唐 波, 郭必奔, 陳 偉, 譚 龍

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 計(jì)量測(cè)試工程學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.寧波水表(集團(tuán))股份有限公司，浙江 寧波 315033)

1 引 言

曳引鋼帶作為電梯的承載構(gòu)件,在其服役過程中,由于曳引鋼帶在曳引輪上發(fā)生滑移或瞬間的振動(dòng)沖擊形成局部擠壓變形,極易出現(xiàn)磨損和斷線缺陷[1],因此,開展曳引鋼帶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[2～4]具有重要的意義。

針對(duì)曳引鋼帶缺陷的檢測(cè),研究人員已經(jīng)開展了一些無損檢測(cè)方法研究,如渦流檢測(cè)、漏磁檢測(cè)、壽命設(shè)定值法及電阻檢測(cè)法等[5,6]。作為一種新興的承載構(gòu)件,曳引鋼帶的存在時(shí)間較短并且內(nèi)部鋼絲繩排列緊湊,這使得一些檢測(cè)技術(shù)在某些方面存在一定的局限性,例如:傳統(tǒng)渦流檢測(cè)方法一般用于近表面缺陷的檢測(cè);漏磁檢測(cè)方法由于不可避免的提離距離導(dǎo)致漏磁信號(hào)較為微弱,對(duì)磁敏傳感器要求往往較高[7];壽命設(shè)定值法具有裝置價(jià)格低和可以在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn),但實(shí)際每根曳引鋼帶所處的工況都是不同的,因此會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)廢和應(yīng)報(bào)廢而未報(bào)廢的情況[8];電阻檢測(cè)法雖然理論簡(jiǎn)單,但是在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)需要對(duì)得到的電阻值進(jìn)行溫度和應(yīng)力補(bǔ)償,并且不能實(shí)現(xiàn)缺陷定位[9]。近年來,相關(guān)研究人員曾對(duì)曳引鋼帶無損檢測(cè)的電磁傳感器結(jié)構(gòu)及參數(shù)開展了研究。Lei H M等[10]提出了一種優(yōu)化的漏磁檢測(cè)(magnetic flux leakage testing, MFL)方法來檢測(cè)涂層鋼帶(coated steel belts, CSB)中的斷絲,這使得檢測(cè)扁平結(jié)構(gòu)CSB中的斷絲成為可能,該方法使用一對(duì)傳感器檢測(cè)鋼帶,形成差分信號(hào),對(duì)斷絲數(shù)量的檢測(cè)有較高精確度。Sun Y H等[11]利用三維有限元模型,研究了傳感器勵(lì)磁結(jié)構(gòu)、線圈間距、勵(lì)磁電流和巨磁阻陣列排布位置等參數(shù)對(duì)漏磁檢測(cè)信號(hào)的影響,并通過仿真與試驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)優(yōu)化對(duì)改善傳感器檢測(cè)性能的作用。

本文在電磁無損檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,提出了徑向磁化電磁無損檢測(cè)原理,設(shè)計(jì)了具有多磁回路的徑向磁化電磁傳感器,借助COMSOL有限元仿真軟件研究了傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)和缺陷幾何參數(shù)對(duì)檢測(cè)性能的影響,構(gòu)建了徑向磁化電磁傳感器無損檢測(cè)系統(tǒng),并對(duì)曳引鋼帶的斷股和斷絲缺陷進(jìn)行了檢測(cè),分辨力達(dá)到0.5 mm,從而驗(yàn)證了該方法的可行性。

2 理論分析

2.1 檢測(cè)技術(shù)原理

電磁無損檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 電磁無損檢測(cè)原理Fig.1 Principle of electromagnetic nondestructive testing

物體由材料經(jīng)過一系列的加工處理后,將形成初始結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械參數(shù)和電磁參數(shù)。由于物體往往會(huì)受到擠壓、拉伸和摩擦等外部力的作用,以及溫度和濕度的環(huán)境影響。因此,物體的結(jié)構(gòu)參數(shù)、機(jī)械參數(shù)和電磁參數(shù)相較于初始值會(huì)有明顯的變化,并且物體不同位置受到外部力以及所處的外部環(huán)境是不同的,以至于導(dǎo)致物體參數(shù)常常出現(xiàn)局部變化。電磁無損檢測(cè)技術(shù)則是在測(cè)試對(duì)象內(nèi)部感應(yīng)電流或磁場(chǎng),磨損和斷股等缺陷導(dǎo)致物體的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電磁參數(shù)的不均勻性,呈現(xiàn)出不同的電磁響應(yīng),從而達(dá)到檢測(cè)損傷的目的[12～14]。

利用電磁耦合特性[15],將其應(yīng)用于曳引鋼帶缺陷原位檢測(cè),圖2為曳引鋼帶徑向磁化電磁檢測(cè)原理的示意圖,該檢測(cè)方法的原理是利用線圈或永磁體產(chǎn)生磁場(chǎng),通過高導(dǎo)磁材料進(jìn)行聚磁,使磁通徑向穿過被測(cè)物,在缺陷位置處由于磁參數(shù)的變化導(dǎo)致磁通的改變,采用磁敏傳感器對(duì)磁通大小進(jìn)行檢測(cè),便可實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)。

圖2 徑向磁化電磁無損檢測(cè)原理Fig.2 Principle of radial magnetized electromagnetic nondestructive testing

2.2 傳感器模型

徑向磁化電磁傳感器結(jié)構(gòu)如圖3所示,基于徑向磁化電磁無損檢測(cè)原理,根據(jù)曳引鋼帶內(nèi)部并排多股鋼絲繩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)了徑向磁化電磁傳感器,主要由激勵(lì)源線圈、導(dǎo)磁磁軛、聚磁鐵芯和霍爾傳感器等組成。由于曳引鋼帶聚氨酯層的存在,將會(huì)增加磁路的磁阻,因此有效磁信號(hào)將比較微弱,為此引入聚磁鐵芯。給激勵(lì)源線圈通入直流電流,產(chǎn)生恒定磁場(chǎng),在導(dǎo)磁磁軛和聚磁鐵芯的作用下,磁通徑向通過曳引鋼帶,當(dāng)曳引鋼帶產(chǎn)生缺陷時(shí),缺陷處從導(dǎo)磁材料變成空氣,磁通便從旁邊磁導(dǎo)率大的介質(zhì)中通過,將增加磁路的磁阻,因此主磁路的磁通將減小,通過霍爾傳感器對(duì)該磁路的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量,可根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小對(duì)缺陷程度進(jìn)行量化。

圖3 徑向磁化電磁傳感器結(jié)構(gòu)Fig.3 Structure of radial magnetized electromagnetic sensors

本文利用COMSOL軟件對(duì)徑向磁化電磁傳感器和曳引鋼帶的等效模型進(jìn)行分析[16]。曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲繩簡(jiǎn)化為圓柱形結(jié)構(gòu)并且材料采用Steel 1008,而聚氨酯為順磁材料,其磁導(dǎo)率接近1,采用空氣來代替。導(dǎo)磁磁軛和聚磁鐵芯常用的材料為Soft Iron,Soft Iron和Steel 1008。圖3中曳引鋼帶上方的虛線和點(diǎn)為檢測(cè)信號(hào)提取區(qū)域,檢測(cè)位置距曳引鋼帶上表面的距離為1 mm。在該位置提取z方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行分析。該模型的各個(gè)域被劃分為176 739個(gè)自由三角網(wǎng)格,并在信號(hào)提取區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格局部細(xì)化,以較少的計(jì)算量,提高計(jì)算精度。

2.3 磁感應(yīng)強(qiáng)度計(jì)算

本文提出的徑向磁化電磁無損檢測(cè)技術(shù)采用線圈激勵(lì),在導(dǎo)磁磁軛和聚磁鐵芯的作用下,磁通將徑向穿過曳引鋼帶內(nèi)部的每股鋼絲繩,借助霍爾傳感器對(duì)每條穿過曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲繩的磁通大小進(jìn)行檢測(cè),可在被測(cè)物未激勵(lì)到飽和情況下實(shí)現(xiàn)缺陷檢測(cè)?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)VH為

(1)

式中:RH為霍爾系數(shù);d為霍爾傳感器的厚度;Is為控制電流的大小;B為霍爾傳感器敏感方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。

3 仿真分析

本文采用基于FEM逼近數(shù)值求解的COMSOL軟件,解決了一些復(fù)雜幾何模型及多個(gè)物理場(chǎng)耦合的求解問題。建模過程中采用完美匹配層來充當(dāng)一個(gè)接近理想的吸收體或輻射體域,并且還可以對(duì)需要改變的參數(shù)進(jìn)行變量定義,實(shí)現(xiàn)參數(shù)化掃描。建模幾何參數(shù)見表1。

表1 模型幾何參數(shù)Tab.1 Structural parameters of front rectifier mm

3.1 仿真參數(shù)

激勵(lì)線圈的安匝數(shù)指線圈的匝數(shù)與通過線圈的直流電流大小的乘積,基本單位為At(ampere-turn,安培匝數(shù))。利用仿真模型,研究不同聚磁鐵芯寬度、激勵(lì)源線圈的安匝數(shù)對(duì)檢測(cè)信號(hào)提取處磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響規(guī)律,相關(guān)仿真參數(shù)見表2。磁感應(yīng)強(qiáng)度越大,抗干擾能力越強(qiáng),越有利于缺陷的識(shí)別。此外,進(jìn)一步對(duì)曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲的磨損缺陷和斷股缺陷的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布進(jìn)行研究和分析,為缺陷反演提供了可靠的依據(jù)。

表2 仿真參數(shù)Tab.2 Simulation parameters

3.2 聚磁鐵芯寬度對(duì)測(cè)量位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

在圖3中,雙箭頭線標(biāo)識(shí)處為聚磁鐵芯的寬度,線圈繞線方式一致并保持其他域的尺寸和線圈安匝數(shù)不變,研究0 mm、1 mm、2 mm和3 mm 4種寬度的聚磁鐵芯對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響。

圖4為不同聚磁鐵芯寬度的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化的曲線圖。從圖4中可以看出,徑向磁化電磁傳感器采用不同寬度的聚磁鐵時(shí),檢測(cè)信號(hào)提取處的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況是不同的。通過對(duì)比采用0 mm和1 mm的聚磁鐵芯時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布,即從無聚磁鐵芯到有聚磁鐵芯,磁感應(yīng)強(qiáng)度有明顯的增加且磁感應(yīng)強(qiáng)度呈現(xiàn)多個(gè)山峰狀,說明由于聚磁鐵芯的聚磁作用使得其正下方的磁感應(yīng)強(qiáng)度增強(qiáng)。但是由于寬度的增加,導(dǎo)致漏磁增加,磁感應(yīng)強(qiáng)度的峰值有略微的下降。后續(xù)研究主要集中研究1 mm聚磁鐵芯的徑向磁化電磁傳感器。

圖4 不同聚磁鐵芯寬度的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化Fig.4 The magnetic induction intensity of different magnet core widths varies with the measurement position

3.3 安匝數(shù)對(duì)測(cè)量位置的磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

由鐵磁性材料的磁化過程可知,在外加磁場(chǎng)逐漸增加時(shí),其磁導(dǎo)率會(huì)先增加后減小,因此磁感應(yīng)強(qiáng)度會(huì)存在飽和狀態(tài)。在鐵磁性材料達(dá)到飽和時(shí),繼續(xù)增加安匝數(shù),會(huì)造成傳感器體積和重量增加以及線圈發(fā)熱加劇。激勵(lì)線圈的安匝數(shù)在500～2 000 At之間變化,變化步長(zhǎng)為500 At,圖5給出了不同磁動(dòng)勢(shì)下的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化的分布圖。

圖5 不同磁動(dòng)勢(shì)的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化Fig.5 The magnetic induction intensity of different magnetomotive force varies with the measurement position

從圖5可以看出,安匝數(shù)的變化對(duì)檢測(cè)信號(hào)提取處磁感應(yīng)強(qiáng)度的分布趨勢(shì)影響不大,但對(duì)其值的大小有較大的影響。磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著安匝數(shù)的增加而增加,但在1 000 At后,其增加的幅度開始減小,即磁感應(yīng)強(qiáng)度開始趨于飽和。因此,在選取線圈匝數(shù)和電流大小時(shí),需考慮傳感器體積、線圈最大承受電流大小和發(fā)熱情況。

3.4 缺陷程度與測(cè)量位置磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系

斷絲缺陷是曳引鋼帶在服役當(dāng)中較為常見的缺陷,為了通過磁感應(yīng)強(qiáng)度來對(duì)斷絲缺陷程度進(jìn)行反演,則需建立斷絲缺陷程度與檢測(cè)信號(hào)提取處磁感應(yīng)強(qiáng)度的映射關(guān)系。斷絲缺陷主要導(dǎo)致曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲的局部橫截面積減小。因此,通過對(duì)直徑四等分來切割局部橫截面模擬斷股缺陷,見圖6。

圖7給出了斷絲缺陷程度與測(cè)量點(diǎn)2的磁感應(yīng)強(qiáng)度之間的映射關(guān)系,測(cè)量點(diǎn)2是在圖3中從左到右4個(gè)測(cè)量點(diǎn)的第2個(gè)測(cè)量點(diǎn),設(shè)置在離聚磁鐵芯正下方 1 mm 處,假設(shè)測(cè)點(diǎn)2對(duì)應(yīng)的鋼絲存在缺陷,其他測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鋼絲完好無損。從圖7中可以看出,磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著缺陷程度的增加而下降。當(dāng)曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲繩存在缺陷,磁路中磁通量徑向通過缺陷區(qū)域時(shí),由于缺陷區(qū)域兩側(cè)的磁導(dǎo)率高于缺陷區(qū)域,導(dǎo)致磁力線向兩側(cè)分散,從而使得缺陷正上方氣隙中的磁感應(yīng)減小。并且磁感應(yīng)強(qiáng)度與斷絲缺陷程度存在一一映射關(guān)系,理論上,可根據(jù)磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)缺陷程度進(jìn)行估計(jì)。

圖7 磁感應(yīng)強(qiáng)度隨缺陷程度的變化關(guān)系Fig.7 The relationship between the magnetic induction intensity and the degree of defect

3.5 斷股缺陷組合對(duì)測(cè)量位置磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響

假設(shè)曳引鋼帶內(nèi)部同一剖面上每根鋼絲上同時(shí)存在無缺陷、1.0 mm缺陷、1.5 mm缺陷和2.0 mm缺陷,斷股缺陷模型示意如圖8所示。

圖8 斷股缺陷程度示意圖Fig.8 Schematic diagram of the degree of broken strand defects

為了比較曳引鋼帶鋼絲繩正常情況與斷股缺陷組合下引起磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量,得到了如圖9所示兩種不同工況的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布曲線。圖9中橫坐標(biāo)2 mm、5 mm、8 mm和11 mm位置上分別對(duì)應(yīng)上述不同斷股缺陷位置,即可獲取磁感應(yīng)強(qiáng)度的波峰值,從圖9中可以觀察到,斷股缺陷會(huì)引起檢測(cè)位置磁感應(yīng)強(qiáng)度變化,缺陷越大,變化量越大。

圖9 不同長(zhǎng)度斷股缺陷對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度的影響Fig.9 Influence of broken strand defects with different lengths on magnetic induction

為了進(jìn)一步比較曳引鋼帶鋼絲繩無缺陷和有缺陷前后磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化量,得到了如圖10所示不同長(zhǎng)度斷股缺陷時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度與無缺陷時(shí)的差值分布圖,可以明顯的觀察到不同缺陷長(zhǎng)度引起的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量大小不一且呈現(xiàn)非線性特性。同時(shí)發(fā)現(xiàn)相鄰鋼絲繩缺陷會(huì)引起整個(gè)電磁傳感器磁通路徑磁阻微量變化,如圖10中無斷股缺陷上仍然會(huì)出現(xiàn)極小的差值,但不會(huì)引起相鄰鋼絲繩上1.0 mm以上斷股缺陷的檢測(cè)結(jié)果,為下面選取單獨(dú)一根鋼絲繩斷股缺陷進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析提供理論依據(jù)。

圖10 不同長(zhǎng)度斷股缺陷時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度與無缺陷時(shí)的差值Fig.10 The difference between the magnetic induction of broken strands with different lengths and no defects

3.6 不同長(zhǎng)度的斷股缺陷軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布

電梯運(yùn)行過程中,徑向磁化電磁傳感器與曳引鋼帶將存在相對(duì)運(yùn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)方向沿著曳引鋼帶軸向方向。本文設(shè)計(jì)了1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm 3個(gè)不同長(zhǎng)度的斷股缺陷,見圖11以0.2 mm的步長(zhǎng)來移動(dòng)曳引鋼帶,觀察測(cè)量位置處沿軸向方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況。

圖11 斷股缺陷程度示意圖Fig.11 Schematic diagram of the degree of broken strand defects

不同長(zhǎng)度斷股缺陷的軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖12所示,其磁感應(yīng)強(qiáng)度分布呈現(xiàn)軸對(duì)稱,其對(duì)稱軸為缺陷的中心位置,并且在缺陷中心位置磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最小,斷股缺陷長(zhǎng)度越長(zhǎng)其磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值越小。

圖12 不同長(zhǎng)度斷股缺陷的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化Fig.12 The magnetic induction intensity of broken strand defects with different lengths varies with the measurement position

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

徑向磁化電磁傳感器性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖13所示,主要包括上位機(jī)、2個(gè)電源、運(yùn)動(dòng)裝置、下位機(jī)、電磁傳感器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和曳引鋼帶;電源1和電源2分別為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和徑向磁化電磁傳感器的線圈供電?？梢酝ㄟ^式(2)計(jì)算出相鄰采樣點(diǎn)之間所代表的實(shí)際距離Ls。

圖13 性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置Fig.13 The experimental device for testing the performance

(2)

式中:fs為采樣頻率;α為步距角;p為絲桿的螺距;fp為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖頻率;n為細(xì)分?jǐn)?shù)。

4.1 缺陷程度與測(cè)量位置磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系

通過將兩根鋼棒對(duì)接且中間留有空隙的方式來模擬斷股缺陷,見圖14?？障兜拇笮〖礊閿喙扇毕莸拈L(zhǎng)度。與第3.5節(jié)不同長(zhǎng)度的斷股缺陷軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度仿真分析相對(duì)應(yīng),設(shè)計(jì)了1.0 mm、1.5 mm和2.0 mm 3種長(zhǎng)度的斷股缺陷,通過本系統(tǒng)對(duì)曳引鋼帶軸向方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量。

圖14 斷股缺陷模擬示意圖Fig.14 Broken strand defect simulation diagram

實(shí)驗(yàn)值與仿真值所呈現(xiàn)的趨勢(shì)是一致的,如圖15所示,但是在1.0 mm和2.0 mm的斷股缺陷上存在略微差異,這主要是因?yàn)檠b置的精密程度不夠。其原因可能分別是曳引鋼帶支架的不平整和透明樹脂加工不平整導(dǎo)致的,以及缺陷長(zhǎng)度存在誤差。如果以仿真所得到的磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值為依據(jù),相鄰長(zhǎng)度缺陷的中間值作為界限,即如圖15紅色虛線所示,然后通過實(shí)驗(yàn)值來正確判斷實(shí)際缺陷長(zhǎng)度。本文系統(tǒng)對(duì)于斷股缺陷可以實(shí)現(xiàn)分辨力為0.5 mm的缺陷檢測(cè)。

圖15 不同長(zhǎng)度斷股缺陷下磁感應(yīng)強(qiáng)度隨測(cè)量位置變化Fig.15 The magnetic induction intensity varies with the measurement position under different lengths of broken strands

4.2 斷絲缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

現(xiàn)實(shí)中曳引鋼帶更多的是發(fā)生斷絲缺陷,使得內(nèi)部鋼絲繩局部的橫截面積減小。如圖16所示,本文采用對(duì)鋼棒局部進(jìn)行部分切割,使得該部分的橫截面積減小,從而模擬曳引鋼帶的斷絲缺陷,其中L表示缺陷間距。電磁無損檢測(cè)系統(tǒng)沿著曳引鋼帶長(zhǎng)度方向?qū)Υ鸥袘?yīng)強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量,其磁感應(yīng)強(qiáng)度分布如圖17所示,從而可以看出,磁感應(yīng)強(qiáng)度在缺陷處會(huì)明顯地降低,該裝置能夠?qū)嘟z缺陷進(jìn)行檢測(cè)。以磁感應(yīng)強(qiáng)度最小值作為缺陷的中心位置,反演出兩個(gè)相鄰缺陷的距離為24.2 mm。在鋼帶上人為制作的相鄰缺陷相距22.3 mm,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際制作缺陷之間誤差僅為8.5%。因此本文電磁無損檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)斷絲缺陷檢測(cè)。

圖16 斷絲缺陷模擬示意圖Fig.16 Schematic diagram of broken wire defect simulation

5 結(jié) 語(yǔ)

為了實(shí)現(xiàn)曳引鋼帶斷股、斷絲位置及缺陷嚴(yán)重程度準(zhǔn)確檢測(cè),提出了一種基于徑向磁化電磁檢測(cè)技術(shù)的曳引鋼帶內(nèi)部鋼絲繩缺陷檢測(cè)方法。首先,根據(jù)徑向磁化電磁檢測(cè)原理,采用直流線圈勵(lì)磁和霍爾傳感器結(jié)合,設(shè)計(jì)了徑向磁化電磁傳感器,實(shí)現(xiàn)了傳感器的小體積;建立徑向磁化電磁傳感器等效模型,對(duì)聚磁鐵芯寬度和安匝數(shù)2個(gè)參數(shù)進(jìn)行仿真研究。結(jié)果表明:寬度為1 mm的聚磁鐵芯具有最佳的聚磁效果,測(cè)量處磁感應(yīng)強(qiáng)度隨著安匝數(shù)增加而增大并趨于飽和。進(jìn)一步建立了曳引鋼帶斷絲缺陷與徑向磁化電磁傳感器輸出信號(hào)的映射關(guān)系以及研究了不同長(zhǎng)度斷股缺陷的軸向磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。最后,對(duì)研制的徑向磁化電磁傳感器進(jìn)行性能測(cè)試,并將其應(yīng)用于曳引鋼帶缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)分辨力為0.5 mm的斷股缺陷檢測(cè)和斷絲的定性檢測(cè)。

本文提出徑向磁化電磁傳感器適用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下平面型曳引鋼帶的缺陷檢測(cè),后續(xù)工作將針對(duì)實(shí)際工作環(huán)境下產(chǎn)生的噪聲和更多曳引鋼帶缺陷類型進(jìn)行研究,進(jìn)一步優(yōu)化檢測(cè)方法。