主要的鋼絲繩無損檢測方法及其特點

　　鋼絲繩無損檢測包括兩方面內(nèi)容,即局部損傷檢測和截面缺損測量。對這兩種損傷,傳統(tǒng)的磁檢測方法有漏磁通法、主磁通法和回路磁通法,相應(yīng)的檢測 元件有感應(yīng)線圈、霍爾元件和磁通門等,目前傳感器探頭有向多種磁感應(yīng)元件組成的混合探頭發(fā)展的趨勢。20世紀90年代以后提出的檢測方法包括磁致伸縮法和 聲發(fā)射-超聲法。探傷設(shè)備的分辨力、檢測信號的特點及可靠性、輔助檢測電路的結(jié)構(gòu)以及后續(xù)信號處理,均由傳感器探頭的結(jié)構(gòu)和所用檢測元件決定,下面以傳感 器的類型為依據(jù)分析當前主要的鋼絲繩無損檢測方法。

　　1.1

　　感應(yīng)線圈檢測法

　　感應(yīng)線圈傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示,永磁體將鋼絲繩的被測區(qū)域沿軸向磁化至飽和,鋼絲繩內(nèi)的磁感應(yīng)強度B保持恒定,穿過鋼絲繩的磁通量與鋼絲繩的 橫截面積成正比,因而測量鋼絲繩的軸向主磁通,可以定量檢測鋼絲繩的截面缺損；對于局部損傷,斷口處會產(chǎn)生漏磁場,通過測量鋼絲繩表面的漏磁,可間接確定 鋼絲繩的局部損傷。感應(yīng)線圈檢測法最大的缺點是傳感器的輸出和檢測速度有關(guān),檢測速度不均勻時傳感器輸出信號產(chǎn)生畸變,極低速時無輸出。同時,速度不均勻 會造成檢測信號在時間軸上的壓縮或拉伸,不利于后續(xù)信號處理,因此需將時域采樣信號轉(zhuǎn)換成空間域的等空間采樣信號以消除速度的影響。線圈傳感器要求穩(wěn)定的 檢測速度,盡管目前的線圈傳感器加入了霍爾元件等消除速度因素的裝置,并在后續(xù)信號處理中加入了速度歸一化環(huán)節(jié),但為了使檢測結(jié)果可靠,仍然需要穩(wěn)定的速 度。感應(yīng)線圈法成本低,易實現(xiàn)。1906年出現(xiàn)的di yi臺鋼絲繩探傷儀采用了交流勵磁的感應(yīng)線圈傳感器,到目前,勵磁方式從交流勵磁和直流勵磁發(fā)展為大量采用的永久勵磁方式且技術(shù)日趨成熟。在R Wrnle 和H Müllur采用分體式差動線圈方便地將線圈繞在絲繩上后,感應(yīng)線圈傳感器法得到廣泛的推廣。如美國NDT Tech的鋼絲繩探傷儀和鼎順科儀的GSTC鋼絲繩探傷儀采用感應(yīng)線圈傳感器,可定性檢測鋼絲繩的漏磁通,定量檢測截面缺損的精度為0.1%,其 中NDT Tech各系列探頭可分辨長度>50 mm的截面缺損缺陷,GST-Ⅲ鋼絲繩探傷儀對局部損傷定性檢測的準判率為95%,定量檢測準判率為85%；波蘭的ZawadaNDT采用感應(yīng)線圈和霍爾 元件相結(jié)合的混合線圈傳感器檢測截面缺損的精度可達0.05%,可分辨的截面缺損的最小長度為30~50 mm[2,3]。線圈傳感器在漏磁通檢測中精度低,逐漸被淘汰,現(xiàn)在已趨于用霍爾元件來代替。

　　1.2

　　霍爾元件檢測法

　　目前,鋼絲繩缺陷漏磁場檢測一般采用霍爾元件作為磁敏元件。霍爾元件傳感器的最大優(yōu)點是輸出信號不受速度影響,且體積小,對小間隙空間的磁場測量有很大的優(yōu)越性,因此得到廣泛應(yīng)用。

　　霍爾元件傳感器的結(jié)構(gòu)和線圈傳感器相似,但前者的檢測器件是鑲嵌在傳感器內(nèi)壁的霍爾元件,后者是繞在鋼絲繩上的感應(yīng)線圈?；魻栐糜谔絺脑?理為,置于鋼絲繩表面附近的霍爾元件可感應(yīng)鋼絲繩表面漏磁場的法向分量,并輸出相應(yīng)的電壓信號。單純的霍爾元件測磁靈敏度較低,大約為12 mV/mA·T,溫漂大,制成的傳感器電路結(jié)構(gòu)復雜且不可靠。集成霍爾元件的出現(xiàn)解決了這個問題,美國史普拉格公司生產(chǎn)的集成霍爾元件UGN-3501T 線性靈敏度通常>0.7 V/ mA·T。集成霍爾元件的使用可簡化鋼絲繩無損檢測的后續(xù)處理電路,增強檢測信號的可靠性和穩(wěn)定性,因此得到了推廣。需注意的是,雖然霍爾元件傳感器消除 了速度對信號幅度的影響,分析時依然要將時間域的信號轉(zhuǎn)化到空間域,因為檢測速度不恒定時,時間軸上的信號仍會隨著采樣速度被拉伸或壓縮。

　　德國Stuttgart大學于1999年設(shè)計了內(nèi)壁嵌有霍爾元件環(huán)形陣列的傳感器探頭,得到的檢測信號由傳統(tǒng)的一維信號變?yōu)榭扇姹碚麂摻z繩缺陷的三維信號,用圖解法分析該信號可以清晰地描述鋼絲繩軸向和周向的磁場形態(tài)[2],并作為檢測鋼絲繩周向分散損傷的理論根據(jù)；Zawada公司的霍爾元件探頭能準確無誤地檢測所有嚴重缺陷,并確定缺陷位置和深度,檢測局部損傷精度為鋼絲繩橫截面積的0.2%[4]；南 非AATS公司的AATS Model 817,俄羅斯Intron Plus Ltd的MH&F系列均采用了霍爾元件傳感器,后者檢測斷絲的靈敏度為橫截面積的0.5%~1%,截面缺損的檢測精度為1%~2%,可分辨長度在 250~500 mm以上的截面缺損；Zawa-da公司和Intron Plus Ltd研制的探傷儀還可檢測不同尺寸的扁鋼絲繩[2]。

　　1.3

　　磁通門檢測法

　　磁通門器件有很高的測磁靈敏度和定向性,可以靜態(tài)地檢測磁場強度,磁通門檢測法在局部損傷檢測中的效果優(yōu)于線圈傳感器。

　　磁通門檢測法利用磁心材料在交變磁場的飽和激勵下,由于鋼絲繩缺陷漏磁場的影響而使感應(yīng)輸出的電壓發(fā)生“非對稱性”變化來檢測漏磁場。目前,磁通門傳感器多由單磁心單繞組磁通門組成(圖2)[8]。在傳感器內(nèi)壁沿鋼絲繩周向均勻布置這種單磁心單繞組檢測回路就構(gòu)成了磁通門探頭(勵磁方式和前兩種方法相同),根據(jù)每個檢測回路的輸出可獲取鋼絲繩周向各處的磁場信息。

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