鋼絲繩在線實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)
技術(shù)特色：
實(shí)時(shí)監(jiān)控鋼絲繩的安全狀態(tài) 可靠預(yù)防鋼絲繩的斷繩事故
科學(xué)降低鋼絲繩的用繩成本 有效提高鋼絲繩的運(yùn)行效率
系統(tǒng)介紹：
鋼絲繩作為重要提升、起重、運(yùn)輸設(shè)備中的高度危險(xiǎn)構(gòu)件，被視為諸多工業(yè)領(lǐng)域的“生命線”。*以來(lái)，由于缺少科學(xué)可靠的檢測(cè)設(shè)備，鋼絲繩的安全一直是重大設(shè)備管理過(guò)程中的“盲點(diǎn)”。
TCK的誕生，*改變了鋼絲繩檢測(cè)管理的落后現(xiàn)狀。
該技術(shù)對(duì)重大設(shè)備在線鋼絲繩的斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等各種局部缺陷（LF）有*的檢出率，對(duì)在線鋼絲繩的徑縮、有效金屬截面積的損失（LMA）等缺陷，有準(zhǔn)確的分辨力。為重大設(shè)備鋼絲繩用戶(hù)成功地解決了“隱患、浪費(fèi)、低效”同在的三大管理矛盾，實(shí)現(xiàn)了“安全、節(jié)約、高效”的三重管理目標(biāo)，是目前世界上*的鋼絲繩無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。
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弱磁檢測(cè)技術(shù)是基于“空間磁場(chǎng)矢量合成”，采用寬距、非接觸式弱磁能勢(shì)感應(yīng)裝置（如圖1、圖2），通過(guò)提取已施加磁載的鐵磁性材料上弱磁能勢(shì)分布差異信息，完成定位、定性和定量識(shí)別鋼絲繩內(nèi)外部各種缺陷的創(chuàng)新性電磁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。
弱磁檢測(cè)技術(shù)遵從標(biāo)準(zhǔn)（ISO3154:1988）規(guī)范的鋼絲繩安全承載能力校核原則，提取的鐵磁性材料物理場(chǎng)變信息，單值等效映射鋼絲繩上鐵磁性材料體積元的綜合退變特征，為系統(tǒng)評(píng)估鋼絲繩抗拉/彎/扭綜合承載性能、安全使用壽命和安全負(fù)荷系數(shù)，提供了科學(xué)技術(shù)依據(jù)。 注：磁能勢(shì)，即磁場(chǎng)能量梯度；體積元，即鋼絲繩沿軸向的體積微分。體積元內(nèi)載荷材料的綜合退變特征也就是鋼絲繩金屬截面積損失（LMA）和局部缺陷（LF）的綜合反映。 |
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| | TCK傳感器基于“空間磁場(chǎng)矢量合成原理”，釋能元件提供一個(gè)給定弱電磁場(chǎng)Bx，與鋼絲繩體積元的弱磁場(chǎng)B關(guān)聯(lián)出磁場(chǎng)By,磁衡元件則把變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量信號(hào)。 | 鋼絲繩內(nèi)部各缺陷產(chǎn)生在體積元的磁能勢(shì)差異，TCK弱磁傳感器能夠清晰、完整、快速地識(shí)別和提取這種物理場(chǎng)變信息。 | |
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根據(jù)量子力學(xué)理論，由于相鄰電子自旋磁矩的交換耦合作用，使得鐵磁性介質(zhì)內(nèi)部排列形成一定形狀的“磁疇”，每個(gè)磁疇內(nèi)部具有同一個(gè)自旋磁矩方向（如圖3）。
如果某一方向的磁疇在統(tǒng)計(jì)學(xué)分布中具備數(shù)量或者體積上的優(yōu)勢(shì)，就會(huì)宏觀上顯示出材料磁性。而如果各磁疇的分布雜亂無(wú)章，在任一方向上均無(wú)優(yōu)勢(shì)，則不會(huì)有宏觀磁性產(chǎn)生。 |
| | | 給定的外部磁場(chǎng)作用會(huì)改變某一方向的磁疇數(shù)量，使鐵磁性材料儲(chǔ)備或釋放一定的磁能。而且這種改變不隨外部磁場(chǎng)的退出而復(fù)原，即形成所謂磁載。磁載在一定的對(duì)稱(chēng)空間建立磁能勢(shì)場(chǎng)，只要沒(méi)有劇烈機(jī)械振動(dòng)或高溫變化等，就會(huì)在鐵磁性材料內(nèi)部穩(wěn)定地保持較長(zhǎng)時(shí)間。 | |
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| 磁能勢(shì)由磁載決定，并依托于鋼絲繩體積元內(nèi)參與機(jī)械負(fù)荷的鐵磁性金屬材料（以下稱(chēng)”載荷材料”）而分布。由于制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行等歷史過(guò)程對(duì)鋼絲繩留下了未知的磁載（其無(wú)序狀如圖4），所以自然狀態(tài)下的磁能勢(shì)還不能真實(shí)地反映體積元的材質(zhì)特征，即材料究竟是正常還是有缺陷。因此先需要一種方法以建立磁載與載荷材料材質(zhì)特征之間的物理對(duì)應(yīng)。 |
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向鐵磁性構(gòu)件（鋼絲繩）施加給定磁載（如圖5），使所有載荷材料具有同等適度的低量級(jí)磁能積（材料的磁能量密度），并且如果載荷材料沿鋼絲繩軸向等量均勻，連續(xù)分布，則任意體積元的磁能積也是等量均勻的。即：沿鋼絲繩所建的軸向磁場(chǎng)均勻而且連續(xù)，穿過(guò)任意體積元的磁通等量，而且磁通密度均勻（如圖6）。
注：磁能積反映單位體積的磁載儲(chǔ)存能量水平，類(lèi)似于物理學(xué)中運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的勢(shì)能。 |
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| 發(fā)生退變的體積元，或因拉伸塑性徑縮、碾壓/研磨/銹蝕性缺損（LMA），或因疲勞裂隙、裂斷等突變/間斷（LF）， 磁力線在這些退變的體積元中只能沿不規(guī)則的低能耗路徑排布，磁通密度隨之變化，磁能積分布不均勻，使各體積元產(chǎn)生磁能勢(shì)差異（如圖8）。而且，這些退變的程度越嚴(yán)重，磁能勢(shì)差異就越突出。
只要對(duì)鋼絲繩正常載荷材料體積元進(jìn)行“完好定義”—— 標(biāo)定無(wú)缺陷體積元的磁能勢(shì)特征量，通過(guò)與提取的鋼絲繩全部載荷材料體積元磁能勢(shì)特征量的模式對(duì)比，即可有效識(shí)別載荷材料因退變產(chǎn)生的磁能勢(shì)差異，并由這種載荷材料物理場(chǎng)變量映射其機(jī)械承載性能相關(guān)變化的定量關(guān)系（TCK鋼絲繩探傷儀通過(guò)*反復(fù)的實(shí)驗(yàn)對(duì)比，已用數(shù)學(xué)建模方式解決），也就實(shí)現(xiàn)了無(wú)損條件下定位、定性和定量檢測(cè)鋼絲繩各種退變特征的技術(shù)目標(biāo)。 | | 圖8 各種缺陷的形態(tài)和對(duì)磁力線的影響 | |
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| | | 弱磁檢測(cè)方法引入調(diào)制給定弱電磁場(chǎng)，與經(jīng)弱磁規(guī)劃的鋼絲繩弱磁場(chǎng)形成物理場(chǎng)關(guān)聯(lián)。使TCK傳感器具有弱磁狀態(tài)無(wú)基噪工作、提離效應(yīng)自抑式寬距感應(yīng)、高靈敏/高分辨/高速率空域等突出的技術(shù)特點(diǎn)。
采用弱磁檢測(cè)方法連續(xù)采樣后，再通過(guò)TCK的數(shù)學(xué)分析模型，對(duì)鋼絲繩各體積元磁能勢(shì)差異樣本值進(jìn)行圖表化處理、統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算和曲線波型分析，就能把影響鋼絲繩機(jī)械承載性能的所有細(xì)部缺陷清晰地反映出來(lái)，同時(shí)給出描述這些退變特征危險(xiǎn)程度的等效映射量值，提供準(zhǔn)確、客觀并完整的安全評(píng)估基礎(chǔ)信息。 |
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| 鋼絲繩探傷儀固定安裝在鋼絲繩需要監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)部位，在鋼絲繩正常工作過(guò)程中，自動(dòng)完成對(duì)鋼絲繩的檢測(cè)工作。其基本動(dòng)作是：
1. 由TCK弱磁加載組件完成對(duì)被測(cè)鋼絲繩的弱磁規(guī)劃，使被測(cè)鋼絲繩處于穩(wěn)定的待測(cè)狀態(tài)；
2. 高性能傳感器檢測(cè)組件完成對(duì)被測(cè)鋼絲繩全程狀態(tài)信息的提取，并輸出原始檢測(cè)信號(hào)。 | | | |
| 接收到原始檢測(cè)信息后，完成規(guī)定的數(shù)模和信息制式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的初步處理和信息存儲(chǔ)，并通過(guò)有線或無(wú)線的通訊傳輸方式，將運(yùn)行中的鋼絲繩損傷信號(hào)實(shí)時(shí)傳輸回主控中心。 | | | |
| 與目標(biāo)鋼絲繩的聯(lián)動(dòng)機(jī)械相耦合，根據(jù)鋼絲繩的行進(jìn)位置，形成由脈沖信號(hào)表示的位置信息，與鋼絲繩損傷信號(hào)同步傳輸?shù)街骺刂行摹?/span> | | |
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| | 依據(jù)多功能數(shù)采轉(zhuǎn)換工作站的處理結(jié)果提供預(yù)警信號(hào)。依據(jù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，根據(jù)損傷程度的不同，對(duì)鋼絲繩的安全狀態(tài)進(jìn)行判斷。 | |
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| 即終端程序主控中心，可通過(guò)程序軟件對(duì)收到的檢測(cè)信息進(jìn)行全面綜合分析，為用戶(hù)提供每日的分析處理結(jié)果及鋼絲繩的損傷變化趨勢(shì)。用戶(hù)也可以隨時(shí)檢索查詢(xún)被測(cè)鋼絲繩當(dāng)前或過(guò)去某個(gè)時(shí)間的損傷狀態(tài)、損傷量值、傷點(diǎn)位置、損傷類(lèi)型、損傷曲線、傷點(diǎn)發(fā)展趨勢(shì)等，并通過(guò)終端顯示或打印出檢測(cè)報(bào)告。檢測(cè)報(bào)告顯示的結(jié)果清晰明確，使用戶(hù)對(duì)鋼絲繩的安全狀態(tài)一目了然。 | | |
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