104m

中心位置误差：＜±2mm

传感器耗散功率：＜50mW

传感器工作寿命：≥2.7×104 h

传感器输出信号：DC0～5V调制信号

探伤额定工作电压：DC5V±5%

探伤额定工作电流：200mA

采样频率响应: ≤10kHz

系统工作电压：AC220V±10%（非防爆）、AC127V±10%（防爆）

系统额定功率：＜1000W

使用环境温度：-20℃～+55℃

防尘防水等级：IP54

使用相对湿度：≤95%RH（250C）

大气压力范围：80kPa～110kPa

最恶劣的贮存温度环境：-40℃～+60℃

俄罗斯钢丝绳无损探伤仪做的出名的是俄罗斯intron公司生产的intron plus 钢丝绳无损检测设备。intron plus钢丝绳无损探伤仪采用的是永磁　漏磁原理。百克特是俄罗斯intron公司无损检测仪的正规代理商。能够真正实现LMA和LF双通道同步检测。且具有检测精准度和重复性好，是国内目前任何一家的无损检测公司都无法达到的。

TCK Technology Compatibility Kit (TCK)

一个测试包，一组工具，和其它必需的东西，用来证明一个特定的Sun的技术的实现是否和应用程序规范兼容或者是否和Sun和Sun设计的参考实现兼容。

洛阳逖悉开（TCK）钢丝绳检测技术有限公司（以下简称TCK）是从事铁磁性物质无损检测技术及其产品研究、制造、推广、服务的高科技专业公司。公司拥有目前世界上最先进的弱磁检测核心技术和“窦氏元件”传感器核心技术，并拥有这一自主创新高科技成果的全部知识产权。

TCK弱磁检测技术和“窦氏元件”传感器技术，是TCK的科学家成功发现空间磁场矢量态势的变化和运动规律、在铁磁性物质检测领域建树的重大创新成果。这项领先世界的弱磁探伤技术集中表现为三大创新，即：1、创立"空间磁场矢量合成"新理论； 2、发现"弱磁检测"新方法； 3、发明"窦氏元件"传感器新技术。

基于三大创新成果，TCK检测产品一举攻克了困扰世界无损探伤界的两大百年难题：即1、对钢丝绳各种损伤的量化检测；2、准确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命。TCK将这一领先技术率先应用于钢丝绳检测领域，推出了TCK钢丝绳系列检测产品。

TCK的弱磁传感器检测技术领先欧、美等发达国家的强磁检测技术25-30年，其弱磁传感器灵敏度高于传统磁敏元件“霍尔元件”灵敏度7-25万倍，必将引发铁磁性物质检测领域内的一场巨大变革。

TCK钢丝绳无损探伤仪以国际公认的钢丝绳安全承载能力的校核原则为检测依据，能够通过对在线钢丝绳内外部断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种损伤导致的实际承载金属有效截面积损失率的定量检测，正确评估被测钢丝绳的剩余承载能力和使用寿命，为重要的钢丝绳用户提供符合相关标准和规范要求的钢丝绳安全使用与合理更新的科学依据，是有效预防钢丝绳断绳事故、合理降低钢丝绳用绳成本和科学提高钢丝绳运行效率的高科技保障。

尤如天文学中“日心说”替代了“地心说”，钢丝绳检测领域内，TCK“空间磁场矢量合成新原理”替代了传统的“漏磁场原理”；TCK独创的“弱磁检测方法”替代了传统的“强磁检测方法”；TCK的“窦氏元件传感器技术”替代了传统的“霍尔元件和感应线圈传感器技术”；TCK的创新成果，首次完成了对钢丝绳从“定性检测”到“定量检测”的本质性跨跃，产品性能第一次真正满足了各种工况的现场使用要求，因此也在全球范围内第一次具备了大规模进入市场的基本条件。

源于TCK弱磁传感器的优越性能，TCK钢丝绳检测仪器重量仅为国内外同类产品的1/6—1/25,是目前世界上灵敏度最高、检测精度最高、稳定性最好、重量最轻、操作最便捷的唯一能对在线钢丝绳各种损伤进行定量检测并评估被测钢丝绳剩余承载能力和使用寿命的检测设备。

目前，TCK钢丝绳检测产品已经开始被矿山、港口、索道、石油、电力、起重机械、航空航天、军事工业等重要钢丝绳应用领域的客户接受。

除了钢丝绳检测领域，TCK弱磁传感器检测技术还将扩展至钢管、钢轨、钢梁、钢结构等所有的铁磁性物质无损检测领域。TCK的目标是：用3-5年时间，成为钢丝绳检测领域乃至铁磁性物质检测领域内的世界第一。

以钢丝绳厂为例，主要生产设备有热处理生产线、拉丝机、捻股机和合绳机，生产钢丝有拉丝机与热处理生产线就可以。辅助设备如吊车、电接机和压尖机等等

常用钢丝绳有磷化涂层钢丝绳、镀锌钢丝绳、不锈钢丝绳，大气环境中使用，专利技术生产的锰系磷化涂层钢丝绳使用寿命最长，目前疲劳试验数据表明，磷化涂层钢丝绳疲劳寿命是同结构光面钢丝绳的3-4倍左右（试验室可比条件下），不易磨损和不易锈蚀是钢丝绳使用寿命超大幅度延长的原因，已经远远超越进口钢丝绳磷化涂层钢丝绳单位使用成本仅仅是光面钢丝绳的百分之三十左右，重腐蚀环境优选热镀锌—磷化双涂层钢丝绳，仅供参考。

钢丝绳吊索以钢丝绳为原料，包括镀锌钢丝绳、磷化涂层钢丝绳、不锈钢丝绳及光面钢丝绳等，经手工或钢丝绳插套机机械插编、钢丝绳压套机压制的钢丝绳吊索的索扣被称为钢丝绳吊索。

根据《一般用途钢丝绳吊索特性和技术条件》GB/T16762-2009的要求，需要对钢丝绳吊索进行以下检测项目：外观质量，两端压制接头内端之间的距离，两端插编末端之间的距离，末端端配件，索扣的长度，吊索长度，破断力和标识等。江苏省特防中心专门做这块的。

钢丝绳吊索当出现下列情况之一时，应停止使用、修复或报废:

1. 钢丝绳断1股，或表面钢丝磨蚀达钢丝直径的40%以上，或钢丝绳直径减少7%以上。

2. 钢丝绳发生扭结变形。

3. 钢丝绳在一个捻距内断丝超标(附表9):(1)当断丝现象集中发生于局部，在长度为6倍直径的一段内断丝发生在一股上时，达到规定断丝数的一半即应报废。(2)钢丝绳有锈蚀或磨损时，报废断丝数应乘以折减系数(附表9)。

4. 钢丝绳局部可见断丝损坏(有三根以上的断丝聚集在一起)。

5. 索眼表面出现断丝，或断丝集中在金属套管、插接处附近、插接连接绳股中。

6. 钢丝绳由于带电燃弧引起的钢丝绳烧熔、熔融金属液浸烫，或长时间暴露于高温环境中引起的强度下降。

7. 插接处严重受挤压、磨损金属套管损坏(如裂纹、严重变形、腐蚀)或直径缩小到原直径的95%。

8. 绳端固定连接的金属套管或插接连接部分滑出。