基于差动变压器的编织式钢丝绳损伤检测传感器 3页

2014拄仪表技术与传感器2014第1期InstrumentTechniqueandSensorNo．1基于差动变压器的编织式钢丝绳损伤检测传感器王兵，邵帅。，华晋伟，林森。(1．辽宁省产品质量监督检验院，辽宁沈阳110032；2．辽河油田公司资产装备部，辽宁盘锦124010；3．沈阳工业大学信息中心，辽宁沈阳110870)摘要：钢丝绳作为提升、运输及承载设备中的关键部件被广泛地应用于许多工程领域中，其使用安全性至关重要。钢丝绳复杂的绳股结构和恶劣的工作环境使其在使用中易于出现磨损、锈蚀、疲劳、断丝等损伤，导致其强度下降，造成安全隐患。钢丝绳无损检测的目的是保证钢丝绳的安全运行，并在安全运行的前提下尽量减少因过早报废而产生的浪费。文中主要针对用于工程上悬挂和牵引的编织式钢丝绳，根据磁阻原理检测钢丝损伤，采用差动变压器作为传感器，并对传感器的电磁场和结构进行分析。关键词：编织式；钢丝绳；差动变压器；探伤中图分类号：AP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2014)01—0016—03WeavingSteelWireBrokens’SDetectingSensorBasedonLinearVariableDi圩erentialTransformerWANGBing，SHAOShuai．HUAJin．wei。LINSen(1．LiaoningProvinceProductQualitySupervisionInspectionInstitute，Shenyang110004，China；2．DeptartmentofProperty&Equipment，LiaoheOilfieldCompany，Panjin124010，China；3．InformationCenter，ShenyangUniversityofTechnology，Shenyang110870，China)Abstract：Steelwiresarethekeypartoflifting，transportationandbearingtheweightintheequipmentandarewidelyappliedtoalotofengineeringpractices．Thecomplexstructureandthebadenvironmentmakeiteasilyabraded，corroded，fatigueandwirebroken．Theaimofnondestructivetestingofwireropesistoensurethesafeoperationofwireropesandtoreducethewastecomingfromtheprematurediscardofwireropesasmuchaspossible．ThearticlemainlyanalyzedthebraidedSteelwiresusedintheSUS—pensionandtractionforengineering．Detectionthewiredamageaccordingtothereluctanceprinciples，usingthe，inearVariableDif-ferentialTransformer(LVDT)asasensor，thenanalyzedtheelectromagneticandstructuralofthesensor．Keywords：Braidedstyle；Steelwires；LVDT；detection0引言见差动变压器内铁之间的气隙隙变化引起的，这代表损伤钢丝文中主要针对编织式钢丝绳损伤的信号检测传感器的设的变化。常见的差动变压器的电枢位置发生变化时，次级绕组计问题，这类钢丝绳主要用于电力系统中的送电工程用来悬挂的互感。、会发生变化。当用于钢丝检测时，、由磁电线，其截面不是圆形而是近似方形。由于它采用了一种特殊阻决定，其信号的特点是差动的。的方式，像编织的一样，因此称作编织式钢丝绳。这种钢丝绳钢丝M具有许多优点，如灵活、扭曲后无痕迹，所以非常适合牵引。编织式钢丝绳的工作环境非常恶劣，且要求具有高可靠性的强P度，这就需要维修与检测。因其特殊的结构和维修工艺，现有的检测技术不能满足操作要求。文中采用基于主磁通原理的磁阻监测原理，实现这种钢丝绳的断丝检测，其特点是输出信号明显，但背景噪声复杂。文中采用差动变压器作为传感器，以提高损伤信号的灵敏度，所以差动变压器结构的设计决定了信号处理的精确程度。1用于钢丝检测的差动变压器原理在文中钢丝绳用作电枢，如图1所示。如果钢丝里有损伤，磁阻将会发生变化，沿着轴线移动钢丝，会使两个次级绕组图1用于钢丝检测的差动变压器原理产生变化的的感应电动势，输出电压。磁阻变化是由电枢与常由于钢丝的直径≤30mm，单回路励磁可以满足要求，但内径应足够大使焊接点能通过。该传感器是由励磁线圈、检测收稿时间：2013—06—21线圈、支架和铁轭组成，支架使用绝缘尼龙制成。为减少漏磁 18InstrumentTechniqueandSensorJan．2014(1)提高线圈的品质因数；和文本数据证实了，文中研究构思的合理性。(2)选择较高的励磁频率；表1不同损伤产生的差动电压(3)在不增大传感器尺寸的情况下增加绕组的线圈数；(4)在不使线圈过热的情况下增加励磁电压；(5)缩短传感器的气隙长度；(6)轴的长度应设计的短些。3电磁仿真利用ANSYS电磁场的便利，仿真不同的激励电压、不同损伤位置时的磁感应强度。从图3，可以发现大部分的磁力线通过铁轭和钢丝，只有一些漏磁通，但检测结果不受影响；在图3(b)和图3(C)中，损伤发生在次级线圈的对称位置上，可以发现漏磁没有出现在破裂处的附近，漏磁是由于所加lOV激励使磁路饱和而引起的，所以主磁通不受影响。此外，磁感应强度的增加，是由损伤引起的；从图3(d)可以看到，当损伤出现在传感器轴线时，磁力线分布是完全对称的，所以采用差动变压器作为传感器是合理的。图4不同损伤产生的不同电压参考文献：表1记录了10．03V激磁电压时，不同损伤产生的不同电[1]wuDD．Non—electricDetectionTechnolgy．Xi’an：Xi’allJiaotongUni．压，和是传感器的次级线圈对称位置的输出电压，是versity，2001．损伤在轴线时的输出电压。从图4可以看到，输蓐，出p电压随着损[2]GUOAF，YANGJY，ZHANGXH．TheCharacterAn~yseofDiffer-伤的增加而近似线性的增加。此外∞，从g}表g}1昕可以％看％到，鹪s和j叭：entialTransformer．ZhengzhouInstitueofTextileTechnolgyTransac-接近，符合基本要求。tion，1996(4)：62—65．4结束语[3]HUMJ，YANGTZ，XUB，eta1．TheStudyofDifemtialTransform利用差动变压器原边的线性激励和副边两个绕组的反接，Sensitivity．ZhengzhouInstitueofLightIndustryTechnologyTransac—可以实现钢丝绳断丝的在线检测。理论分析和仿真分析结果tion，2004(2)：49—51．(上接第15页)对未经处理的传感器和经过隔光硅脂处理过的传感器进行测埋地油罐点火后，罐内发生爆炸，爆炸产生的火焰和冲击试，两种状态下传感器的动态灵敏度的变化在校准误差5％范向人孔井口正上方释放，持续2—3S．油罐内部冲击波如图5所围内，结果表明传感器表面涂抹硅脂和碳粉混合物对灵敏度无示，可以看出，敞口爆炸时，罐内产生300kPa左右的冲击波，由影响。将处理过的压阻式传感器用于埋地油罐的罐内爆炸压于测点布置于罐壁，与经典冲击波波形不同的是，冲击波正压力冲击波测量，得到了合理可信的测量结果。过后不会形成真空负压段。参考文献：弱0[1]王权，丁建宁，薛伟，等．耐高温压阻式压力传感器研究与进展．仪舶0表技术与传感器，2005(12)：1—3．篮[2]WERNERM，FAHRNERW．Reviewonmaterials，microsensors，systems，anddeviceforhightemperatureandharshenvironmentapplications．IEEE西200山TransactionsOilIndustrialElectronics，2001，48(2)：249—257．、160R[3]戴艳梅，王文襄．压阻式压力传感器的动态特性．传感器技术，幽1oo1999，18(3)：52—53．印[4]陈德龙，邱江，王冰等．压阻式高频动态压力传感器与冲击波超压O测量．第五届全国爆炸力学实验技术学术会议，2006．_{89101112l3l4[5]杜红棉，祖静，张志杰．压阻传感器8530B闪光效应规律研究．测时间如试技术报，2011，25(1)：78—81．图5冲击波测量结果[6]赵亚梅．某微型压力传感器瞬态光效应的实验与数据处理方法研4结束语究[学位论文]．太原：中北大学，2007．文中针对某型压阻传感器受到光干扰会产生较大的负波作者简介：张健中(1984一)，工程师，博士。主要研究方向为：化工过程脉冲的问题，将特殊处理过的隔光硅脂涂抹于传感器表面，经控制，油库加油站安全等。E-mail：zhangjz．qday@sinopec．corn过闪光实验证明该方法能够有效的消除光干扰。利用激波管