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礦井提升鋼絲繩霍爾元件檢測(cè)法

文檔作者：高寒文檔來(lái)源：黑龍江科技學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年09月08日
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． 機(jī)械制造與研究· 高寒·礦井提升鋼絲繩霍爾元件檢測(cè)法
礦井提升鋼絲繩霍爾元件檢測(cè)法
高寒
{黑龍江科技學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150027)
摘要：煤礦鋼絲繩的使用壽命直接影響到煤礦生產(chǎn)的成本及安全。介紹了基于霍爾元件的
鋼絲繩斷絲檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了鋼絲繩在線檢測(cè)系統(tǒng)，另外，系統(tǒng)能夠進(jìn)行局部損傷和金屬截面
積損耗的定量評(píng)估，并產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)告。
關(guān)鍵詞：鋼絲繩檢測(cè)；霍爾傳感器；局部損傷
中圖分類號(hào)：TG8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1671·5276(2012)01-0045-02
Detection M ethod of Hall Sensor for M ine Hoisting W irerope
GA0 Han
(Hoilon~iang Institute of Science and Technology，School of Electrical and Information Engineering，Haerbin 150027，China)
Abstract：The service life of hoisting wirerope directly afects the production cost and safety of coal mine．This paper introduces the
principle of the broken wirerope inspection based on Hall element and designs the wirerope on—line detection system．The system can
evaluate the condition of partial damage and metal sectional area loss and produce the corresponding report．
Key words：wJrerope inspection；Hall element；partial damage
0 引言
隨著工業(yè)的發(fā)展，鋼絲繩廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的
各個(gè)行業(yè)：林業(yè)、漁業(yè)、航空、航天、建筑等。鋼絲繩在使用
中承擔(dān)全部牽引力，因而它的使用壽命直接影響到生產(chǎn)成
本、人身安全及設(shè)備安全，所以要對(duì)鋼絲繩進(jìn)行安全檢測(cè)。
長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)礦用鋼絲繩采用人工目測(cè)和定期更換的
方法來(lái)避免事故發(fā)生，但是人工目測(cè)法可靠性差而且效率
低，定期更換則造成巨大浪費(fèi)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，更換下來(lái)的鋼絲
繩70％以上基本上沒(méi)有強(qiáng)度損耗，因此，研制可靠檢測(cè)礦
用鋼絲繩狀態(tài)的無(wú)損探傷設(shè)備是至關(guān)重要的。
1 系統(tǒng)介紹
鋼絲繩是強(qiáng)磁性體，若用勵(lì)磁裝置沿其軸向?qū)⑵浯呕?
至磁飽和狀態(tài)，那么，無(wú)論在其表面，還是在內(nèi)部存在損傷
時(shí)，損傷處都會(huì)產(chǎn)生漏泄于鋼絲繩表面以外的漏磁場(chǎng)。該
漏磁場(chǎng)的強(qiáng)度和分布特征反映了鋼絲繩的損傷程度和損
傷類型。本文利用霍爾元件測(cè)量漏磁場(chǎng)的方法可達(dá)到檢
測(cè)鋼絲繩斷絲的目的。
系統(tǒng)包括兩部分：檢測(cè)鋼絲繩是否損壞的霍爾元件工
作原理及流程及檢測(cè)損壞部位面積的方法。
1．1 霍爾元件檢測(cè)法工作原理
研究鋼絲繩損傷電磁檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)鋼絲繩的損傷進(jìn)行
檢測(cè)，并利用ARM，A／D等進(jìn)行信號(hào)采集與處理。采用數(shù)
學(xué)分析方法對(duì)采樣結(jié)果進(jìn)行分析。圖1是霍爾元件檢測(cè)
法的鋼絲繩斷絲檢測(cè)設(shè)計(jì)圖。
I I．一 ．．I I／磁 頭
磁體 H all目 絲
霪 zz 霪鏨
罔／ 固
! ’1 l
(b)
圖1 鋼絲繩斷絲檢測(cè)原理
鋼絲繩斷絲檢測(cè)的原理如圖1(a)所示，磁頭使被測(cè)
鋼絲繩達(dá)到磁飽和狀態(tài)。由于鋼絲繩磁導(dǎo)率較高，大于空
氣及油脂的磁導(dǎo)率，當(dāng)被測(cè)鋼絲繩通過(guò)磁頭時(shí)，由霍爾元
件陣列組成的檢測(cè)環(huán)可檢測(cè)出鋼絲繩周圍漏磁場(chǎng)，并以
VH=K ，c／~cos4,電壓形式輸出。如果被檢鋼絲繩段有斷
絲現(xiàn)象存在，將在其附近產(chǎn)生附加漏磁場(chǎng)，故該處磁場(chǎng)的
磁感應(yīng)強(qiáng)度為 =盧。+ ，此時(shí)霍爾元件輸出的電壓信
號(hào)為
VH=Kclcfl2=(』B1+ )=VHo+AVH
其中VHo為被檢鋼絲繩段無(wú)斷絲現(xiàn)象時(shí)，霍爾元件
輸出的電壓；△餾為被檢鋼絲繩段存在斷絲現(xiàn)象時(shí)，霍爾
元件輸出的電壓。因?yàn)椤?正比于鋼絲繩段的斷絲量，故
通過(guò)測(cè)量AVH，便可測(cè)得被檢鋼絲繩段的斷絲量。圖1
(a)中，8片霍爾元件構(gòu)成2個(gè)檢測(cè)環(huán)，每個(gè)檢測(cè)環(huán)共有4
片霍爾元件，如圖1(b)所示，環(huán)上下各有2片霍爾元件串
作者簡(jiǎn)介：高寒(1986一)，女，黑龍江海倫人，碩士研究生，研究方向?yàn)榭刂评碚撆c控制工程。
Machine Building8 Automation，F(xiàn)eb 2012，41(1)：45～ 6 ·45 ·
· 機(jī)械制造與研究· 高寒·礦井提升鋼絲繩霍爾元件檢測(cè)法
聯(lián)在一起，成上下對(duì)稱結(jié)構(gòu)。由于霍爾元件輸出信號(hào)幅度
與鋼絲繩運(yùn)行速度無(wú)關(guān)，且不易受鋼絲繩表面油泥的影 2 金屬截面積損耗算法
響，它能較好地適應(yīng)煤礦井下及地面檢測(cè)環(huán)境。
1．2 硬件結(jié)構(gòu)部分
系統(tǒng)部分主要由處理器、信號(hào)處理電路、A／D轉(zhuǎn)換
器、報(bào)警模塊、輸入模塊和顯示模塊組成，如圖2所示。
檢 信
液晶顯示
測(cè) 號(hào) A／D 處 — 薄膜鍵盤(pán)
感傳 理處 轉(zhuǎn) 理
電 換 器 報(bào)警
器 路 器
通訊接口
圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
1)傳感器：檢測(cè)傳感器主要由霍爾元件組成，加之一
些功率放大，選頻放大電路及檢波電路等。
2)信號(hào)處理電路：將傳感器由傳感探頭檢測(cè)出的缺
陷漏磁場(chǎng)信號(hào)經(jīng)放大處理傳人A／D轉(zhuǎn)換器。
3)A／D轉(zhuǎn)換器：A／D轉(zhuǎn)換器將斷面斷絲信號(hào)轉(zhuǎn)化成
數(shù)字信號(hào)，由處理器讀取信號(hào)結(jié)果。
4)處理器：對(duì)鋼絲繩損傷信號(hào)進(jìn)行分析處理，在液晶
顯示器和鍵盤(pán)上輸出輸入結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了完全數(shù)字化及探傷
結(jié)果可視化處理。
1．3 軟件部分
軟件部分包括數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理及分析，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，
顯示等模塊。
數(shù)據(jù)采集把采集到的信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理之后經(jīng)A／D采
集到處理器的內(nèi)存當(dāng)中，利用數(shù)學(xué)分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理
及分析，然后存儲(chǔ)在ARM的某單元模塊當(dāng)中。圖3為A／
D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換流程圖。
· 46 ·
圖3 A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換流程圖
在檢測(cè)過(guò)程中，主磁路和磁橋路共同作用將鋼絲繩磁
化到飽和程度，由于鋼絲繩與主磁路關(guān)于磁橋路對(duì)稱，可
以不考慮漏磁的影響，根據(jù)磁路基爾霍夫定律，可知：
= + 6
式中， 為主磁路中的磁通量； 為鋼絲繩中的磁通
量； 為磁橋路中的磁通量，并且
= BS (1)
其中，s為截面積；曰為鋼絲繩中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
B S +B6S6
一
這里，鋼絲繩中的磁感應(yīng)強(qiáng)度日 與主磁路中的磁感
應(yīng)強(qiáng)度B 在飽和磁化程度為定值，磁橋路的截面積S 和
主磁路的截面積S 由設(shè)計(jì)決定，因此，可以得出，鋼絲繩
的截面積S 與磁橋路中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成線性關(guān)系。由
式(1)可知磁感應(yīng)強(qiáng)度與霍爾元件的電壓輸出值也存在
線性關(guān)系。因此，鋼絲繩的截面積與霍爾元件的電壓輸出
值存在線性關(guān)系，由此，鋼絲繩的截面積損耗可由式(2)
得出：
× 00％ (2)
其中， 為標(biāo)定樣繩的霍爾元件電壓輸出值；V為檢測(cè)鋼
絲繩的霍爾元件電壓輸出值； 為傳感器的靈敏度；S為
標(biāo)定樣繩的金屬截面積。
3 結(jié)論
本文采用漏磁探傷方法對(duì)鋼絲繩斷絲進(jìn)行檢測(cè)，該方
法是利用勵(lì)磁磁場(chǎng)和缺陷(即鋼絲斷絲處)相互作用產(chǎn)生
的漏磁現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)鋼絲繩斷絲，并且利用霍爾元件工作原
理能夠準(zhǔn)確地獲取缺陷(即鋼絲斷絲處)產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)信
號(hào)，并通過(guò)計(jì)算處理檢測(cè)鋼絲繩是否發(fā)生損壞以及發(fā)生什
么程度的損壞。
參考文獻(xiàn)
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收稿日期：2011—07—29
http：／／ZZHD．chinajourna1．net．en E-mail：ZZHD@chainajourna1．net．en《機(jī)械制造與自動(dòng)化》

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