钢丝绳断丝检测方法比较分析与检测装置研究

魏燕 马伟顺

摘 要：从钢丝绳产生断丝的原因入手，对其断丝的特点进行总结，然后对检测方法进行叙述，最后总结检测方法进而设计出简单的检测装置。

关键词：钢丝绳;断丝检测;断丝原因;霍尔原理;在线检测

1 钢丝绳断丝相关理论分析

1.1 钢丝绳断丝产生原因分析

钢丝绳在使用过程中一般会出现断丝现象，因为钢丝绳不管是在起重还是在牵引的过程中，钢丝都会缠绕在工作机构的滑轮上，工作时会经过滑轮槽被不断的压缩，进而弯曲或者伸直，长期如此就会产生一些磨损最终导致钢丝绳失去弹性。

1.2 钢丝绳断丝特点分析

对钢丝绳断丝情况进行总结，可以将断丝特点总结为以下几个方面：（1）磨损断裂;（2）腐蚀断裂;（3）疲劳断裂。

2 主要断丝检测方法分析

钢丝绳出现断丝一般都会通过对内部的磁通量进行检测，从而判断钢丝绳是否出现断丝，具体方法总结如下所述：

（1）线圈感应法：这种方法也被称为全磁通检测法，首先是需要利用永久性的磁铁对钢丝绳磁化至饱和状态，然后利用由感应线圈组成的线路来对钢丝绳进行检测，假如钢丝绳中没有出现断丝的话，那么检测结果就是恒定的感应电动势.

（2）磁通检测法：这种检测方法也是基于电磁感应现象的一种检测方法，检测装置类似于变压器，检测的时候，内部有一个激励线圈，这个激励线圈决定着内部铁芯的磁导率，当需要检测的钢丝绳被完全磁化之后经过内部铁芯的时候，钢丝绳被磁化后形成的磁场会对铁芯产生一定的影响.

（3）霍尔元件检测法：这种检测方法是基于霍尔效应的一种检测方法，霍尔元件是一种应用霍尔效应的半导体，通过电流的半导体在内部垂直电流方向所产生的磁场作用下，一旦出现电流变化，就说明钢丝绳内部出现断丝。

3 基于霍尔原理的断丝检测装置研究

因为钢丝绳断丝检测方法有很多种，所以检测装置也就有很多样类型，基于上文总结的三种检测方法中霍尔元件检测法被广泛使用，所以本章所研究的检测装置主要是采用霍尔效应为主要檢测原理，具体研究如下所述：

（1）检测原理分析：本方法主要是采用霍尔元件进行研究设计，所以使用的就是霍尔效应，霍尔效应是由美国科学家E.H.Hall所发现的一种特有的物理效应，如图1所示。

主要是在一个长度为L，宽度为W，厚度为D的长方形半导体，在两个截面上分别装上一个输出的电极，当长度方向出现了一个直流电流，同时在Z轴方向上施加一个磁场强度为H的磁场，那么就会在Y轴方向形成一个电位差：

而这个时候假若在Z方向上再加上一个磁场强度为Hz的磁场之后，那么该半导体内部的空穴运动方向就会受到洛仑磁力的作用而导致最终的运动轨迹出现一定的偏转.利用霍尔效应作为其检测原理，必定需要一个霍尔系数，对于一定的半导体材料来说，霍尔系数只是一个常数，霍尔效应基本的表达式为：

Ey=RHJxHz

其中Ey为Y方向上的横向电场，RH为霍尔元件系数，Jx为半导体X方向上的电流密度，Hz为Z方向上的磁场作用力，而由霍尔电场内部形成的电位差成为霍尔电压，用VH表示，具体的计算公式为：

上式就是检测原理的表达公式，从式中可以看出内部的输出电压和半导体中的电流以及外加的磁场强度是成正比例函数的。为了方便检测用户进行使用，生产厂家一般的会加霍尔磁敏感元件制作成为一个集成的电路，并且在内部会集成一个恒流电源，这样就可以通过分析霍尔元件获得磁场强度的变化。

（2）检测器主要结构设计：这种检测仪器外部一般都是采用耐磨损、不导电的尼龙材料所制成的，其主要设计结构图如图2所示。

一般的设计过程中会为了提升检测仪器的灵敏度，就会将霍尔元件之间减少信号干扰，一般会将霍尔元件之间的安全距离设置为30mm，并且将电路板安装在霍尔元件外部的尼龙板上面。在检测的时候，严格要求检测环境必须处于钢丝绳磁化均匀区域。

4 结语

钢丝绳作为大型机械设备进行作业的链接装置，它的安全情况对于整个作业都有着很重要的影响，随着近年来安全事故发生的频率有所增加，很多学者对于钢丝绳断丝检测方面的研究力度有所增加，并且相关的检测理论以及技术手段都较以往有所提升，相关部门还应该加大对这方面的支持力度，只有这样才能从根本上改善我国钢丝绳断丝检测存在的问题。相信在不久的将来，我国钢丝绳断丝检测技术以及设备一定会走在同行业的前列。

参考文献：

[1]张一兵，刘笑达，周义仁.钢丝绳断丝在线检测装置的研究[J]. 太原理工大学学报，2012（01）.

[2]张晓春，刘春生.钢丝绳断丝检测技术的研究[J].煤矿机械，2011（10）.

[3]曹青松，刘丹，周继惠等.一种钢丝绳断丝无损定量检测方法[J]. 仪器仪表学报，2011（04）.

作者简介：魏燕（1972—），女，汉，山东莱芜人，硕士研究生，研究方向：机电一体化技术、智能检测技术、机电控制。