鋼絲繩斷絲檢測方法比較分析與檢測裝置研究

魏燕 馬偉順

摘 要：從鋼絲繩產(chǎn)生斷絲的原因入手，對其斷絲的特點進行總結，然后對檢測方法進行敘述，最后總結檢測方法進而設計出簡單的檢測裝置。

關鍵詞：鋼絲繩;斷絲檢測;斷絲原因;霍爾原理;在線檢測

1 鋼絲繩斷絲相關理論分析

1.1 鋼絲繩斷絲產(chǎn)生原因分析

鋼絲繩在使用過程中一般會出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，因為鋼絲繩不管是在起重還是在牽引的過程中，鋼絲都會纏繞在工作機構的滑輪上，工作時會經(jīng)過滑輪槽被不斷的壓縮，進而彎曲或者伸直，長期如此就會產(chǎn)生一些磨損最終導致鋼絲繩失去彈性。

1.2 鋼絲繩斷絲特點分析

對鋼絲繩斷絲情況進行總結，可以將斷絲特點總結為以下幾個方面：（1）磨損斷裂;（2）腐蝕斷裂;（3）疲勞斷裂。

2 主要斷絲檢測方法分析

鋼絲繩出現(xiàn)斷絲一般都會通過對內(nèi)部的磁通量進行檢測，從而判斷鋼絲繩是否出現(xiàn)斷絲，具體方法總結如下所述：

（1）線圈感應法：這種方法也被稱為全磁通檢測法，首先是需要利用永久性的磁鐵對鋼絲繩磁化至飽和狀態(tài)，然后利用由感應線圈組成的線路來對鋼絲繩進行檢測，假如鋼絲繩中沒有出現(xiàn)斷絲的話，那么檢測結果就是恒定的感應電動勢.

（2）磁通檢測法：這種檢測方法也是基于電磁感應現(xiàn)象的一種檢測方法，檢測裝置類似于變壓器，檢測的時候，內(nèi)部有一個激勵線圈，這個激勵線圈決定著內(nèi)部鐵芯的磁導率，當需要檢測的鋼絲繩被完全磁化之后經(jīng)過內(nèi)部鐵芯的時候，鋼絲繩被磁化后形成的磁場會對鐵芯產(chǎn)生一定的影響.

（3）霍爾元件檢測法：這種檢測方法是基于霍爾效應的一種檢測方法，霍爾元件是一種應用霍爾效應的半導體，通過電流的半導體在內(nèi)部垂直電流方向所產(chǎn)生的磁場作用下，一旦出現(xiàn)電流變化，就說明鋼絲繩內(nèi)部出現(xiàn)斷絲。

3 基于霍爾原理的斷絲檢測裝置研究

因為鋼絲繩斷絲檢測方法有很多種，所以檢測裝置也就有很多樣類型，基于上文總結的三種檢測方法中霍爾元件檢測法被廣泛使用，所以本章所研究的檢測裝置主要是采用霍爾效應為主要檢測原理，具體研究如下所述：

（1）檢測原理分析：本方法主要是采用霍爾元件進行研究設計，所以使用的就是霍爾效應，霍爾效應是由美國科學家E.H.Hall所發(fā)現(xiàn)的一種特有的物理效應，如圖1所示。

主要是在一個長度為L，寬度為W，厚度為D的長方形半導體，在兩個截面上分別裝上一個輸出的電極，當長度方向出現(xiàn)了一個直流電流，同時在Z軸方向上施加一個磁場強度為H的磁場，那么就會在Y軸方向形成一個電位差：

而這個時候假若在Z方向上再加上一個磁場強度為Hz的磁場之后，那么該半導體內(nèi)部的空穴運動方向就會受到洛侖磁力的作用而導致最終的運動軌跡出現(xiàn)一定的偏轉.利用霍爾效應作為其檢測原理，必定需要一個霍爾系數(shù)，對于一定的半導體材料來說，霍爾系數(shù)只是一個常數(shù)，霍爾效應基本的表達式為：

Ey=RHJxHz

其中Ey為Y方向上的橫向電場，RH為霍爾元件系數(shù)，Jx為半導體X方向上的電流密度，Hz為Z方向上的磁場作用力，而由霍爾電場內(nèi)部形成的電位差成為霍爾電壓，用VH表示，具體的計算公式為：

上式就是檢測原理的表達公式，從式中可以看出內(nèi)部的輸出電壓和半導體中的電流以及外加的磁場強度是成正比例函數(shù)的。為了方便檢測用戶進行使用，生產(chǎn)廠家一般的會加霍爾磁敏感元件制作成為一個集成的電路，并且在內(nèi)部會集成一個恒流電源，這樣就可以通過分析霍爾元件獲得磁場強度的變化。

（2）檢測器主要結構設計：這種檢測儀器外部一般都是采用耐磨損、不導電的尼龍材料所制成的，其主要設計結構圖如圖2所示。

一般的設計過程中會為了提升檢測儀器的靈敏度，就會將霍爾元件之間減少信號干擾，一般會將霍爾元件之間的安全距離設置為30mm，并且將電路板安裝在霍爾元件外部的尼龍板上面。在檢測的時候，嚴格要求檢測環(huán)境必須處于鋼絲繩磁化均勻區(qū)域。

4 結語

鋼絲繩作為大型機械設備進行作業(yè)的鏈接裝置，它的安全情況對于整個作業(yè)都有著很重要的影響，隨著近年來安全事故發(fā)生的頻率有所增加，很多學者對于鋼絲繩斷絲檢測方面的研究力度有所增加，并且相關的檢測理論以及技術手段都較以往有所提升，相關部門還應該加大對這方面的支持力度，只有這樣才能從根本上改善我國鋼絲繩斷絲檢測存在的問題。相信在不久的將來，我國鋼絲繩斷絲檢測技術以及設備一定會走在同行業(yè)的前列。

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作者簡介：魏燕（1972—），女，漢，山東萊蕪人，碩士研究生，研究方向：機電一體化技術、智能檢測技術、機電控制。