[發(fā)明專利]一種金屬絲繩的在線監(jiān)測方法及裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510707529.1
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105527338A
• 公開（公告）日: 2016-04-27
• 發(fā)明（設計）人: 韋崗;馬碧云;劉嬌蛟;楊萃;曹燕;王一歌;李杰;趙明劍
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N27/82
• 分類號: G01N27/82
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發(fā)明涉及金屬絲繩的檢測技術，具體涉及一種金屬絲繩的在線監(jiān)測方法及裝 置。

背景技術

金屬絲繩廣泛用于國民生活的方方面面，例如：鋼絲繩是各類起重機、索道、電梯 的承載和牽引的主要構(gòu)件，一旦發(fā)生斷裂將導致設備和人身的災難性事故；銅絲繩是電力 傳輸?shù)闹匾M成部分，一旦發(fā)生斷裂將導致供電故障、火災等安全事故。金屬絲繩在使用的 過程中必然會發(fā)生疲勞、銹蝕、磨損甚至斷裂現(xiàn)象，為防微杜漸，很多國家和地區(qū)制定了相 關的檢測標準，強制要求對其進行檢測，既要保證其安全使用，又不因過早報廢造成浪費。 目前我國一般采用人工檢測和定期強制更換的方法來保證安全，而以上兩種手段存在人為 主觀因素和提前報廢等問題。所以研制高精度、高可靠性、網(wǎng)絡化的金屬絲繩無損監(jiān)測裝置 需求迫切。

現(xiàn)有的金屬絲繩的無損檢測方法主要包括以下四種：光學檢測、X光檢測、超聲波 檢測、漏磁檢測等方法。總結(jié)以上4種技術及設備，主要存在以下問題：

1）光學檢測采用光學成像，然后通過對照片進行圖像處理，實現(xiàn)金屬絲繩的斷股、斷絲 檢測，如:申請公布號CN104063716A專利。由于金屬絲繩的工作環(huán)境所限，成像效果一般不 理想，而且適用于重大傷損的報警，對于微小的裂縫，金屬疲勞等小型傷損效果不理想。

2）X光檢測采用X射線成像，然后通過對X光圖片進行圖像處理，實現(xiàn)金屬絲繩檢 測，具有精度高，可檢測微小裂縫等傷損的特點，但需要較高的成本且X射線存在放射性，對 人體、環(huán)境有害，需要嚴格監(jiān)控，不適合大范圍使用。

3）超聲波檢測利用超聲在固體內(nèi)部的傳播特性，可實現(xiàn)遠距離的，大范圍的檢測， 且具有對人體無害，成本低等優(yōu)點。但是一般情況下,采用超聲波檢測需要緊貼物體表面， 需要耦合劑，在戶外等工作環(huán)境應用受限，且不適合金屬面存在不平整氧化層的檢測。近年 來，有一種新型非接觸式超聲波檢測技術：電磁超聲檢測技術，根據(jù)鐵磁性金屬在居里溫度 下的強磁性特點，利用其磁致伸縮效應激發(fā)超聲波導實現(xiàn)高速線材的無損檢測，如授權(quán)公 告號CN101281171B專利。然而該檢測方法須將金屬置于居里溫度之下（鐵為770℃，鐵氧體 為465℃，釹鐵硼為400℃），且檢測時需要磁化，因此使用場合十分受限。

4）漏磁檢測是根據(jù)材料和缺陷的磁導率的差異實現(xiàn)無損檢測，可實現(xiàn)缺陷的定量 檢測和精細檢測，且對人體、環(huán)境無害，是目前市面上主流的鋼絲繩檢測方法，如公開號 CN1928543A專利。然而漏磁檢測是建立在鐵磁性材料的高磁導率特性基礎上的，是一種被 動檢測方法。漏磁檢測在檢測時需進行磁化，因此對鐵磁性材料的檢測效果較好，不適合用 于銅、鋁、金、銀、不銹鋼等非鐵磁性材料，且在如下情況：內(nèi)部缺陷、微小缺陷、有涂層等檢 測效果不理想。

有鑒于此，本發(fā)明提出一種新型的金屬絲繩的在線監(jiān)測方法及裝置。本發(fā)明所述方法 是一種主動檢測方法，具有精度高、非接觸式、無需磁化、對人和環(huán)境無害、體積小、低功耗、 硬件簡單、低成本、常溫檢測等優(yōu)點，可用于鐵磁性和非鐵磁性金屬絲繩的在線檢測，并可 推廣應用于工業(yè)零部件及電路板焊點檢測等，有廣泛的應用前景。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有金屬絲繩無損檢測系統(tǒng)的諸多不足，將信息技術、電磁 場技術有機地結(jié)合一起，提出一種金屬絲繩在線監(jiān)測方法與裝置，具體原理如下：

根據(jù)麥克斯韋方程，變化的電場可產(chǎn)生磁場，變化的磁場可感生電場。將被測物體置于 變化的磁場中，會感生變化的磁場和電場，其大小與通過該曲面的磁場變化率有關，同時跟 被測物體的空間分布磁性參數(shù)、電性參數(shù)特性密切相關。用磁敏元件（如：霍爾元件、磁阻元 件等）作為接收器件測出磁場的三維分布，根據(jù)其磁場分布可反演出被測物體的材質(zhì)、空間 分布信息，實現(xiàn)被測物體的特性估計。金屬體具有良好的電導性，而磁導性則根據(jù)金屬的類 型略有差異。金屬絲繩表面的裂縫、氧化腐蝕、內(nèi)部的氣泡、疲勞等，由于其性質(zhì)不一致，電 導率和磁導率會發(fā)生變化。例如：裂縫、氣泡主要是空氣，電導率較小；氧化腐蝕則是金屬氧 化物，如鐵氧體，磁導率比較大。因此將金屬絲繩置于由兩個對稱放置的且產(chǎn)生磁場極性相 反的通電螺線圈（電磁推挽偶極子對）產(chǎn)生的寬頻交變磁場中，通過陣列化或運動掃描形 式，磁敏接收器測出磁場三維空間分布，反演出金屬絲繩的內(nèi)部材料的電導率和磁導率分 布規(guī)律，從而實現(xiàn)其缺陷檢測和定位。