Page 99 - 无损检测2024年第五期
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关益辉, 等:
多通道钢丝绳的漏磁检测信号融合方法
元件的周向覆盖范围又是有限的。针对此问题,
在现有探头和磁敏元件的基础上, 提出了磁敏元
件的阵列多通道信号融合技术。将磁敏元件在环
形探靴中进行等间距轴向、 周向、 径向排列, 如图
图1 断丝损伤群实物
4 , 5所示, 其中虚线框内为磁敏元件, 箭头表明磁
敏元件的排列方向。多个霍尔元件或电感传感器
在环形探靴内轴向、 周向或径向均匀布置形成检
测阵列, 并将每组传感器的通道单独引出, 待后续
进入多通道融合电路。
2 信号融合硬件电路方案
2.1 多通道霍尔元件信号融合硬件电路方案
多通道霍尔元件信号融合方案如图6所示, 主
要包括电源、 多路霍尔元件、 负电压产生电路、 参考
图2 探头前端信号处理简单时的霍尔元件排列示意
电压产生电路、 电位器、 反向电路、 加法电路以及放
针对上述问题, 文章基于现有的霍尔元件 [ 8 ] 、 电
大电路。多路霍尔元件的作用为捕获一定空间内的
感传感器这两种磁敏元件及开环磁化器结构, 重新
缺陷漏磁场, 并将其转化为电压信号。其检测原
设计了磁敏元件在探头中的阵列方式, 并设计了硬
理为
件模拟电路, 提出了一种钢丝绳漏磁检测磁敏元件
R H BIcosθ
多通道模拟信号融合技术, 主要包括磁敏元件阵列、 U = ( 1 )
信号融合模拟电路设计, 设计了具体的探靴与硬件 L
为霍尔系数, 由半导体材
式中: U 为感应电压; R H
模拟电路, 并开展了试验验证。
料决定; B 为外加磁场强度; I 为通过半导体材料的
1 信号融合磁敏元件阵列方案 电流; θ 为外加磁场方向与半导体平面法线的夹角。
霍尔元件测量的是磁场的绝对值大小, 因此其
钢丝绳漏磁检测原理示意如图3所示。钢丝绳
检测结果不受检测时钢丝绳运行速度的影响, 且工
为缠绕的螺旋状结构, 外表面呈现规律的凹凸形态。
作寿命长, 检测效果稳定, 但工作时需要外加电源,
磁钢作为整个磁路的励磁源, 对被测钢丝绳进行磁
有电 磁 噪 声。该 方 案 霍 尔 元 件 选 用 的 型 号 为
化, 在磁钢、 衔铁、 气隙和钢丝绳中形成磁回路。当
A1302 , 其灵敏度约为1.33mV · G , 具有高覆盖
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钢丝绳中存在缺陷时, 部分磁通由于磁导率突然降
范围、 低噪声的特点。
低而泄露, 进而被磁敏感元件捕获 [ 9 ] 。
负电压产生电路的作用为生成基线调零静态电
压, 同时还可与外接的5V 供电电压组成双电源, 对
除霍尔元件以外的所有电路进行双电源供电。现有
霍尔元件 A1302 的特性为输出信号的基准电压值
为供电电压的一半, 即在霍尔元件供电为单电源
5V 的情况下, 其输出的基准电压值为2.5V 。若将
每个霍尔元件输出信号的直流分量也用加法电路直
接加起来, 则在加法电路供电电压为双电源 ±5V
图3 钢丝绳漏磁检测原理示意
的情况下, 其很容易达到饱和截止状态。因此, 在进
现在有些钢丝绳漏磁检测前端探头具有以下 行霍尔多通道信号的融合时, 需要将其直流分量进
特点: 在一个探靴中布置一个或多个不同类型的 行调零。需要通过负电压产生电路输入-5V 的基
磁敏元件, 如电感传感器、 霍尔元件、 线圈等, 将同 线调零静态电压, 将直流分量进行一定的去除。因
一类型的所有磁敏元件输出脚接在一起, 直接进 此, 此方案基于 MC34063 电源芯片, 搭建外围电
入放大通道。这种方法比较原始, 并不会对所得 路, 实现了基线调零静态电压的生成及 ±5V 的双
信号的信噪比产生很大的正面影响, 而单个磁敏 电源供电。
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2024年 第46卷 第5期
无损检测
