基于聚磁技术的钢丝绳损伤电磁检测传感器研究

论文摘要

钢丝绳具有优良的挠性和承载能力,被广泛应用在煤矿、港口、电梯等领域中。由于钢丝绳的使用环境多较为恶劣、且工作强度大,在使用过程中会出现断丝、磨损、锈蚀等多种类型的损伤,这些损伤在积累到一定程度后就会有发生断裂的可能,这就会影响到钢丝绳使用现场的安全生产。因此开发出一种能够有效检测出在役钢丝绳损伤情况的传感器就成为了安全生产的关键。本文首先对损伤检测方法进行研究,并设计了传感器。根据钢丝绳局部损伤和金属截面积损失型损伤两种类型损伤的特性,对比多种检测方式的优缺点,分别选择电磁检测法和集成线性霍尔元件作为检测方法和检测元件。对传感器主磁回路结构进行设计,采用永磁体作为励磁元件,多回路导磁方式传导磁通,同钢丝绳共同组成完整的磁回路。其次对钢丝绳损伤表面漏磁场进行了研究。利用有限元仿真软件对设计的磁回路进行仿真优化,使其达到磁化饱和钢丝绳的目的。分别得出钢丝绳表面漏磁场随局部损伤和金属截面积损失型损伤的变化规律,验证了通过检测钢丝绳表面漏磁场得出钢丝绳损伤状态的可行性,并得出钢丝绳表面漏磁场磁通密度与损伤程度呈线性相关的结论。为了抑制股波噪声对检测信号的干扰,将聚磁技术应用至传感器的磁场收集中。由于采用霍尔元件直接检测钢丝绳表面漏磁场的方式具有易受噪声干扰等缺点,本文将聚磁技术应用至检测装置中,设计聚磁装置结构,在有限元仿真软件中建立传感器模型,对聚磁器的损伤漏磁场聚集效果进行了仿真分析。分别得出两种损伤的漏磁场变化情况,验证了聚磁装置应用在损伤检测中的可行性。最后完成传感器各组成部分的制作与实验平台的搭建,对两种类型的损伤分别进行了检测实验。根据钢丝绳报废标准制作样绳,通过实验验证了股波噪声、提离距离等因素对钢丝绳损伤漏磁场的影响;研究了聚磁装置对振动、相位变化、多损伤等干扰因素的抑制效果;并对具有不同损伤长度和程度的缺陷进行检测,取得了较好的实验效果。通过本课题的工作,能够验证本传感器系统对局部损伤与金属截面积损失型损伤检测的可行性,根据检测曲线的特性即可辨别出损伤类型及损伤程度,且损伤程度与检测结果特征值呈线性相关关系。由实验得出的多种干扰因素对检测结果的影响也能够为损伤信号定量识别工作奠定基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 钢丝绳损伤检测技术国内外研究现状
•     1.2.1 钢丝绳损伤检测技术国外研究现状
•     1.2.2 钢丝绳损伤检测技术国内研究现状
•   1.3 论文主要研究内容
• 第二章 钢丝绳损伤形态及检测方法
•   2.1 钢丝绳的结构和分类
•   2.2 钢丝绳主要损伤类型及特征
•   2.3 钢丝绳损伤检测方法分析
•     2.3.1 钢丝绳损伤电磁检测原理
•     2.3.2 钢丝绳损伤电磁检测方法
•   2.4 聚磁技术原理及应用方式
•   2.5 本章小结
• 第三章 传感器结构设计及表面漏磁场仿真分析
•   3.1 传感器励磁装置设计
•     3.1.1 传感器磁化方式选择
•     3.1.2 钢丝绳磁化程度选择
•     3.1.3 永磁励磁装置设计
•   3.2 传感器磁回路结构设计
•   3.3 钢丝绳损伤漏磁场仿真分析
•     3.3.1 传感器磁回路有限元仿真
•     3.3.2 钢丝绳损伤漏磁场仿真分析
•   3.4 钢丝绳绳股漏磁场有限元仿真
•   3.5 本章小结
• 第四章 聚磁装置设计及检测效果有限元仿真
•   4.1 聚磁装置结构参数设计及信号处理方式研究
•     4.1.1 聚磁装置结构参数设计
•     4.1.2 信号处理方式研究
•   4.2 聚磁装置检测效果仿真分析
•     4.2.1 聚磁装置对LF型损伤检测效果仿真
•     4.2.2 聚磁装置对LMA型损伤检测效果仿真
•     4.2.3 聚磁装置对混合型损伤检测效果仿真
•   4.3 检测装置信号处理电路设计
•   4.4 本章小结
• 第五章 钢丝绳损伤检测实验系统搭建及实验分析
•   5.1 钢丝绳损伤检测实验系统组成
•   5.2 钢丝绳损伤标准试件的配置
•   5.3 钢丝绳表面漏磁场检测实验
•     5.3.1 钢丝绳表面漏磁场检测影响因素实验分析
•     5.3.2 钢丝绳损伤表面漏磁场检测实验
•   5.4 钢丝绳损伤聚磁装置检测实验
•     5.4.1 聚磁装置检测影响因素实验分析
•     5.4.2 聚磁装置损伤检测实验分析
•   5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李登蓬

导师: 李国平

关键词: 钢丝绳,电磁检测法,聚磁技术,传感器,损伤识别

来源: 济南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,仪器仪表工业,自动化技术

单位: 济南大学

分类号: TP212;O441;TH878

DOI: 10.27166/d.cnki.gsdcc.2019.000254

总页数: 90

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