基于漏磁信号的故障检测与识别

何立伟 励萍

（海宁市高级技工学校，浙江 嘉兴 314400）

一、绪论

钢丝绳在生活中非常常见，它被广泛应用于建筑、石油、矿山等各个领域，目前在任何领域，都不能找到一种材料能完全替代它。但是，在使用过程中，由于使用环境恶劣等因素，钢丝绳会发生各种损伤。为避免由于钢丝绳的损伤带来的不必要损失，对其进行实时检测十分必要。基于对漏磁信号的检测，实现对钢丝绳损伤的准确定位是其典型应用之一。

（一）研究背景与意义

钢丝绳是钢丝围绕绳芯以螺旋状形式捻在一起的钢丝束。钢丝绳被广泛应用，但其并不具备永久寿命，使用过程中，由于长期被拖拽、承受负载较重等原因，会产生磨损、断丝、腐蚀等损伤。

目前，由于钢丝绳损伤而造成的事故层出不穷，例如，浙江德胜东路02标段的一起钢丝绳断裂事故，当工人在进行拆除箱梁吊装作业时，由于钢丝绳忽然断裂，导致梁体坠落，钢管支架倒塌，最终造成1人死亡，3人受伤的悲剧。2012年9月25日，一起由于钢丝绳断裂导致的悲剧发生在甘肃省的平川区，矿车在运行时由于钢丝绳断裂而忽然坠落，这场事故导致20个人失去生命，另外还有14个人受了重伤。

由此可见，为减少钢丝绳事故的发生，对其进行定期检测十分必要。对钢丝绳故障信息的无损检测，是国内外研究的热点课题。

（二）钢丝绳损伤类型

关于钢丝绳的损伤，可以分为两大类：局部损伤型和金属横截面积损伤。

局部损伤型(LF)，是指钢丝绳中的不连续损伤，比如断丝、较深的磨损等。该类型的特点是金属的截面积在某一部位突然变小，最常见的情况就是断丝。使用过程中由于环境恶劣造成钢丝绳发生局部的剪切、磨损、锈蚀等也会使钢丝绳发生局部损伤。

金属横截面积损失（LMA），是指钢丝绳横截面的面积减小，这种损伤可以通过钢丝绳探伤仪进行检测，把检测点处面积与钢丝绳正常的横截面积进行比较，如果变小，说明此处已经损坏。金属横截面损失型缺陷的特点是钢丝绳横截面积在较长的范围内普遍减小，一般由于长距离腐蚀、长期磨损、绳径变细导致。

在所有损伤中，属于局部损伤型中的断丝，是最常见的损伤类型。由于断丝损伤较小，难以分辨，常被人忽略，故本文主要针对断丝型损伤进行检测。

（三）检测方式

目前，对钢丝绳的无损检测方式，主要有涡流检测法、超声波检测法，射线检测法，声发射检测法，渗透检测法，电磁检测法。其中，电磁检测法是唯一被实际应用的检测方式。电磁检测法是国内外公认的最可靠的检测方法。本文利用电磁检测法对钢丝绳的损伤进行检测。

电磁检测又可分为强磁检测和弱磁检测两种。

1.强磁检测。强磁检测的检测原理是先用永久磁铁沿轴向对钢丝绳励磁，使其被磁化至饱和，此时，在钢丝绳的绳股或者断丝处会产生漏磁场，然后用霍尔元件去检测永久磁铁和钢丝绳之间的漏磁场强度。

在断丝损伤处，漏磁场较强，在绳股处，漏磁场相对较弱，在其他位置，不会有漏磁场信号产生。基于对漏磁场强度的检测，间接计算出损伤位置。

2.弱磁检测。弱磁检测中，在钢丝绳周围施加的磁场强度较弱，和地磁场强度类似，因此，在进行检测时，容易受到地磁场或者其他外界磁场的干扰，使检测结果不准确。目前对钢丝绳的检测一般不采用此方式。

本文利用强磁检测法实现对钢丝绳的检测。但与强磁检测方式又不完全相同，区别在于，在对钢丝绳励磁时，为节省时间，并不使其被磁化至饱和。

二、实验内容

针对钢丝绳中损伤位置的检测问题，展开对信号处理方式的研究工作，其目的在于提出一种基于MATLAB 的故障信息处理软件，以便达到对钢丝绳损伤位置准确定位的作用。

主要的内容有以下三点：

（一）采集损伤位置数据并对数据进行读取

首先用钢丝绳探伤仪对损伤的钢丝绳进行检测，并以一定的频率对所得数据进行采样，所得采样数据以二进制形式自动进行存储，生成数据文件。用MATLAB软件对数据文件进行读取并分析。

（二）信号分析域的选择

针对采集的信号，分别从时域和频域两个方面进行分析，比较二者优缺点，并选择合适的分析域进行研究。

（三）实验数据处理与结果分析

提取单通道信号在时域进行分析，用代码实现损伤位置的准确定位。用同样的方式处理其他通道信号，对多个通道信号进行融合与分析。将检测结果与钢丝绳实际损伤对比，若相符，则检测结果较为准确。

三、结语

钢丝绳被广泛应用于各个领域，无可替代，但是使用过程中容易发生各种损伤，寿命会受到影响。很多损伤都可直接观测，但断丝损伤由于较小，常被人忽略，但由于断丝原因而造成的损失却不容小觑。

基于以上问题，本文利用电磁检测法，基于对漏磁场的检测，经过对损伤信息的数据采集与格式化读取、数据信息处理、信息融合等步骤，间接获取钢丝绳损伤位置。经过实际验证，检测结果较为准确，成功率较高。可根据该检测结果对钢丝绳提出合理的更换意见，减少对社会资源的浪费。该实验具有广泛的实际意义和应用价值。