基于漏磁信號的故障檢測與識別

何立偉 勵萍

（海寧市高級技工學校，浙江 嘉興 314400）

一、緒論

鋼絲繩在生活中非常常見，它被廣泛應用于建筑、石油、礦山等各個領域，目前在任何領域，都不能找到一種材料能完全替代它。但是，在使用過程中，由于使用環境惡劣等因素，鋼絲繩會發生各種損傷。為避免由于鋼絲繩的損傷帶來的不必要損失，對其進行實時檢測十分必要。基于對漏磁信號的檢測，實現對鋼絲繩損傷的準確定位是其典型應用之一。

（一）研究背景與意義

鋼絲繩是鋼絲圍繞繩芯以螺旋狀形式捻在一起的鋼絲束。鋼絲繩被廣泛應用，但其并不具備永久壽命，使用過程中，由于長期被拖拽、承受負載較重等原因，會產生磨損、斷絲、腐蝕等損傷。

目前，由于鋼絲繩損傷而造成的事故層出不窮，例如，浙江德勝東路02標段的一起鋼絲繩斷裂事故，當工人在進行拆除箱梁吊裝作業時，由于鋼絲繩忽然斷裂，導致梁體墜落，鋼管支架倒塌，最終造成1人死亡，3人受傷的悲劇。2012年9月25日，一起由于鋼絲繩斷裂導致的悲劇發生在甘肅省的平川區，礦車在運行時由于鋼絲繩斷裂而忽然墜落，這場事故導致20個人失去生命，另外還有14個人受了重傷。

由此可見，為減少鋼絲繩事故的發生，對其進行定期檢測十分必要。對鋼絲繩故障信息的無損檢測，是國內外研究的熱點課題。

（二）鋼絲繩損傷類型

關于鋼絲繩的損傷，可以分為兩大類：局部損傷型和金屬橫截面積損傷。

局部損傷型(LF)，是指鋼絲繩中的不連續損傷，比如斷絲、較深的磨損等。該類型的特點是金屬的截面積在某一部位突然變小，最常見的情況就是斷絲。使用過程中由于環境惡劣造成鋼絲繩發生局部的剪切、磨損、銹蝕等也會使鋼絲繩發生局部損傷。

金屬橫截面積損失（LMA），是指鋼絲繩橫截面的面積減小，這種損傷可以通過鋼絲繩探傷儀進行檢測，把檢測點處面積與鋼絲繩正常的橫截面積進行比較，如果變小，說明此處已經損壞。金屬橫截面損失型缺陷的特點是鋼絲繩橫截面積在較長的范圍內普遍減小，一般由于長距離腐蝕、長期磨損、繩徑變細導致。

在所有損傷中，屬于局部損傷型中的斷絲，是最常見的損傷類型。由于斷絲損傷較小，難以分辨，常被人忽略，故本文主要針對斷絲型損傷進行檢測。

（三）檢測方式

目前，對鋼絲繩的無損檢測方式，主要有渦流檢測法、超聲波檢測法，射線檢測法，聲發射檢測法，滲透檢測法，電磁檢測法。其中，電磁檢測法是唯一被實際應用的檢測方式。電磁檢測法是國內外公認的最可靠的檢測方法。本文利用電磁檢測法對鋼絲繩的損傷進行檢測。

電磁檢測又可分為強磁檢測和弱磁檢測兩種。

1.強磁檢測。強磁檢測的檢測原理是先用永久磁鐵沿軸向對鋼絲繩勵磁，使其被磁化至飽和，此時，在鋼絲繩的繩股或者斷絲處會產生漏磁場，然后用霍爾元件去檢測永久磁鐵和鋼絲繩之間的漏磁場強度。

在斷絲損傷處，漏磁場較強，在繩股處，漏磁場相對較弱，在其他位置，不會有漏磁場信號產生。基于對漏磁場強度的檢測，間接計算出損傷位置。

2.弱磁檢測。弱磁檢測中，在鋼絲繩周圍施加的磁場強度較弱，和地磁場強度類似，因此，在進行檢測時，容易受到地磁場或者其他外界磁場的干擾，使檢測結果不準確。目前對鋼絲繩的檢測一般不采用此方式。

本文利用強磁檢測法實現對鋼絲繩的檢測。但與強磁檢測方式又不完全相同，區別在于，在對鋼絲繩勵磁時，為節省時間，并不使其被磁化至飽和。

二、實驗內容

針對鋼絲繩中損傷位置的檢測問題，展開對信號處理方式的研究工作，其目的在于提出一種基于MATLAB 的故障信息處理軟件，以便達到對鋼絲繩損傷位置準確定位的作用。

主要的內容有以下三點：

（一）采集損傷位置數據并對數據進行讀取

首先用鋼絲繩探傷儀對損傷的鋼絲繩進行檢測，并以一定的頻率對所得數據進行采樣，所得采樣數據以二進制形式自動進行存儲，生成數據文件。用MATLAB軟件對數據文件進行讀取并分析。

（二）信號分析域的選擇

針對采集的信號，分別從時域和頻域兩個方面進行分析，比較二者優缺點，并選擇合適的分析域進行研究。

（三）實驗數據處理與結果分析

提取單通道信號在時域進行分析，用代碼實現損傷位置的準確定位。用同樣的方式處理其他通道信號，對多個通道信號進行融合與分析。將檢測結果與鋼絲繩實際損傷對比，若相符，則檢測結果較為準確。

三、結語

鋼絲繩被廣泛應用于各個領域，無可替代，但是使用過程中容易發生各種損傷，壽命會受到影響。很多損傷都可直接觀測，但斷絲損傷由于較小，常被人忽略，但由于斷絲原因而造成的損失卻不容小覷。

基于以上問題，本文利用電磁檢測法，基于對漏磁場的檢測，經過對損傷信息的數據采集與格式化讀取、數據信息處理、信息融合等步驟，間接獲取鋼絲繩損傷位置。經過實際驗證，檢測結果較為準確，成功率較高。可根據該檢測結果對鋼絲繩提出合理的更換意見，減少對社會資源的浪費。該實驗具有廣泛的實際意義和應用價值。