钢丝绳在线实时自动检测系统

技术特色：

实时监控钢丝绳的安全状态 可靠预防钢丝绳的断绳事故

科学降低钢丝绳的用绳成本 有效提高钢丝绳的运行效率

系统介绍：

钢丝绳作为重要提升、起重、运输设备中的高度危险构件，被视为诸多工业领域的“生命线”。长期以来，由于缺少科学可靠的检测设备，钢丝绳的安全一直是重大设备管理过程中的“盲点”。
TCK钢丝绳在线实时自动检测系统的诞生，彻底改变了钢丝绳检测管理的落后现状。
该技术对重大设备在线钢丝绳的断丝、磨损、锈蚀、疲劳等各种局部缺陷（LF）有极高的检出率，对在线钢丝绳的径缩、有效金属截面积的损失（LMA）等缺陷，有准确的分辨力。为重大设备钢丝绳用户成功地解决了“隐患、浪费、低效”同在的三大管理矛盾，实现了“安全、节约、高效”的三重管理目标，是目前世界上先进的钢丝绳无损检测设备。

弱磁检测技术是基于“空间磁场矢量合成”，采用宽距、非接触式弱磁能势感应装置（如图1、图2），通过提取已施加磁载的铁磁性材料上弱磁能势分布差异信息，完成定位、定性和定量识别钢丝绳内外部各种缺陷的创新性电磁无损检测技术。 弱磁检测技术遵从国际标准（ISO3154:1988）规范的钢丝绳安全承载能力校核原则，提取的铁磁性材料物理场变信息，单值等效映射钢丝绳上铁磁性材料体积元的综合退变特征，为系统评估钢丝绳抗拉/弯/扭综合承载性能、安全使用寿命和安全负荷系数，提供了科学技术依据。 注：磁能势，即磁场能量梯度；体积元，即钢丝绳沿轴向的体积微分。体积元内载荷材料的综合退变特征也就是钢丝绳金属截面积损失（LMA）和局部缺陷（LF）的综合反映。

TCK传感器基于“空间磁场矢量合成原理”，释能元件提供一个给定弱电磁场Bx，与钢丝绳体积元的弱磁场B关联出磁场By,磁衡元件则把变化转化为相应的电量信号。 钢丝绳内部各缺陷产生在体积元的磁能势差异，TCK弱磁传感器能够清晰、完整、快速地识别和提取这种物理场变信息。

根据量子力学理论，由于相邻电子自旋磁矩的交换耦合作用，使得铁磁性介质内部排列形成一定形状的“磁畴”，每个磁畴内部具有同一个自旋磁矩方向（如图3）。 如果某一方向的磁畴在统计学分布中具备数量或者体积上的优势，就会宏观上显示出材料磁性。而如果各磁畴的分布杂乱无章，在任一方向上均无优势，则不会有宏观磁性产生。 给定的外部磁场作用会改变某一方向的磁畴数量，使铁磁性材料储备或释放一定的磁能。而且这种改变不随外部磁场的退出而复原，即形成所谓磁载。磁载在一定的对称空间建立磁能势场，只要没有剧烈机械振动或高温变化等，就会在铁磁性材料内部稳定地保持较长时间。

磁能势由磁载决定，并依托于钢丝绳体积元内参与机械负荷的铁磁性金属材料（以下称”载荷材料”）而分布。由于制造、存储、运输、安装、运行等历史过程对钢丝绳留下了未知的磁载（其无序状如图4），所以自然状态下的磁能势还不能真实地反映体积元的材质特征，即材料究竟是正常还是有缺陷。因此先需要一种方法以建立磁载与载荷材料材质特征之间的物理对应。

向铁磁性构件（钢丝绳）施加给定磁载（如图5），使所有载荷材料具有同等适度的低量级磁能积（材料的磁能量密度），并且如果载荷材料沿钢丝绳轴向等量均匀，连续分布，则任意体积元的磁能积也是等量均匀的。即：沿钢丝绳所建的轴向磁场均匀而且连续，穿过任意体积元的磁通等量，而且磁通密度均匀（如图6）。 注：磁能积反映单位体积的磁载储存能量水平，类似于物理学中运动系统的势能。

发生退变的体积元，或因拉伸塑性径缩、碾压/研磨/锈蚀性缺损（LMA），或因疲劳裂隙、裂断等突变/间断（LF）， 磁力线在这些退变的体积元中只能沿不规则的低能耗路径排布，磁通密度随之变化，磁能积分布不均匀，使各体积元产生磁能势差异(如图8)。而且，这些退变的程度越严重，磁能势差异就越突出。 只要对钢丝绳正常载荷材料体积元进行“完好定义”—— 标定无缺陷体积元的磁能势特征量，通过与提取的钢丝绳全部载荷材料体积元磁能势特征量的模式对比，即可有效识别载荷材料因退变产生的磁能势差异，并由这种载荷材料物理场变量映射其机械承载性能相关变化的定量关系（TCK钢丝绳探伤仪通过长期反复的实验对比，已用数学建模方式解决），也就实现了无损条件下定位、定性和定量检测钢丝绳各种退变特征的技术目标。 图8　各种缺陷的形态和对磁力线的影响
	弱磁检测方法引入调制给定弱电磁场，与经弱磁规划的钢丝绳弱磁场形成物理场关联。使TCK传感器具有弱磁状态无基噪工作、提离效应自抑式宽距感应、高灵敏/高分辨/高速率空域等突出的技术特点。 采用弱磁检测方法连续采样后，再通过TCK的数学分析模型，对钢丝绳各体积元磁能势差异样本值进行图表化处理、统计学计算和曲线波型分析，就能把影响钢丝绳机械承载性能的所有细部缺陷清晰地反映出来，同时给出描述这些退变特征危险程度的等效映射量值，提供准确、客观并完整的安全评估基础信息。

钢丝绳探伤仪固定安装在钢丝绳需要监测的重点部位，在钢丝绳正常工作过程中，自动完成对钢丝绳的检测工作。其基本动作是： 1. 由TCK弱磁加载组件完成对被测钢丝绳的弱磁规划，使被测钢丝绳处于稳定的待测状态； 2. 高性能传感器检测组件完成对被测钢丝绳全程状态信息的提取，并输出原始检测信号。 接收到原始检测信息后，完成规定的数模和信息制式转换，实现对原始数据的初步处理和信息存储，并通过有线或无线的通讯传输方式，将运行中的钢丝绳损伤信号实时传输回主控中心。 与目标钢丝绳的联动机械相耦合，根据钢丝绳的行进位置，形成由脉冲信号表示的位置信息，与钢丝绳损伤信号同步传输到主控中心。 依据多功能数采转换工作站的处理结果提供预警信号。依据相关的标准和规范，根据损伤程度的不同，对钢丝绳的安全状态进行判断。 即终端程序主控中心，可通过程序软件对收到的检测信息进行全面综合分析，为用户提供每日的分析处理结果及钢丝绳的损伤变化趋势。用户也可以随时检索查询被测钢丝绳当前或过去某个时间的损伤状态、损伤量值、伤点位置、损伤类型、损伤曲线、伤点发展趋势等，并通过终端显示或打印出检测报告。检测报告显示的结果清晰明确，使用户对钢丝绳的安全状态一目了然。

使用现场