基于微电容测量的钢丝绳无损检测

发布时间：2020-06-08 04:56

【摘要】：钢丝绳具有重要的社会经济效益,如何正确安全的检测钢丝绳是一个难题。曳引钢带作为钢丝绳的一种主要应用,其内部是数根钢丝绳并排在一起,外壳用以聚氨酯为材料的橡胶皮包裹着。本文主要研究的就是应用于电梯上的曳引钢带的无损检测。本次课题所设计的基于微电容测量的钢丝绳无损检测,通过利用测量出曳引钢带表面及外部的电容值,通过与工作正常下的曳引钢带进行比较,根据电容值的差值变化和电容值的变化量趋势来判断出曳引钢带的损伤情况。针对钢丝绳无损检测的实际情况和钢丝绳的物理特性,本文提出了一种同面八电极电容传感器用来检测电梯曳引钢带上的损伤情况。通过数学方式建立了该微电容传感器的数学模型,从理论的角度证明了使用电容法来测量曳引钢带电容值的可行性。利用ANSYS仿真软件建立该微电容传感器模型,并根据实际曳引钢带出现的各种损伤情况进行故障损伤仿真,将模拟各种损伤下的曳引钢带的电容值记录下来,并判断出不同电梯曳引钢带故障类型的电容值及其变化趋势的区别,对该微电容传感器进行灵敏度分析,通过优化各种电极板,屏蔽层的参数提高该微电容传感器的灵敏度,使该传感器的应用能够具有更好的准确性和时效性。通过仿真得出一系列参数后,利用AD7746芯片和MK60单片机设计了一款微电容测量曳引钢带传感器,在设计该电容传感器时,通过提出一种新型AD7746应用电路使得该电容传感器的可测得量程增大,保证了在测量曳引钢带时能够准确测量出电容值,在微电容传感器的PCB设计时对于电路中的杂散电容等问题进行一系列的处理。电容传感器设计好后通过测量定制电容和固定长度的电梯曳引钢带来确定了电容传感器可以正常工作。在测试中,使用电容传感器对不同故障类型的电梯曳引钢带进行电容值的测量,并根据电容值的变化来判断出电梯曳引钢带的不同损伤类型。利用LABVIEW软件设计一款微电容调试系统上位机,通过该上位机可以实时监测电容传感器采集的电容值,并以折线图形式将采集的电容值表示出来,直截了当得根据电容变化量及趋势判断出所测量的曳引钢带的故障类型。
【图文】：

空气和待测曳引钢带的电容值等参数，并进行仿真计型中，虽然电极板的厚度为毫米级，远小于八块电极在传感器优化设计当中，因为涉及到电场强度和等电将电极板厚度这一指标加入考虑。在此次仿真中曳引所示。表 3-1 电容传感器仿真模型参数绳数极板长度(mm)极板宽度(mm)电极板间距(mm)屏蔽 40 30 10 仿真中，将这十根钢丝绳整合成一根钢丝绳进行测试以较容易的分析出电容的变化和曳引钢带的哪部分缺二是因为在 ANSYS 仿真中，若采用十根钢丝绳进行了计算量，且结果对分析曳引钢带内部故障几乎没有在仿真模型中最里面部分代表着曳引钢带内部的钢丝为材料的橡胶包裹着，最外层部分代表着为绝缘层，区域即代表待测区域的空气部分。

传感器有限元分析导的微电容测量曳引钢带传感器数学模型，使用 AN微电容传感器模型后，开始对微电容传感器仿真模型。首先要把同面多电极电容传感器测量钢带时候，同和空气区域进行有元分析中的网格剖分。如图 3-3 所就是把曳引钢带和空气这一整块区域的连续场剖分成形为形状的单元和以矩形为形状的网格单元，选择三尽最大可能的将该区域进行有效的划分，，然后通过使元和长方形的网格单元顶点上的数值解去逼近该曳引域和钢带区域连续电场中电容的真实解。针对于该二维电势解精度更高，在对网格进行剖分时，任意网格单比例应小于四分之一，因此针对微电容传感器的网格是三角形的用节点数目为七的来剖分微电容测量曳引钢带本体的横断面[42]。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM934.2

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本文编号：2702573