用人工方法即可观察的常见钢丝绳缺陷有绳股折
断 、

波浪形 、

笼壮畸形 、

绳股挤出 、

钢丝挤出 、

绳径局

部变大或是变小 、

钢丝绳被压扁 、

扭结 、

折弯等 。

相对于钢丝绳其他缺陷 ,断丝是一种较常见的

钢丝绳缺陷 。目前的钢丝绳报废标准 GB8707

288

(等效于 ISO3578

280) 都是以单位绳长即一个捻距

内的断丝数作为依据

[ 3 ]

。

1. 2 　钢丝绳无损检测原理

钢丝绳属于一种铁磁材料 ,不同铁磁材料的导

磁能力不同 。当外加强磁场施于铁磁性材料时 ,高
密度的磁力线沿磁化方向在材料内部穿过 ,一旦材
料出现不连续性 ,即表层或内部有空隙等缺陷时 ,部
分磁力线就会向外逸出 ,对材料表面缺陷附近的空
气中低密度磁力线形成局部干扰 ,这种磁力线传递
到不同磁介质的界面时 ,发生的逸出现象称为磁力
线折射现象 。所形成的逸出磁场称为漏磁场 。文献

[ 6 ]指出 ,影响材料缺陷附近的漏磁强弱分布的主要

因素有缺陷的几何尺寸形状 、

磁场强度 、

受力状态 。

因此若钢丝绳出现不同的缺陷时 ,其磁化性能在整
体和局部都会发生变化 ,其周向漏磁场也会发生对
应的变化 。

对钢丝绳 L F 无损检测的研究 ,考虑到漏磁场

能方便地用磁敏元件进行检测 ,而且漏磁检测能较
好地适应钢丝绳恶劣的工作环境 ,因此 ,对钢丝绳的
L F 缺陷采用漏磁场检测 ,以沿钢丝绳圆周方向均匀
分布的霍尔元件来检测断丝 。在磁性无损检测中 ,
磁化是实现检测的第一步 ,它决定被测对象能否产
生可被测量和可被分辨的磁场信号 ,同时也影响检
测信号的性能和检测装置的结构特性 。磁化方式主
要有交流磁化 、

直流磁化和永久磁化

[ 4 ]

,本仪器采用

以永久磁铁作为励磁源的永久磁化方式 ,这种方式
不需电流源 ,因此可使仪器体积小 ,质量轻 。

用沿钢丝绳圆周方向均匀分布的霍尔元件来检

测钢丝绳 L F 信号 (主要指断丝) ,通过检测霍尔元
件电压的变化 ,即可间接测得局部缺陷漏磁场的变
化趋势 。霍尔元件的工作原理表达式为

　　

V

H

=

R

H

I B/ d

(

1

)

式中 　

V

H

为霍尔电压 ,由霍尔传感器测得 ;

R

H

为材

料的霍尔系数 ;

I

为电流值

; B

为材料的磁场强度

; d

为材料直径 。因此

,

在材料一定时

, R

H

、

d

就是常

数 ,只要通过检测霍尔元件的输出霍尔电压信号特
征 ,就可测得钢丝绳的 L F 信息

[ 5 ]

。

2

　特征信号提取算法

利用传感器检测到的磁场信号经过滤波和处理

后 ,对缺陷漏磁场信号特征的提取采用峰

2峰提取算

法 。峰

2峰提取法是利用检测信号中缺陷区域信号

峰

2峰值突变来提取特征的。峰2峰提取法是一种普

遍使用的方法

[ 6

2

8 ]

,但本文提出的算法是基于大量实

验基础上 ,因此 ,具有一定的实践准确性 。当钢丝绳
在该位置没有缺陷时 ,其信号波形较平稳 。但当钢
丝绳在某位置有缺陷 (尤其是断丝) 时 ,则该区域检
测波形信号峰

2峰值变异明显高于其他信号 ,峰2峰

值算法就是利用突变幅值来进行具体的定量判断缺
陷情况 。

设经滤波处理后的离散信号序列 (数组表示) 为

{ a [ k ] , k

= 0

,

1

, . . . , n

- 1 } , 设 幅 值 的 阈 值 为

t hreshd 。缺陷信号由缺陷判别准则来提取 。缺陷

判别准则为 (设

k

初始值 = 0 ,peaklow =

a

[ 0 ] , p ea

2

khigh =

a

[ 0 ]) : 如果 peaklo w >

a[ k

+ 1 ] , peaklow

=

a[ k

+ 1 ] ,继续搜索波峰最小值 ;

找到波峰最小值 peaklow ,记录该位置 ;
如果 peakhig <

a[ k

+ 1 ] , peakhig =

a[ k

+ 1 ] ,

继续搜索波峰最大值 ;

找 到 波 峰 最 大 值 peakhigh , 记 录 该 位 置 ;

temp = peakhigh - peaklo w ;

如果 temp > t hreshd ,则存在断丝 ;
根据输入的钢丝绳捻制方式 、

直径 、

股数等参数

及实验给出的断丝范围 ,判断断丝的数量 。

以上算法在实验数据的支撑下 ,可作为较准确

判断断丝缺陷的依据 ,方法简单可靠 ,易实现 。但需
经大量实验 ,预先找到各种类型的钢丝绳其阈值和
断丝间的关系 ,然后作为判别的依据 ,所以该方法需
大量的时间和实验材料投入 。这是本算法的缺点 。

3

　检测系统硬件设计

单片机作为微控制器已被应用于国民经济建设

的各个领域 。用 A T89C51 单片机作为检测系统的

CPU ,设计出智能钢丝绳检测仪器 。其原理如图 1

所示 。

图

1

　钢丝绳检测仪器原理图

钢丝绳的断丝信号在检测技术人员的检测过程

中经 过 AD574A 转 换 为 数 字 信 号 输 入 单 片 机 ,
89C51 单片机读取数字信号后进行计算和判断处
理 ,确定钢丝绳在该位置是否有断丝 ,并且把数字信
号存储到 W29C040 中 ,同时在液晶显示屏上不断
地显示数字信号的波形和实时进行钢丝绳的报废情
况警告显示 。检测钢丝绳的信号需要 4 个霍尔传感
器径 向 分 布 在 钢 丝 绳 的 周 围 , 用 模 拟 选 择 开 关

CD4051 进行 4 个模拟通道的切换 。硬件电路包括

以下几个部分 :

(1) 霍尔传感器 :接收钢丝绳原始信号 。

(2) A/ D 转换器 :将模拟量的原始电信号转换

为数字信号 。

　第

4

期

梁 　华等

:

基于漏磁信号的钢丝绳检测技术研究

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