基于TMR传感器阵列的钢丝绳断丝缺陷检测装置及其应用研究

发布时间：2021-10-16 18:34

　　钢丝绳被广泛应用于煤矿开采、港口运输、化学工业、金属冶炼、航空航天等行业。在不同工况影响下,钢丝绳易产生疲劳、损坏、变形、断丝等缺陷,其中以断丝缺陷对钢丝绳的危害最大,是最常见的失效形式。因此,准确快速地检测钢丝绳断丝缺陷,对于减少甚至避免钢丝绳安全事故,保证生产作业中人身和财产安全具有重要意义。本文根据铁磁性材料的漏磁检测原理,针对现有钢丝绳断丝缺陷检测技术的不足,设计并完成了一种基于隧道磁电阻（TMR）传感器阵列的钢丝绳断丝缺陷检测装置。论文的核心研究内容包括:（1）建立了基于漏磁原理和等效面磁偶极子模型的断丝缺陷漏磁场计算模型,分析了漏磁场不同方向分量相对于距离的变化趋势,从理论层面为钢丝绳断丝缺陷漏磁场检测提供依据。（2）设计了一种类亥姆霍兹线圈式励磁装置,通过计算建立了励磁磁场磁感应强度分布模型并确定了励磁装置结构参数,并利用电磁场有限元仿真软件对励磁装置结构参数进行优化和验证。（3）制作了柔性TMR传感器阵列及其安装支架,提升了装置的实用性并使其检测范围覆盖到轴向和周向两个维度。（4）完成了漏磁信号处理电路的设计、器件选型及调试工作;编写了基于Qt的钢丝绳断丝缺陷检测装置的... 

【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究目的及意义
    1.2 钢丝绳无损检测技术国内外研究现状
        1.2.1 钢丝绳无损检测的技术方法和特点
        1.2.2 钢丝绳漏磁场检测技术方法及研究现状
        1.2.3 钢丝绳漏磁场检测技术存在的问题及改进方向
    1.3 本文主要研究内容及结构安排
        1.3.1 本文主要研究内容
        1.3.2 论文结构安排
第二章 钢丝绳断丝缺陷检测理论研究
    2.1 钢丝绳断丝缺陷漏磁场检测原理与模型
        2.1.1 钢丝绳漏磁场检测基本原理
        2.1.2 等效面磁偶极子模型
        2.1.3 有限元分析方法原理
    2.2 磁阻传感器原理分析
        2.2.1 磁阻传感器工作原理
        2.2.2 隧道磁电阻传感器(TMR)
    2.3 本章小结
第三章 钢丝绳断丝缺陷检测装置设计与研究
    3.1 整体结构设计
    3.2 柔性TMR传感器阵列设计
        3.2.1 单个TMR传感器周向检测范围
        3.2.2 柔性TMR传感器阵列电路设计
    3.3 励磁装置设计
        3.3.1 励磁装置设计原理
        3.3.2 励磁装置参数设计及优化
        3.3.3 励磁磁场有限元仿真分析
    3.4 钢丝绳断丝缺陷检测装置相关电路设计
        3.4.1 电源电路
        3.4.2 最小系统电路
        3.4.3 信号预处理电路
        3.4.4 A/D数据转换电路
    3.5 本章小结
第四章 钢丝绳断丝缺陷检测装置程序设计
    4.1 下位机程序设计
        4.1.1 硬件驱动开发平台
        4.1.2 钢丝绳断丝缺陷检测装置程序结构框架
        4.1.3 AD7606 数据转换流程
    4.2 上位机软件设计
        4.2.1 Qt开发平台介绍
        4.2.2 上位机功能模块设计
    4.3 本章小结
第五章 系统测试及实验结果分析
    5.1 钢丝绳断丝缺陷测试平台搭建
    5.2 TMR元件一致性检测实验
    5.3 装置最小检测精度实验
    5.4 装置轴向最小分辨距离实验
    5.5 钢丝绳断丝缺陷检测实验
    5.6 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 论文展望
参考文献
附录
致谢
硕士期间科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型便携式弱磁场测量系统[J]. 李良辉,康爱国,刘喆颉,刘文斌,刘钰.  仪表技术与传感器. 2017(10)
[2]漏磁检测技术的研究与发展现状[J]. 沈功田,王宝轩,郭锴.  中国特种设备安全. 2017(09)
[3]隧道磁电阻传感器在钢丝绳无损检测中的应用[J]. 文轩,杨生胜,郑阔海,黄一凡,李存惠,庄建宏,赵琳.  真空与低温. 2016(02)
[4]多层圆线圈在电磁计算中全空间磁感应强度B的分布[J]. 周敏,田大庆,李小润,刘畅.  制造业自动化. 2016(03)
[5]基于磁通门传感器的弱磁场检测方法[J]. 杨理践,涂传宾,高松巍.  仪表技术与传感器. 2014(09)
[6]基于漏磁原理的钢丝绳无损检测技术研究[J]. 华晋伟,王兵,邵帅,林森.  仪表技术与传感器. 2014(05)
[7]螺线管式磁感应钢丝绳断丝检测系统设计[J]. 彭婷婷,周义仁.  工矿自动化. 2014(01)
[8]基于有限元分析的矿用钢丝绳聚磁检测方法[J]. 王红尧,田劼.  煤炭学报. 2013(S1)
[9]基于霍尔阵列传感器的钢丝绳缺陷定量检测技术的研究[J]. 赵敏,张东来,周智慧.  无损检测. 2012(11)
[10]隧道磁电阻（TMR）磁传感器的特性与应用[J]. 吕华,刘明峰,曹江伟,白建民,魏福林,杨正,王建国.  磁性材料及器件. 2012(03)

博士论文
[1]钢丝绳断丝损伤信号处理及定量识别方法研究[D]. 战卫侠.青岛理工大学 2013
[2]磁致伸缩与磁弹一体化传感技术及其钢索检测应用研究[D]. 刘秀成.北京工业大学 2013
[3]基于漏磁成像原理的钢丝绳局部缺陷定量检测技术研究[D]. 曹印妮.哈尔滨工业大学 2007

硕士论文
[1]基于TMR磁传感器的道路车辆检测装置及其应用研究[D]. 李良辉.太原理工大学 2018
[2]管道漏磁三轴检测方法的理论研究[D]. 姜福琨.沈阳工业大学 2014
[3]基于磁阻传感器的低功耗车辆检测技术研究[D]. 王玮.浙江大学 2014
[4]基于磁阻效应的车型自动识别算法研究及其应用[D]. 朱强.华南理工大学 2013
[5]基于钢丝绳漏磁检测定量算法研究[D]. 张恩超.哈尔滨工业大学 2013
[6]聚酰亚胺挠性加速度传感器的研究[D]. 王永刚.浙江大学 2009



本文编号：3440299