基于隧道磁阻阵列的钢索漏磁检测装置研制

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钢索广泛应用于航空航天、工业建设和民用领域,主要起提升、牵引和承载作用。受机械摩擦、环境腐蚀、应力集中等因素影响,钢索在使用过程中易产生断丝、表面磨损等各类型缺陷。缺陷断丝数量增加或磨损程度加剧,均会导致钢索失效而引发安全事故。发展高灵敏度的钢索缺陷无损检测装置,有助于钢索损伤状态的评估。  本课题针对工业领域钢索的无损检测问题,基于漏磁检测原理研制基于隧道磁阻阵列的钢索检测装置,实现钢索缺陷的在线扫查,并对检测系统的单根断丝检出概率进行评估。具体研究内容包括:  (1)隧道磁阻阵列式漏磁传感器的研制。在COMSOL仿真平台中,建立钢索磁化的仿真模型,分析了励磁磁路形式、磁屏蔽层与轭铁参数等对钢索磁化效果的影响规律,优化出最佳励磁结构。根据待测钢索直径,研制出柔性隧道磁阻阵列环及其供电、接口电路,内嵌入励磁磁路,组装形成隧道磁阻阵列式漏磁传感器,并对阵元的一致性进行了实验测试。  (2)断丝漏磁场检测影响因素的有限元分析和实验测试系统集成。采用有限元分析方法,计算得到了钢索断丝缺陷的空间漏磁场分布,研究了检测元件位置相对断丝缺陷提离距离、偏转角度等参数对检测漏磁场强度的影响规律。为实验验证上述规律,构建了漏磁扫查实验系统,可实现漏磁传感器与钢索缺陷提离距离、偏转角度等参数的调控,对断丝缺陷进行扫查。  (3)典型钢索缺陷的漏磁扫查实验研究。利用构建的漏磁扫查实验系统,对钢索缺陷表面的多处断丝、磨损等缺陷进行了扫查检测,利用隧道磁阻阵列检测数据实现了幅值成像,可以对钢索中的缺陷进行准确的周向、轴向定位。  (4)断丝检出概率评价模型与实验验证。利用有限元仿真数据,建立了考虑提离距离、偏转角度的单根断丝三维检出概率模型,定量分析传感器扫查过程中相对钢索抖动对检测结果的影响。通过漏磁扫查实验系统,实验测试得到了不同提离距离、不同偏转角度时的漏磁检测信号,对单根断丝三维检出概率模型进行了修正。
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