鋼絲繩應(yīng)力集中和疲勞損傷的電磁無損檢測技術(shù)分析

范偉 李兵 陳冰華 任尚坤

摘要：隨著鋼絲繩在工業(yè)技術(shù)中應(yīng)用的快速發(fā)展，鋼絲繩運行安全和高效經(jīng)濟的問題日益引起人們的廣泛關(guān)注。鑒于此，闡述了與鋼絲拉索無損檢測技術(shù)相關(guān)的基礎(chǔ)問題，分析了鋼絲繩無損檢測技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展演變歷程;研究評述了鋼絲繩無損檢測技術(shù)最新研究成果的優(yōu)點和缺點;重點分析討論了檢測傳感器設(shè)計、信號處理方法、定性分析和定量識別技術(shù)、壽命預(yù)測方法等方面的研究進展，并指出了鋼絲繩電磁檢測技術(shù)目前所面臨的問題及今后的研究發(fā)展方向，為深入研究電磁無損檢測技術(shù)應(yīng)用于鋼絲繩損傷檢測和質(zhì)量評價提供了借鑒。

關(guān)鍵詞：無損檢測;電磁檢測;應(yīng)力集中;疲勞損傷;鋼絲繩檢測

0? ? 引言

鋼絲繩作為人或物的承載和運輸部件，廣泛應(yīng)用于電梯、吊橋、索道、起重機、礦井等領(lǐng)域，是工業(yè)領(lǐng)域的“生命線”。鋼絲繩在使用過程中會出現(xiàn)疲勞、銹蝕、磨損、斷絲甚至斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致其承載能力及可靠性下降，這直接關(guān)系著人民生命財產(chǎn)安全，對該問題的研究已引起廣大科技人員的廣泛關(guān)注。

1? ? 鋼絲繩電磁檢測技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展演變歷程

鋼絲繩的電磁檢測最早開始于1906年[1]，南非科學(xué)家以交流勵磁和線圈檢測的方式研制了基于電磁檢測方法的鋼絲繩損傷檢測儀器，該儀器的缺點是易受渦流效應(yīng)和集膚效應(yīng)的影響。

1925年，德國科學(xué)家H. Chappuzeau設(shè)計了依據(jù)檢測鋼絲繩的漏磁場來檢測鋼絲繩的電磁檢測儀器，當(dāng)時鋼絲繩的勵磁方式采用了直流勵磁[2]，其檢測原理為：被磁化的鋼絲繩在缺陷處會產(chǎn)生漏磁場，通過檢測漏磁場的大小和分布特征進而實現(xiàn)對損傷狀況的判斷;其缺點為體積大且操作繁瑣。

1976年，加拿大科學(xué)家F. Kitzinger與G. A. Wint[3]提出以霍爾元件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的檢測線圈來對鋼絲繩的截面積和局部缺陷進行檢測，霍爾元件的使用明顯減小了檢測裝置的體積，使信號拾取技術(shù)上了個新臺階。

1985年，加拿大的F. G. Tomaiuolo與J. G. Lang[4]將磁通門技術(shù)應(yīng)用到漏磁場的檢測中，進一步提高了檢測靈敏度。

1987年，H. R. Weischedel[5]博士提出將積分電路與檢測線圈串聯(lián)起來，進一步減少了噪聲對檢測信號的干擾，可更加準(zhǔn)確地提取到鋼絲繩上磁通的檢測信號，新的檢測方法不僅可以對鋼絲繩損傷缺陷進行定性分析，還可以進行一定程度的定量識別。

1995年，以計算機技術(shù)為核心的MagnographⅡ型鋼絲繩檢測儀誕生[6]，其特點是把計算機新技術(shù)應(yīng)用到鋼絲繩的電磁無損檢測領(lǐng)域。

1996年，Hkuwn對磁致伸縮效應(yīng)進行了研究，并將該原理應(yīng)用到鋼絲繩損傷檢測技術(shù)中，在檢測結(jié)果上取得了一定程度的成功[7]。

由于鋼絲繩在工業(yè)中的應(yīng)用日益增多，研究鋼絲繩無損檢測的文獻也明顯增多，繼而出現(xiàn)了霍爾元件空間結(jié)構(gòu)新型環(huán)形陣列傳感器。無損檢測技術(shù)與現(xiàn)代電子技術(shù)的最新研究成果相結(jié)合成為大勢所趨。信號處理技術(shù)發(fā)展日新月異，把小波變換方法應(yīng)用于漏磁檢測的去噪和自適應(yīng)濾波中已成為新的研究發(fā)展方向;同時基于徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法也日益受到人們的重視，可用于漏磁檢測的三維缺陷成像重建研究。

20世紀(jì)80年代，國內(nèi)才開始出現(xiàn)鋼絲繩電磁檢測技術(shù)的研究[1]。撫順煤礦分院于1986年從英國Becorit公司買了一臺LMA-250型鋼絲繩探傷儀，由此開始進入對鋼絲繩損傷儀器研究應(yīng)用的時代。后來又與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作開發(fā)，研制了基于單片機的TGS型探傷儀[8]。

從1985年開始，華中科技大學(xué)的楊叔子團隊一直致力于鋼絲繩無損檢測方法的基礎(chǔ)理論和儀器裝置研究，在鋼絲繩的勵磁、電磁檢測、損傷識別、量化檢測、漏磁成像等方面都頗有建樹，獲得業(yè)內(nèi)的一致認可[9]。

河南洛陽礦冶機電研究所開發(fā)了GXT型鋼絲繩損傷在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用自行開發(fā)的動態(tài)線圈作為傳感器進行探傷，在檢測鋼絲繩局部缺陷時效果較為理想，在國內(nèi)產(chǎn)生了較大的影響[10]。

上海海事大學(xué)的磁通門傳感器技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先，其首次將磁通門技術(shù)運用到鋼絲繩損傷的檢測中去，并且取得了較好的成績[11]。

竇氏高靈敏度傳感器和空間矢量合成原理對鋼絲繩檢測技術(shù)的發(fā)展貢獻很大。

青島理工大學(xué)的井陸陽將小波變換應(yīng)用于鋼絲繩損傷信號處理與特征提取中，并應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機的方法對鋼絲繩缺陷信號進行定量識別。

中國礦業(yè)大學(xué)的孫佳勝將DSP技術(shù)應(yīng)用于鋼絲繩損傷檢測裝置的信號采集系統(tǒng)，增強了鋼絲繩漏磁場缺陷信號采集的時效性和精確性。

青島理工大學(xué)的譚繼文課題組[12]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張東來課題組[13]以及華中科技大學(xué)的康宜華課題組[14]等都對鋼絲繩損傷的檢測與評價做了大量工作。

2? ? 鋼絲繩檢測基礎(chǔ)問題的有限元仿真研究

陳征宇和葉玉龍采用ANSYS仿真的方法對電梯鋼絲繩的損傷檢測進行了研究，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩的應(yīng)力集中發(fā)生在鋼絲繩與滾輪接觸的地方的權(quán)重值較大，且拉動電梯的一側(cè)比配重的一側(cè)更為嚴(yán)重[15]。應(yīng)力集中容易導(dǎo)致鋼絲繩磨損，磨損變細又會進一步加劇鋼絲繩的應(yīng)力集中，直至導(dǎo)致斷絲、斷裂。

對檢測傳感器的勵磁線圈和檢測線圈的磁場分布分析也很關(guān)鍵，王方帥等人對不同結(jié)構(gòu)形式的激勵檢測裝置產(chǎn)生的磁場分布進行了仿真研究[16]，發(fā)現(xiàn)鋼絲繩磁感應(yīng)強度的分布特征與結(jié)構(gòu)有關(guān)，勵磁裝置中空氣氣隙大小、勵磁線圈截面長寬比、激勵電流、導(dǎo)磁體等參數(shù)對磁感應(yīng)強度分布都有影響，都是不可忽視的影響因素。

楊玉杰等人基于ANSYS仿真軟件進行了力-磁耦合分析[17]，通過研究鋼絲繩張力與磁特性參數(shù)之間的關(guān)系，設(shè)計了兩種結(jié)構(gòu)的閉路磁彈性傳感器。通過建模仿真分析，提出了聚磁環(huán)旁路式磁彈性傳感器的設(shè)計思想，對設(shè)計的閉合磁回路傳感器的參數(shù)進行了優(yōu)化;從勵磁環(huán)路計算、感應(yīng)信號處理以及實用性方面對聚磁環(huán)旁路式磁彈性傳感器的結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化，產(chǎn)生了較好的檢測試驗效果。

張義清等人采用有限元仿真方法，通過三維建模方式，分析了永磁勵磁裝置中勵磁回路的方式、永久磁鐵的位置對勵磁場分布的影響[18]，通過有限元仿真和等效磁路計算兩種方法對激勵磁場特征分布進行了分析。研究結(jié)果表明：如果將永久磁鐵放在永磁勵磁裝置的兩端，則在勵磁裝置中部形成的磁場較均勻，激勵效果較好;如果采用多回路周向勵磁磁路，則設(shè)計的磁化場更均勻，且磁感應(yīng)強度更強，更容易將鋼絲繩磁化到飽和狀態(tài)。

任明月等人利用Ansoft Maxwell軟件建模仿真分析了勵磁裝置的勵磁效果，設(shè)計了基于多線圈周向磁化的鋼絲繩損傷檢測磁場激勵裝置[19]。通過對周向布置多個激勵線圈的磁場仿真分布分析，設(shè)定安匝數(shù)為2 000。研究發(fā)現(xiàn)，1個或2個勵磁線圈磁化強度都較弱，磁化效果較差;3個或4個激勵線圈都能把鋼絲繩磁化至飽和，但磁化效果區(qū)別不大。綜合考慮和研究勵磁裝置的結(jié)構(gòu)布局，設(shè)計偶數(shù)個線圈較為理想。

3? ? 鋼絲繩檢測傳感器的設(shè)計研究

3.1? ? 鋼絲繩的勵磁結(jié)構(gòu)及方式

勵磁結(jié)構(gòu)與產(chǎn)生的磁場形式有關(guān)。根據(jù)產(chǎn)生磁場形式的不同，磁化源可分為線圈磁化源和永磁體磁化源兩種結(jié)構(gòu)形式。電流線圈磁化方式又分為交流電流磁化方式和直流電流磁化方式。根據(jù)磁化裝置的空間結(jié)構(gòu)不同可分為單回路磁化結(jié)構(gòu)、雙回路磁化結(jié)構(gòu)和多回路磁化結(jié)構(gòu)。

單回路磁化結(jié)構(gòu)為由磁化源、磁軛、鋼絲繩構(gòu)成閉合磁路，但該種勵磁方式磁化不均勻，靠近磁化源部分磁場強，遠離磁化源部分磁場較弱，并且磁化差異隨鋼絲繩直徑的增加而增大。

雙回路磁化結(jié)構(gòu)是在單回路磁化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改進的，在單回路磁化結(jié)構(gòu)的相對另一側(cè)再增加一組單回路磁路，構(gòu)成兩組單回路磁化結(jié)構(gòu)。雙回路磁化結(jié)構(gòu)可以改善單回路磁化結(jié)構(gòu)的磁化不均勻現(xiàn)象。

多回路勵磁結(jié)構(gòu)是在鋼絲繩表面周向設(shè)置多組單回路磁路，可以實現(xiàn)周向多個位置均勻磁化，對大直徑鋼絲繩有較好的磁化效果。

3.2? ? 鋼絲繩的傳感器結(jié)構(gòu)及信號拾取方式

根據(jù)傳感器的工作原理和結(jié)構(gòu)不同，檢測信號拾取方式也不同，大致可分為感應(yīng)線圈檢測法、磁阻元件檢測法、磁通門技術(shù)檢測法及基于磁致伸縮原理的檢測法。

（1）感應(yīng)線圈檢測法。對于交流磁化源的情況，漏磁信號是交變信號，感應(yīng)線圈檢測法很方便。對于永磁體磁化激勵源，其將鋼絲繩沿軸向磁化，由于感應(yīng)線圈只能感應(yīng)變化的磁場，所以檢測輸出信號與檢測速度有關(guān)，檢測速度不均勻時會造成誤判。

（2）磁阻元件檢測法。隨著磁阻傳感技術(shù)的發(fā)展，檢測靈敏度很高的磁阻傳感器AMR、TMR、GMR相繼出現(xiàn)，極大地豐富了磁阻傳感器家族和磁阻傳感器的選項。磁阻傳感器與感應(yīng)線圈相比，輸出信號與速度無關(guān)、元件體積小、空間分辨率高、靈敏度高。但由于磁阻傳感器一般為半導(dǎo)體材料，其對溫度比較敏感。

（3）磁通門檢測法。磁通門器件檢測磁感應(yīng)強度，靈敏度和分辨率都很高，可以檢測靜態(tài)磁場。

（4）磁致伸縮法。磁致伸縮檢測法對檢測大區(qū)域的損傷和疲勞比較靈敏，其基本檢測原理為：鐵磁拉索在外磁場的作用下會沿磁場方向變長或縮短，稱為磁致伸縮效應(yīng);反過來，當(dāng)鋼絲繩被拉長或壓縮時，在長度變化方向上也會產(chǎn)生磁化現(xiàn)象，稱為逆磁致伸縮效應(yīng)。

姜宵園等人[20]為提高對鋼絲繩不同類型損傷的識別能力，提出了周向積分磁化的鋼絲繩檢測傳感器的構(gòu)想，該設(shè)計還可解決鋼絲繩的飽和磁化磁軛體積過大的問題。

王兵對電磁場和結(jié)構(gòu)進行分析后，采用差動變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計一傳感器[21]，也實現(xiàn)了對鋼絲繩的斷絲損傷檢測。

彭婷婷等人設(shè)計研制了一螺線管式磁感應(yīng)鋼絲繩斷絲檢測傳感器[22]，設(shè)計原理為：當(dāng)鋼絲繩出現(xiàn)斷絲時，磁導(dǎo)率會相應(yīng)降低，磁阻變大，導(dǎo)致線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，根據(jù)該感應(yīng)電動勢的大小可判斷出鋼絲繩斷絲的狀況。針對多股鋼絲繩在工作中存在高速、多姿態(tài)等在線檢測技術(shù)難點，采用感應(yīng)線圈進行差分并優(yōu)化布局，可最大限度地消除鋼絲繩股波信號。

鮑澤富、張曦曦[23]為了提高檢測效率和檢測準(zhǔn)確度，成功設(shè)計了陣列傳感器勵磁裝置，研制了基于TMR傳感器和柔性印刷電路板的傳感器陣列，優(yōu)化了相關(guān)技術(shù)參數(shù)，形成了一套完整的包括硬件模塊和軟件模塊兩部分的鋼絲繩缺陷檢測系統(tǒng)。

雷高陽等人設(shè)計了一種顆粒阻尼減振傳感器[24]，其基本原理為：把一些小鋼珠放入傳感器的空腔結(jié)構(gòu)中，活塞桿的推動引起顆粒阻尼效應(yīng)。其阻尼方式是通過鋼珠之間及鋼珠與容器壁之間的碰撞、摩擦、阻尼耗能，有效耗散鋼絲繩耦合振動引起的載荷沖擊，可明顯濾除鋼絲繩張力信號中的噪聲。

楊玉杰等人[17]對基于磁彈性理論的鋼絲繩張力檢測方法進行了分析，設(shè)計研制了聚磁環(huán)旁路式鋼絲繩損傷檢測裝置，并通過仿真對設(shè)計進行了驗證。該方法的特點如下：檢測精度高、響應(yīng)速度快、與鋼絲繩非接觸。

鋼絲繩張力與磁特性參數(shù)之間的關(guān)系很復(fù)雜，表現(xiàn)為非線性關(guān)系，磁彈性傳感器結(jié)構(gòu)和參數(shù)的設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)仍是目前研究的難點。

4? ? 信號處理方法、定量識別、壽命預(yù)測研究

研究新的信號處理方法是鋼絲繩無損檢測技術(shù)重要的發(fā)展方向。檢測信號中的雜波信號主要包括環(huán)境信號、工頻信號、鋼絲繩螺旋狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的交錯氣隙信號、傳感器口徑與被檢鋼絲繩之間的直徑差信號、鋼絲繩運行過程中存在的振動信號、鋼絲繩污染物信號等，雜波信號是造成誤判的主要原因[25]。

小波分析技術(shù)是一種聚集到信號不同細節(jié)上的處理方法，其正日益引起人們的關(guān)注。該技術(shù)主要是通過檢查不同的尺度來研究信號特征，非常適合處理檢測鋼絲繩局部損傷產(chǎn)生的信號[26]。鋼絲繩損傷，造成檢測信號對應(yīng)的小波變換明顯增大，通過奇異值分解，可對小波變換系數(shù)進行處理分析和研究。經(jīng)過小波變換和奇異值分解處理，檢測信號可以表示為小波變換系數(shù)矩陣的形式。由于鋼絲繩無損傷時的特征值要遠小于損傷降質(zhì)處的對應(yīng)奇異點特征值，據(jù)此可實現(xiàn)對鋼絲損傷狀況的檢測。小波分析是近年來發(fā)展起來的一種新的時頻分析處理方法，其優(yōu)點是具有多分辨率分析功能，可克服傳統(tǒng)傅立葉變換的單分辨率分析缺陷?；谛〔ǘ喾直媛史治龇椒?，對損傷信號進行分解與重構(gòu)處理，可有效去除工頻干擾和其他眾多噪聲[27]。該方法可很好地保留鋼絲繩漏磁檢測信號中的較小奇異信號，明顯增強了檢測信號的抗干擾能力，并且該方法計算量較小，與傳統(tǒng)低通或帶通濾波器濾波的方法相比，具有明顯的優(yōu)勢。

鋼絲繩斷絲故障檢測信噪比極低，故障信號往往淹沒在基線漂移和脈沖噪聲中。楊寧霞等人借鑒傳統(tǒng)小波去噪的思想，探討了基于數(shù)學(xué)形態(tài)和提升小波分析算法的鋼絲繩斷絲檢測方法[28]。首先采用數(shù)學(xué)形態(tài)方法進行濾波預(yù)處理，去除斷絲檢測信號中基線漂移和脈沖噪聲，再利用提升小波進行二次濾波。該方法與傳統(tǒng)的小波變換相比去噪效果更好，并且運算速度更快，不需要附加額外的內(nèi)存。

針對小波閾值算法在鋼絲繩損傷檢測信號去噪中的應(yīng)用，趙潔等人在Donoho的軟、硬閾值去噪方法的基礎(chǔ)上[29]，對小波閾值算法進行了研究。該改進的算法可以解決硬閾值去噪效果不佳與軟閾值過度光滑導(dǎo)致信號失真的難題，完整地保留了信號中的小奇異信號，去噪效果與傳統(tǒng)的閾值去噪法相比效果較好。鄭鵬博[30]針對部分信號和噪聲頻率很接近而出現(xiàn)信號損失的現(xiàn)象，提出了基于集總經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的小波降噪算法，較好地解決了檢測信號損失的問題。

在集總經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的過程中添加了正態(tài)白噪聲，并且分離出的模態(tài)數(shù)量不可控，針對此問題又提出了基于變分模態(tài)分解的小波降噪算法。通過比較，基于變分模態(tài)分解的小波降噪算法效果較好。偽彩色圖像增強算法，也可實現(xiàn)借助顏色來描述缺陷的特征。小波超分辨率圖像重構(gòu)算法也是一種值得深入研究的方法，其可使缺陷圖像的分辨率加倍提升，達到一個新的臺階。

鋼絲繩電磁檢測信號是一種與時間及缺陷位置相關(guān)的時空域信號，曹青松等人采用虛擬無限多探頭技術(shù)，依據(jù)Dirac delta函數(shù)，研究建立了傳感器探頭信號的時空域數(shù)學(xué)模型[31]，依據(jù)離散型周期信號頻譜分析的方法，對時空域信號的頻譜特性進行研究分析，依據(jù)多采樣率原理，探索了探頭運動速度對輸出信號頻譜特征的影響，獲取了空域信號的空域固有頻率，得到了很好的處理結(jié)果。

張守新利用檢測信號的4種特征量（峰峰值、差分超限數(shù)、信號波寬、峰峰波寬比）相結(jié)合，研究對鋼絲繩拉索損傷特征及嚴(yán)重程度進行定量識別的方法，評價鋼絲繩斷絲的位置和損傷嚴(yán)重程度，并試圖對內(nèi)外斷絲情況進行分辨[32]。信號的峰峰值表示的是檢測信號的波峰與波谷的幅值之差;差分超限數(shù)表示差分絕對值超過某一確定門限域值的數(shù)值;波寬是表示斷絲信號空間分布的最重要的特征量之一，它可以準(zhǔn)確地描述斷絲缺陷口寬度。如果信號峰值較高但波寬較窄，則表示鋼絲繩外部表面斷絲;如果信號峰值較低但波寬較寬，則表示鋼絲繩內(nèi)部斷絲。

針對多霍爾元件陣列組合檢測法以及漏磁信號的特征，張楠運用小波變換理論對缺陷信號進行分解與重構(gòu)，提取缺陷信號特征值，并針對缺陷信號特征進行了定量識別研究[33]。

朱良等人將極限學(xué)習(xí)機理論引入到了鋼絲繩斷絲損傷的定量識別研究中[34]，采用距離可分離性判據(jù)度量比較峰值、波寬、波形下面積、功率譜熵、小波奇異值熵的區(qū)分效果，并選取區(qū)分效果最優(yōu)的3個特征參數(shù)融合成為識別模型的輸入特征向量。結(jié)果表明：峰值、功率譜熵、小波奇異值熵的區(qū)分效果明顯，優(yōu)于波寬和波形下面積。

基于極限學(xué)習(xí)的斷絲損傷檢測模型也日益受到人們的重視，初步的研究結(jié)果表明，該方法對鋼絲繩斷絲損傷的識別具有較好的效果。

5? ? 鋼絲繩電磁檢測技術(shù)目前面臨的問題及研究發(fā)展方向

目前開發(fā)研制的鋼絲繩損傷檢測設(shè)備，由于受各種干擾因素的影響，適用性、準(zhǔn)確性、靈敏度還不能完全滿足實際應(yīng)用的需要，因而僅被少數(shù)部門當(dāng)作輔助測試設(shè)備，這就導(dǎo)致目前超過一半鋼絲繩使用部門依舊采用人工肉眼觀察法檢測鋼絲繩。這種檢測方法不僅效率低，而且與檢測人員的經(jīng)驗素質(zhì)直接相關(guān)，檢測結(jié)果的可靠性難以保證，無法實現(xiàn)定量檢測。在工業(yè)應(yīng)用中，被定期強制更換的大多數(shù)鋼絲繩未發(fā)現(xiàn)損傷或者損傷程度未達到報廢標(biāo)準(zhǔn)，造成了資源的巨大浪費，因此開展鋼絲繩安全性評估的研究，實現(xiàn)缺陷的定量化、自動化和智能化檢測具有重要意義。在理論上需要建立科學(xué)的評價指標(biāo)，在應(yīng)用設(shè)備上需要實現(xiàn)對鋼絲繩進行實時、有效和穩(wěn)定的損傷檢測。

（1）鋼絲繩損傷檢測信號的處理方法和識別技術(shù)還有待提高和創(chuàng)新。鋼絲繩損傷缺陷相對于鋼絲繩本身是十分微小的，加之鋼絲繩的股波存在，給微弱漏磁信號的提取和識別帶來了干擾。由于各鋼絲間、各繩股間排列緊密，面對鄰近鋼絲繩缺陷信號的干擾疊加，加之檢測傳感器、采集電路本身存在的干擾信號，進一步研究信號提取方法和缺陷特征識別技術(shù)十分必要。由于鋼絲繩損傷、斷絲的種類很多，如剪切斷絲、扭結(jié)斷絲、銹蝕斷絲，要正確識別斷絲特征具有很高的特征識別要求。鋼絲繩實際工作環(huán)境很復(fù)雜，環(huán)境中的噪聲、振動、磁場等對測量結(jié)果的精度影響很大，對檢測結(jié)果存在明顯影響?？傊?，現(xiàn)有鋼絲繩漏磁信號的處理方法，還不能滿足對不同缺陷類型故障特征的準(zhǔn)確提取。目前通用的濾波、消噪算法還不能滿足現(xiàn)代檢測的需要，缺乏自適應(yīng)性。要研究新的數(shù)字信號提取和特征識別技術(shù)，如小波變換、希爾伯特變換等，實現(xiàn)損傷特征的自動和高準(zhǔn)確度識別。

（2）各種損傷方式的形成機理和發(fā)展規(guī)律有待深入研究。鋼絲繩損傷形式多種多樣，揭示各損傷因素對鋼絲繩壽命影響的主次關(guān)系，研究各種損傷形式對鋼絲繩力學(xué)特性的影響規(guī)律和在不同負載狀態(tài)下的力學(xué)特性，對提高檢測靈敏度和檢測效率具有重要意義。

（3）磨損后的鋼絲繩仍然可保留一定的機械性能，要充分利用磨損鋼絲繩剩余承載能力，以有效減少鋼絲繩浪費。要深入開展對鋼絲繩剩余壽命的預(yù)測研究，制定科學(xué)的鋼絲繩損傷報廢標(biāo)準(zhǔn)，研究不同磨損對使用強度和斷裂失效機理的影響具有一定經(jīng)濟效益。

（4）檢測傳感器結(jié)構(gòu)有待進一步創(chuàng)新。勵磁裝置可以為拉索磁化提供磁源，是鋼絲繩電磁無損檢測系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵部分。目前的現(xiàn)狀：交流勵磁方式存在趨附效應(yīng)和渦流效應(yīng)的影響，直流電流磁化方式存在體積過大和發(fā)熱的問題，退磁現(xiàn)象和磁化不均勻是永磁勵磁方式存在的問題和不足。需要對勵磁結(jié)構(gòu)進一步研究和創(chuàng)新，研制出綜合性能優(yōu)越、能自動調(diào)節(jié)其最佳狀態(tài)的勵磁設(shè)備。

（5）目前對于磁彈效應(yīng)這一現(xiàn)象的機理研究還很少，對于應(yīng)力對磁化影響的研究還停留在定性方向，力-磁理論模型的建立仍沒有統(tǒng)一的定論，目前運用較多且認同度也很高的一種J-A磁滯模型是建立在規(guī)則的金屬材料研究中。對于鋼絲繩這種結(jié)構(gòu)和受力情況復(fù)雜的構(gòu)件來說，磁化研究存在較大的困難，對于這種高度非線性的問題，目前仍沒有一種準(zhǔn)確的理論模型可以解釋實驗鋼絲繩的磁彈效應(yīng)現(xiàn)象。應(yīng)加強對磁彈效應(yīng)這一現(xiàn)象機理的研究，建立系統(tǒng)的力-磁理論檢測模型。

（6）研究構(gòu)建復(fù)合勵磁回路的磁化方式，增強磁化強度及均勻性。在檢測鋼絲繩時，可以探索研究多回路軸向勵磁結(jié)構(gòu)，通過運用一定數(shù)量的永久磁鐵與電流線圈磁化相結(jié)合，獲得更好的檢測結(jié)果。

（7）在建立并完善鋼絲繩檢測標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫方面還有許多工作要做。要求繩索檢測的專業(yè)隊伍、有關(guān)部門相互合作、相互配合，把各種不同類型、不同品牌的鋼絲繩檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)一分類、整理、歸納，并輸入到相應(yīng)軟件中，建立完整的數(shù)據(jù)庫。在需要檢測時，只要核對鋼絲繩的類型、編號，將檢測獲得的數(shù)據(jù)同數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較，就可得到待評價鋼絲繩的質(zhì)量狀況。

[參考文獻]

[1] 郭志勇.提升機鋼絲繩損傷檢測裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)，2019.

[2] CHAPPUZEAU H.Verfahren Zum Prüfen Der Materialeig-

enschaften Langgestrecketr Magnetisier-barer Krper： GR1487856 KL[P].1929.

[3] KITZINGER F，WINT G A.Magnetic Testing Device for Detecting Loss of Metallic Area and Internal and External Defects in Elongated Objects：US4096437 A[P].1978-06-20.

[4] TOMAIUOLON F G，LANG J G.Method and Apparatus for Non-destructive Testing of Magnetically Permeable Bodies Using a First Flux to Saturate the Body and a Second Flux Opposing the First Flux to Produce a Measurable Flux：US4495465 A[P].1985-01-22.

[5] WEISCHEDEL H R.Wire Rope Strength Estimates， Retire-

ment Critical and Electromagnetic Inspection-A Critical Review[J].Wire Rope News & Sling Technology，1993（12）：14-17.

[6] 宋大雷，張東來，徐殿國，等.鋼絲繩無損檢測技術(shù)的歷史、現(xiàn)狀及趨勢[J].無損檢測，1999（5）：220-222.

[7] 周強.鋼絲繩力磁效應(yīng)與疲勞損傷漏磁信號監(jiān)測的研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2002.

[8] 榮惠仙.TGS—46.5型鋼絲繩直流電磁探傷器的使用與維護[J].煤礦安全，1982（6）：20-25.

[9] 康宜華，楊克沖，盧文祥，等.便攜式鋼絲繩斷絲定量檢測儀[J].儀器儀表學(xué)報，1993（3）：269-274.

[10] 竇毓棠.GXT型鋼絲繩在線無損探傷儀的工作原理及其應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，1994（3）：36-38.

[11] 顧偉，褚建新.鋼絲繩缺陷信號的特征量分析與損傷狀況的模糊辨識[J].機械工程學(xué)報，2002，38（5）：122-125.

[12] 王軍，譚繼文，戰(zhàn)衛(wèi)俠，等.基于小波能量的鋼絲繩斷絲損傷信號處理[J].青島理工大學(xué)學(xué)報，2012，33（3）：65-69.

[13] 宋大雷，張東來，徐殿國，等.一種高穩(wěn)定積分器在鋼絲繩無損檢測中的應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2001，33（3）：398-401.

[14] 王悅民，康宜華，武新軍.磁致伸縮效應(yīng)及其在無損檢測中的應(yīng)用研究[J].華中科技大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2005，33（1）：75-77.

[15] 陳征宇，葉玉龍.基于ANSYS的電梯鋼絲繩失效檢測有限元分析[J].機電信息，2018（27）：69-70.

[16] 王方帥，譚繼文，戰(zhàn)衛(wèi)俠，等.鋼絲繩損傷檢測裝置內(nèi)的磁場仿真研究[J].煤礦機械，2014，35（3）：67-69.

[17] 楊玉杰.基于磁彈效應(yīng)法的鋼絲繩張力檢測仿真與實驗研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2018.

[18] 張義清，譚繼文，朱良.鋼絲繩探傷永磁勵磁裝置的結(jié)構(gòu)與通用性分析[J].煤炭工程，2019，51（9）：182-186.

[19] 任明月，孟國營，賈一凡.基于多線圈周向磁化的礦用鋼絲繩斷絲檢測磁場仿真研究[J].中國煤炭，2017，43（7）：103-107.

[20] 姜宵園，孫燕華，馬文家，等.基于周向積分磁化的鋼絲繩檢測傳感器[J].傳感器與微系統(tǒng)，2018，37（12）：69-71.

[21] 王兵，邵帥，華晉偉，等.基于差動變壓器的編織式鋼絲繩損傷檢測傳感器[J].儀表技術(shù)與傳感器，2014（1）：16-18.

[22] 彭婷婷，周義仁.螺線管式磁感應(yīng)鋼絲繩斷絲檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].工礦自動化，2014，40（1）：80-83.

[23] 張曦曦.礦井提升機鋼絲繩在線無損檢測系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].機電工程技術(shù)，2018，47（8）：137-139.

[24] 雷高陽，徐桂云.基于顆粒阻尼減振傳感器的鋼絲繩張力及載荷的動態(tài)監(jiān)測研究[J].煤炭工程，2019，51（9）：162-165.

[25] 張新，夏華明，張晨旭，等.礦井提升機鋼絲繩電磁檢測信號雜波的研究[J].煤炭工程，2018，50（8）：119-121.

[26] 王玉芳，朱霞清.礦井提升鋼絲繩無損檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技通報，2016，32（10）：111-115.

[27] 王闖，華鋼.小波去噪在礦用鋼絲繩損傷檢測中的應(yīng)用研究[J].煤炭工程，2014，46（12）：105-107.

[28] 楊寧霞，孫晧，邱烽，等.礦用鋼絲繩斷絲故障檢測新方法研究[J].煤礦機械，2014，35（5）：244-246.

[29] 趙潔，華鋼，于博.基于改進小波閾值算法的礦用鋼絲繩損傷檢測信號去噪方法[J].煤礦機械，2013，34（1）：284-286.

[30] 鄭鵬博.非飽和磁激勵下的鋼絲繩無損檢測研究[D].洛陽：河南科技大學(xué)，2019.

[31] 曹青松，周繼惠，李健，等.鋼絲繩電磁檢測信號的時空域理論分析[J].機械工程學(xué)報，2013，49（4）：13-19.

[32] 張守新，李思嘉，張瑜.鋼絲繩損傷檢測信號的特征量獲取方法研究[J].煤炭技術(shù)，2015，34（3）：271-273.

[33] 張楠.基于小波變換的鋼絲繩斷絲定量檢測技術(shù)研究[J].煤炭工程，2013（2）：129-131.

[34] 朱良，譚繼文，張義清.斷絲狀態(tài)下的鋼絲繩故障診斷[J].煤礦機械，2019，40（9）：160-163.

收稿日期：2020-02-27

作者簡介：范偉（1986—），女，河北張家口人，碩士，工程師，研究方向：電磁無損檢測技術(shù)。

通信作者：任尚坤（1963—），男，河南太康人，博士，教授，主要從事電磁無損檢測技術(shù)方面的教學(xué)與研究工作。