钢丝断口漏磁场磁荷模型定量描述的实验研究

　　1　前言

　　钢丝绳断丝的定量检测是判断钢丝绳强度损失的重点。对于漏磁检测中恒定不变磁场的分析,由于数值计算的方法得不到具体的漏磁场解析表达式,对分析和解释检测信号十分不便。本文采用磁荷分析模型(1)对钢丝绳断丝漏磁信号特征进行计算和分析,将会简化问题的分析。可用于定性和定量解释断丝引起的局部漏磁场变化与钢丝绳断丝断口特征之间的关系。

　　2　钢丝断口的点磁荷模型

　　在钢丝绳断丝断口的漏磁场解释模型(2)中,根据磁荷分析理论,假想距断丝断头一小距离处分别有一磁荷,如图1所示,断丝断口产生的漏磁场可由这一假想磁荷定性和定量解释。

　　建立如图1所示的座标系,断口间隙设为2b,假想磁荷分别位于P1(-L,0)和P2(L,0)处,且分别具有点磁荷-Q和+Q。由于单根钢丝的漏磁场是一轴对称场,因此,只需要分析断口在钢丝轴线平面的磁场分布。根据磁荷分析理论和磁场叠加原理,两磁荷在座标平面上任一点P(x,y)处产生的磁感应强度B等于磁荷-Q和+Q在该点产生的磁场的矢量和。

　　从式(2)和式(3)可以看出,当断丝断口确定时,如果假定磁荷Q和l两个参数均为定值,则方程中只剩下x,y两个变量。固定提离值,也就是固定y值,当xi(i=1,2,3,4……)取不同值时,将会得到一组Bpx(xi,y) ,Bpy(xi,y)曲线。

　　3　单根钢丝断口漏磁检测实验

　　实际运用公式(2),(3)时发现,公式计算值与测量值之间有较大的偏差,下面通过实验研究产生偏差的原因。本次实验主要做了单根钢丝的断口漏磁测量,对轴向信号分量的主要特征量:峰峰值和信号的宽度,进行了对比分析,找出它们同断口几何尺寸之间的关系。

　　3.1　实验装置及方法

　　实验采用了集成霍尔元件A3515作为漏磁场测量元件,其检测灵敏度为13.5 mV/mT。磁化装置采用稀土永久磁铁,导磁体采用20#钢,磁化强度通过磁路设计来保证,将钢丝磁化至饱和状态。利用

光电编码器对信号进行等空间采样,采样间隔为0.45 mm。实验装置如图2所示。

　　本次实验采用的钢丝检测方法是目前在钢丝绳无损检测中应用最广泛的漏磁检测方法,检测时,钢丝被外加磁场磁化,表面或者近表面的断丝使得局部区域磁导率降低、磁阻增加,磁化磁场将会有一小部分磁场从断丝处外泻出来,形成可以检测的磁场信号。采用磁敏感探头——霍尔元件传感器随励磁器同步运动并扫描缺陷处,便可以获得断丝漏磁场的电信号。

　　传感器在扫描过程中,光电编码器发出脉冲信号,传感器采集信号。由传感器输出的信号一般比较微弱,必须先经过信号预处理,将信号不失真的放大、滤波等。经过预处理之后的信号,再通过A/D转换器,将模拟信号转换成数字信号,然后输送至计算机缺陷定量分析软件进行分析。