专利名称：一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种钢丝绳安全状态检测装置，特别涉及一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置。
技术背景 对钢丝绳无损检测技术研究较早的国家有美国、英国、德国、日本、加拿大、波兰等国，并在实用中取得了一定的成果。最早的钢丝绳无损检测可追溯到20世纪初。南非人CE. Me. cann和R. Colson共同研制了第一台钢丝绳电磁无损检测仪，用于测量钢丝绳的截面损失。该装置采用交流螺线管对钢丝绳进行磁化，当作为电感铁芯的钢丝绳截面发生变化时，则励磁线圈与检测线圈之间的阻抗将随之改变，记录检测线圈中的感应电动势的变化，就可以按顺序对导致钢丝绳截面变化的故障进行测量。这种方法采用了交流(AC)励磁，故称为AC方法。由于集肤效应，这种方法测量精度很差，钢丝绳仪器容易发热，而且每次测量都要把线圈缠绕在钢丝绳上，所以很难投入实际应用。20年代发展起来的漏磁通法用于检测局部损伤，由于采用直流(DC)将钢丝绳沿轴向励磁至饱和，测量损伤处的泄漏磁通来判断损伤情况，故称为DC方法。1919年，RLSanford和WB. Kouven-hoven研制成功了世界上第一个米用漏磁通法原理的无损检测装置，他们对两种检测线圈，即一种单一多匝线圈和另一种两个相同的且相距很近的多匝线圈取差动信号。差动线圈的抗干扰能力强，得到的结果比较可靠，但由于要花费大量的时间把线圈缠绕在钢丝绳上，所以无法实际应用。1937年，R. Vmle和H. Mililer取得T分体式差动线圈的专利，解决了这个问题。随后Wbmle利用他们的发明首先实现了钢丝绳的在线检测。二十世纪60年代以后的20多年间，各国学者针对钢丝绳检测在原理和实践中存在的问题进行广泛而深入的研究，取得了较大的进展，从而使钢丝绳检测技术进入一个新的阶段。各国的学者对钢丝绳的励磁装置、检测装置、钢丝绳故障特征进行了全面的研究，取得了一系列成果。集中表现在励磁装置改用强永久磁铁，检测装置既用线圈也用霍尔元件、磁通门等。如加拿大矿业能源技术中心的E. Kalwa博士重点研究了应用霍尔组件检测钢丝绳漏磁通和主磁通的方法，通过大量的实验，深入分析了钢丝绳局部故障与检测信号的定量关系，找出了部分故障定量特征与检测信号之间的一些关系。上世纪60至80年代，各国也先后推出了不少钢丝绳检测仪。典型有波兰的M系列和MD系列探伤仪、苏联的HHCK系列探伤仪、日本的MRT型系列探伤仪、德国的WBK系列探伤仪以及美国的LMA系列探伤仪等。80年代后，由于电子技术、半导体技术、计算机技术以及模式识别与人工智能等现代信息处理技术的飞速发展，给钢丝绳损伤的自动定量检测，提供了技术支持，奠定了基础。尤其是在钢丝绳损伤检测信号的模式识别、定量分析与处理的方法和仪器的研究与开发方面，以美国为主的一些先进测量技术不断推出。90年代中期，计算机技术和集成电路的迅猛发展也给钢丝绳探伤仪带来了发展的契机。1995年加拿大在原有的检测原理基础上推出了基于计算机的MagnograPhB型钢丝绳探伤仪的原理样机E41，为消除人为因素在钢丝绳检测中的影响迈出了一大步。我国钢丝绳无损检测技术起步较晚，60年代初才开始了研究。国内自行开发研制的钢丝绳探伤仪一般是单一因素(主要针对断丝)的检测装置。华中科技大学杨叔子教授等在80年代就开始了钢丝绳断丝在线检测的研究，研究重点是断丝的定量检测。他们也采用漏磁通法，以永久磁铁对钢丝绳励磁，用集成霍尔元件测量钢丝绳周围各个方向上的磁场信号，用码盘控制采样的间距，用计算机对数据进行处理，并对钢丝绳的励磁磁路、信号处理等进行了大量研究，首先研制成功了 MTC — 94型钢丝绳探伤仪，定性地检测钢丝绳的局部异常故障。在80年代末，又采用便携机为检测平台研制了 GDJY系列钢丝绳断丝定量检测仪，1992年底⑶JY-B型钢丝绳断丝定量检测仪通过技术鉴定，该仪器在探伤传感器上采用“聚磁”技术检测漏磁�。馐锹┐盘缴思觳饧际跎系耐黄�。由于采用计算机提高了仪器的智能化水平，实现了钢丝绳检测信号的等距离采样，对于断丝信号特征的提取、断丝检测 信号定量识别进行了有效的探索，实现了断丝的定量检测，该项技术己处于国际领先水平，并在实际推广运用中取得了较好的效果，为我国钢丝绳检测技术的发展做出了贡献。80年代末，河南洛阳涧西矿冶机电研究所研制成功了 GXT型断丝在线检测装置，该仪器主要检测局部损伤，它所采用的方法很独特，严格地说不属于漏磁通法，只要检测前钢丝绳经过直流励磁就可以了。它所采用的测量元件是自行研制的动态感应线圈，该仪器在国内较有影响。90年代中后期，上�：Ｔ搜г涸谑笛槭沂迪执磐偶觳飧炙可收下┐懦。呈脱г鹤隽嘶谖⒒胂呷Φ母炙可收霞觳庋芯�。这些工作一般限于实验室研究。另外，洛阳TCK钢丝绳检测技术有限公司所研制的TCK钢丝绳损伤定量检测系统是在窦毓棠教授发现的“空间磁场矢量合成原理”和他发明的“窦氏高灵敏传感器”的技术基础上研制成功的，采用其独创的弱磁检测技术，相对于传统的强磁检测技术是一大突破。总的来说，目前单截面磁通量评价方法比较完善，但是该方法的最大问题在于只能对一个截面内的断丝量进行评价，而实际断丝的发生往往不在一个截面，因此该类产品的致命问题在于漏报，而人为提出的判废标准则导致安全裕量过度，浪费巨大。由于电子技术、半导体技术、计算机技术以及模式识别与人工智能等现代信息处理技术的飞速发展，给钢丝绳损伤的自动定量检测提供了技术支持。目前该方面技术发展的主要方向是是在钢丝绳损伤检测信号的模式识别、定量分析与传感器和监控系统的微型化、远程化及智能化发展。本实用新型旨在将声发射无损检测技术引进到钢丝绳检测领域，并结合物联网技术建立一个智能化的钢丝绳运行检测、故障诊断和记录系统，借助于先进有效的管理方法和技术手段，时刻监测钢丝绳的运行，准确反映钢丝绳运行状态，及早发现安全隐患，尽可能杜绝钢丝绳带病运行，构筑起钢丝绳安全监测网络，加强规范管理，确保钢丝绳24小时安全可靠运行。
实用新型内容针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本实用新型的目的在于，提供一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置，实现动态的在线实时检测。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案[0016]一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置，包括声发射检测系统、信号分析处理单元、总控制单元，以及显示报警及制动及单元，所述声发射检测系统与钢丝绳连接用以检测钢丝绳的断丝信号，所述信号分析处理单元的输入为声发射检测系统采集到的钢丝绳断丝信号，输出为钢丝绳的安全等级，所述信号分析处理单元的输出分为两路，一路通过初级单片机控制系统与显示报警及制动单元相连，另外一路通过物联网与总控制单元相连，所述总控制单元的输出与显示报警及制动单元相连，所述显示报警及制动单元的输出端与钢丝绳控制器连接，作用于钢丝绳。作为本实用新型的优选实施例，所述声发射检测系统包括声发射传感器以及与声发射传感器相连的多通道声发射设备，其中，所述声发射传感器与待检测的钢丝绳相连；作为本实用新型的优选实施例，所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器安装在曳引轮上对钢丝绳进行检测；作为本实用新型的优选实施例，所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器安装在钢丝绳上；·作为本实用新型的优选实施例，所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器通过安装在钢丝绳上的波导杆与钢丝绳连接。与现有技术相比，本实用新型装置至少具有以下优点本实用新型通过声发射检测系统对钢丝绳的断丝信号进行采集，通过信号分析处理单元对该断丝信号进行分析和处理，从而得到钢丝绳的安全等级，最后将该安全等级上传至总控制单元，并进行报警处理。本实用新型装置的测量结果更准确，且结构简单，操作方便。
图I是本实用新型装置的整体结构示意图；图2是本实用新型装置测量系统的结构示意图。图2中，I支座2声发射传感器3钢丝绳4曳引轮5转轴。
具体实施方式
以下结合附图及本实用新型的一种实施例进行详细阐述一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置，包括声发射检测系统、信号分析处理单元、总控制单元，以及显示报警制动及单元，所述声发射检测系统与钢丝绳连接用以检测钢丝绳的断丝信号，所述信号分析处理单元的输入为声发射检测系统采集到的钢丝绳断丝信号，输出为钢丝绳的安全等级，所述信号分析处理单元的输出分为两路，一路通过初级单片机控制系统与显示报警及制动单元相连，另外一路通过物联网与总控制单元相连，所述总控制单元的输出与显示报警制动及单元相连,所述显示报警制动及单元的输出端与钢丝绳控制器连接，作用于钢丝绳。所述声发射检测系统包括声发射传感器以及与声发射传感器相连的多通道声发射设备，其中，所述声发射传感器与待检测的钢丝绳相连；所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器安装在曳引轮上对钢丝绳进行。本实用新型钢丝绳安全状态在线实时检测装置主要由三部分组成声发射检测系统、信号分析处理系统、报警控制单元。声发射检测系统包括声发射传感器和与声发射传感器连接的多通道生发射设备，所述声发射传感器与待检测的钢丝绳相连，用以采集钢丝绳的断丝信号；所述信号分析处理系统对声发射传感器采集的断丝信号进行提取和处理以得到钢丝绳的安全等级，然后将处理后的信号一分为二，一路信号直接通过初级单片机控制系统对钢丝绳运行系统进行联锁保护；另一路信号通过物联网将钢丝绳损伤信息有效传递到总控制单元，进行远程报警，并提醒督促相关单位进行钢丝绳的检查或维修。所述声发射检测系统主要由声发射传感器和多通道声发射设备组成；工作原理为钢丝绳的损伤信号传递到曳引轮上面，此时通过安装在曳引轮上面的声发射传感器来接收损伤信号，从而实现对钢丝绳的实时在线检测。值得说明的是，作为本实用新型的一种实施例，所述声发射传感器安装在曳引轮，钢丝绳缠绕在曳引轮上，然而，如果声发射传感器直接安装在钢丝绳上或者通过其他部件 (例如波导杆)与钢丝绳连接，也是可以实现本发明目的的。所述信号分析处理系统主要是对所获得的信号进行分析处理，得到钢丝绳的断丝信号，并由此判断钢丝绳的运行状况和安全等级。本实用新型目的在于采用新的检测装置——声发射无损检测技术对钢丝绳安全状态进行检测与评价，并结合物联网技术实现对钢丝绳运行的有效监测与管理。首先通过声发射传感器对钢丝绳的断丝损伤信号进行全面感知与检测；再将声发射信号有效传输到多通道声发射设备，经过对信号分析处理后，提取损伤特征参量，判断钢丝绳的损伤状态和安全等级，产生一路信号直接作用钢丝绳运行系统，起到智能紧急保护作用；另一路信号则通过物联网技术传递到总控制单元，进行远程报警和保护，上级管理部门工作人员再根据钢丝绳损伤状态确定钢丝绳运行安全等级，实现对钢丝绳的运行状态的智能检测与管理。此技术有效地提高了钢丝绳损伤检测的可靠性，同时节约了定期检查的费用，也确保了钢丝绳的安全稳定运行。本实用新型的组成与连接方式(参考附图)I、声发射检测系统主要由声发射传感器，多通道声发射设备组成；2、信号分析处理系统声发射信号处理、显示、分析设备组成；3、连接方式首先通过声发射传感器对钢丝绳损伤信号进行采集；然后对声发射信号进行处理和分析，提取钢丝绳断丝信号特征值，用以衡量钢丝绳的损伤状态和安全等级；最后将所得信号一分为二，一路信号直接对钢丝绳运行系统进行联锁保护；另一路信号通过物联网传递到上级管理部门，进行远程报警，并提醒督促相关单位进行钢丝绳的检查或维修。本实用新型的创新点和技术路线I、利用声发射在线检测断丝，将不同横截面的断丝都可以纳入统计范围，比传统的单横截面法更为科学有效；2、建立钢丝绳的运行状况与安全等级评价系统，通过物联网管理平台可以远程预警，检测灵敏度高，分辨能力强；3、声发射技术对动态缺陷敏感，在缺陷萌生和扩展过程中能即时发现，并且对信号具有累计的作用，能实时在线检测钢丝绳的运行情况；4、可通过波形分析准确确定缺陷出现的位置和测量钢丝绳断丝程度与数目。本实用新型可以更全面合理的评价断绳状态，杜绝漏报、误报现象，提高钢丝绳传动的电梯、悬梯、传送带等设备的安全运行，社会效益明显；同时，产品在属于特种设备监管的电梯等设备推广使用后，仅按我国目前300万载客电梯保有量改造规模计算，利润规模约90亿人民币，另外可以提供钢丝绳利用率，减少不合理报废率，节省钢材15%左右，具有巨大的经济效益和市场潜力；本项目开发具有我国独立知识产权，也将提高电梯行业国内产品的技术含量。我国统计表明，如果采用科学的仪器进行检测，适时报废，每年至少可以节约钢丝绳的用量12%-20%，节约 进口钢丝绳外汇的20%-30%。同时，按照特种设备监管的电梯、索道等安全要求日益提高，仅按照载客电梯一项保守估计，我国现有在役载客电梯约300万台，2011年新增载客电梯约33万台，并按照30-40%的年增长率增加，这些电梯的运行可靠性纳入安全监控指标要求改造后，具有相当大的市场潜力。目前使用的所有电梯监控系统尚未见到有类似产品使用的报道。声发射检测系统中传感器的安装如附图2所示其中，I为支座，2为声发射传感器，3为钢丝绳，4为曳引轮，5为转轴。钢丝绳3在运行过程中产生的损伤信号传递到曳引轮4上面，此时通过安装在曳引轮上面的声发射传感器2来接收损伤信号，从而实现对钢丝绳的实时在线检测。传感器获得的信号有效传输到声发射信号分析处理系统，进而对钢丝绳的运行状态和安全等级进行评价。以上所述仅为本实用新型的一种实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域普通技术人员通过阅读本实用新型说明书而对本实用新型技术方案采取的任何等效的变换，均为本实用新型的权利要求所涵盖。
权利要求1.一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置，其特征在于包括声发射检测系统、信号分析处理单元、总控制单元，以及显示报警制动及单元，所述声发射检测系统与钢丝绳连接用以检测钢丝绳的断丝信号，所述信号分析处理单元的输入为声发射检测系统采集到的钢丝绳断丝信号，输出为钢丝绳的安全等级，所述信号分析处理单元的输出分为两路，一路通过初级单片机控制系统与显示报警及制动单元相连，另外一路通过物联网与总控制单元相连，所述总控制单元的输出与显示报警制动及单元相连，所述显示报警制动及单元的输出端与钢丝绳控制器连接，作用于钢丝绳。
2.根据权利要求I所述的钢丝绳安全状态在线实时检测装置，其特征在于所述声发射检测系统包括声发射传感器以及与声发射传感器相连的多通道声发射设备，其中，所述声发射传感器与待检测的钢丝绳相连。
3.根据权利要求2所述的钢丝绳安全状态在线实时检测装置，其特征在于所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器安装在曳引轮上对钢丝绳进行检测。
4.根据权利要求2所述的钢丝绳安全状态在线实时检测装置，其特征在于所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器安装在钢丝绳上。
5.根据权利要求2所述的钢丝绳安全状态在线实时检测装置，其特征在于所述钢丝绳缠绕在曳引轮上，所述声发射传感器通过安装在钢丝绳上的波导杆与钢丝绳连接。
专利摘要本实用新型公开了一种钢丝绳安全状态在线实时检测装置，主要由声发射检测系统，物联网管理平台组成。首先通过声发射传感器对钢丝绳损伤信号进行采集；然后对声发射信号进行处理和分析，提取钢丝绳断丝信号特征值，用以衡量钢丝绳的损伤状态和安全等级；最后将所得信号一分为二，一路信号直接对钢丝绳运行系统进行联锁保护；另一路信号通过物联网传递到上级管理部门，进行远程报警，并提醒督促相关单位进行钢丝绳的检查或维修。此技术有效地提高了钢丝绳损伤检测的可靠性，同时节约了定期检查的费用，也确保了钢丝绳的安全稳定运行。
文档编号G01N29/14GK202794113SQ20122039372
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者段权, 李涌泉, 谢旭梦, 白文杰 申请人:西安交通大学
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