一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统，其包括磁化装置、磁传感器、信号处理电路板、旋转光电编码器、上位机；信号处理电路板设在载体上，磁传感器和旋转光电编码器的输出分别与信号处理电路板连接，磁传感器采用了多传感器并排同时检测的布局方式，解决了单个传感器覆盖面积小的问题，可以同步采集更宽的电梯曳引钢带；旋转光电编码器上有测量轮，当电梯曳引钢带移动时会带动测量轮转动，从而由旋转光电编码器测得钢带的移动距离。本实用新型专利技术解决了钢带内部钢丝绳缺陷的数据采集问题。其中所述微处理器采用了单个主处理器与多个从处理器组合的结构方式，解决了单个处理器算力不够以及AD通道数量少的问题。理器算力不够以及AD通道数量少的问题。理器算力不够以及AD通道数量少的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统


[0001]本技术属于弱磁无损检测
，具体涉及一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统。

技术介绍

[0002]电梯曳引钢带由若干根平行布置的钢丝绳芯外敷高分子材料融合而成，它以更高的安全性、更强的节能性、更好的舒适感和便于维护等特点正在取代较传统的曳引钢丝绳，越来越多地应用在电梯中。然而，由于电梯曳引钢带的若干根平行布置的钢丝绳芯被外部高分子材料包裹，仅凭人眼无法发现内部的钢丝绳股断裂、锈蚀等缺陷。
[0003]钢丝绳磁检测法大致分成强磁检测法和弱磁检测法。传统强磁检测的主要特点在于：传感器灵敏度低，要求贴近钢丝绳表面，检测通过能力弱；强磁磁化强度强，对被测物体的磁场束缚力较大，因此几乎不可能用于在线监测。

技术实现思路

[0004]本技术的专利技术目的就在于提供一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统，其能够检测电梯曳引钢带的内部钢丝绳的断丝等内部缺陷合。
[0005]本技术的技术方案为：本技术提供一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统，其包括磁化装置、磁传感器、信号处理电路板、旋转光电编码器、上位机；信号处理电路板设在载体上，磁传感器和旋转光电编码器的输出分别与信号处理电路板连接，磁传感器采用了多传感器并排同时检测的布局方式，解决了单个传感器覆盖面积小的问题，可以同步采集更宽的电梯曳引钢带；旋转光电编码器上有测量轮，当电梯曳引钢带移动时会带动测量轮转动，从而由旋转光电编码器测得钢带的移动距离。
[0006]所述信号处理电路板包括微处理器，所述微处理器采用了单个主处理器与多个从处理器组合的结构方式，解决了单个处理器算力不够以及AD通道数量少的问题，每个从处理器可对应多个传感器（包括一个），每个传感器的输出信号依次通过滤波电路、运算放大器、AD转换器连接到从处理器构成一路，从处理器的输出连接到主处理器，所述旋转光电编码器的输出信号直接连接到主处理器上，主处理器通过通讯模块和上位机连接。
[0007]所述磁化装置、磁传感器、信号处理电路板、旋转光电编码器可装配在一个载体上，可以是固定连接也可以是活动的可拆卸链接；使用时旋转光电编码器需和电梯拽引钢带接触，而磁化装置和磁传感器需贴近电梯拽引钢带。
[0008]进一步的，本技术所述磁传感器由四个并列排布的TMR传感器构成，保证钢带宽度在60mm以内时都能够实现全覆盖检测。所述磁传感器采用了隧道磁电阻效应传感器即TMR（Tunnel Magneto Resistance）磁传感器，其原理是利用磁性多层膜材料的隧道磁电阻效应对磁场进行感应，相比于其他磁敏感元件，TMR磁传感器具有更好的温度稳定性，更高的灵敏度，更低的功耗，更好的线性度。
[0009]进一步的，本技术所述磁化装置由两块长条形的永磁体及连接他们的衔铁构
成，两块永磁体分别位于衔铁的两端，衔铁、永磁体和钢带组成磁回路。
[0010]进一步的，本技术所述从处理器与主处理器采用了意法半导体有限公司生产的STM32F103系列ARM处理器，用来完成缺陷信号的提取。
[0011]进一步的，本技术所述通讯模块采用RS232通讯串口芯片。
[0012]本技术的工作原理为：
[0013]当电梯曳引钢带与仪器发生相对移动时，旋转光电编码器测量到钢带移动的距离信号，磁传感器测量到钢带中钢丝的电磁信号，信号处理电路板采集到这两种信号后进行滤波、放大、数模转换等处理之后发送给上位机。
[0014]当无缺陷时，在磁场作用下电梯曳引钢带表层产生的磁力线将呈现均匀分布。当存在缺陷时，由于缺陷区域的物质磁导率发生了变化，导致该区域周围的磁力线会发生异常变化。磁场强度的变化会引起TMR磁传感器芯片磁电阻值的改变。4个磁传感器并排布置在钢带表面，每个传感器中心距离15mm，保证了钢带宽度在60mm以内时都能够实现全覆盖检测。磁传感器感应到磁场信号并传送给信号处理电路板。信号处理电路板同时采集4个TMR磁传感器的信号，信号依次经滤波电路、运算放大器、AD转换器、从处理器，然后由主处理器通过串口发送数据给上位机。
[0015]从处理器对传感器采集来的信号进行软件滤波处理，采用了带通滤波的程序算法，将带宽太高和太低的部分滤除，有效带宽的范围由缺陷的种类而定。
[0016]主处理器汇集4个传感器的数据，并转发给上位机。
[0017]上位机通过绘制4个传感器的二维数据曲线。曲线的横轴为电梯曳引钢带移动的距离，该距离由旋转光电编码器测得；曲线的纵轴为磁传感器感应到的磁场强度。
[0018]上位机根据缺陷信号的特点，即缺陷信号常常以超过噪声幅度多倍的正弦波形式出现。而且每一个正弦波形状的缺陷信号均有两个极大值点、两个极小值点，共四个特征点。根据缺陷信号的特征，可设置如下缺陷判定条件：
[0019]（1）
[0020]由于到的趋势是上升或下降均有可能是缺陷信号的一部分，因此用绝对值来表征信号变化量值即可。
[0021]（2） [0022]正弦信号两端的变化幅值之和与中间剧烈变化幅值在数量上相当。
[0023]（3） [0024]保证正弦信号中间部分的剧烈变化是在较短时间内完成。
[0025]上述三个公式中，T为判定为缺陷的最小磁感应强度波动幅度；P为判定为缺陷的最长时间限度，这里可用采样点数代替；为一个无穷小量；正弦波形状的缺陷信号的起点、第一个极值、第二个极值、终点如图4与图5所示。
[0026]在以上三个公式成为判定条件，当三条件同时满足时，可以认定信号为缺陷信号。
[0027]在整个电梯曳引钢带数据采集过程中，当传感器刚刚进入到断丝位置的边缘时磁场梯度会发生明显变化；传感器完全进入断丝区后，磁场梯度又变得平稳；当传感器离开断丝区段另一边缘时，磁场梯度再一次变化剧烈。通过对钢带断丝数量不同的实验研究，磁场
梯度的变化不同，准确判断缺陷。
[0028]本技术的有益效果为：
[0029]本申请提供的一种电梯曳引钢带的弱磁检测系统，通过TMR磁传感器检测钢带内部钢丝绳的缺陷。当电梯曳引钢带内部出现钢丝绳断丝、断股、严重锈蚀等缺陷时，磁传感器的信号强度会同步变化，从而识别缺陷的存在，可在上位机用户界面中以信号曲线的形式显示出来。
[0030]采用弱磁无损检测传感器进行检测，其优点在于：不需要外加强磁激励源，采用的测磁传感器体积小、分辨率高；不需要对被检测工件的表面进行清理或其他预处理，可以保持被检试件在原始状态下进行检测，可同时检测表面和内部缺陷，操作方便、快速，能够很好的适应现场检测的需求；可检测裂纹、夹杂、气孔、腐蚀、变形等多种类型缺陷。
[0031]本技术中磁传感器采用了多传感器并排同时检测的布局方式，每个传感器中心距离15mm，解决了单个传感器覆盖面积小的问题，可以同步采集更宽的电梯曳引钢带。
[0032]本技术解决了钢带内部钢丝绳缺陷的数据采集问题。其中所述微处理器采用了单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电梯曳引钢带的弱磁无损检测系统，其特征在于：该系统包括磁化装置、磁传感器、信号处理电路板、旋转光电编码器、上位机；磁传感器和旋转光电编码器的输出分别与信号处理电路板连接，信号处理电路板与上位机连接；所述磁化装置、磁传感器、信号处理电路板、旋转光电编码器装配在一个载体上，设为固定连接或者可拆卸连接，磁传感器采用了多传感器并排同时检测的布局方式；所述信号处理电路板包括微处理器，所述微处理器采用了单个主处理器与多个从处理器组合的结构方式，每个从处理器可对应多个传感器，每个传感器的输出信号依次通过滤波电路、运算放大器、AD转换器连接到从处理器构成一路，从处理器的输出连接到主处理器，所述旋转光电编码器的输出信号直接连接到主处理器上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，潘勇，张义，陈猛，白利兵，
申请(专利权)人：河北省特种设备监督检验研究院，
类型：新型
国别省市：