灵活的GMR传感器阵列的漏磁检测钢绳索

文摘

介绍了设计和开发一个灵活的GMR传感器阵列service-induced缺陷的无损检测的外表面直径64毫米的钢绳。GMR元素的数量和他们的位置在马鞍类磁化线圈使用三维有限元模型进行了优化。传感器阵列的性能已被测量的轴向分量计算漏通量从局部缺陷(低频)和失去金属横截面积(LMA)类型缺陷引入在跑道上绳子。研究表明,GMR传感器阵列可以可靠地检测低频和LMA类型缺陷跟踪绳。传感器阵列具有检测速度快以及跟踪绳的长度,不需要圆周扫描。还可以使用阵列图像缺陷传感器获取空间信息。

1。介绍

跟踪绳子是一种绳索用于运输煤炭开采行业。这样一个绳系统操作每天大约10小时运输3000吨煤的帮助下256桶的数量,每个携带近1.6吨煤。跟踪绳是静止的,每隔一段时间严格支持塔。如图1,跟踪绳8层链不同直径的电线。6内部层圆形线,外两层形线。圆电线被两个Z线绳子的强度。外表面的宽度的第一个Z线是6.45毫米,和两个外Z线之间的间隙宽度是0.76毫米。

在绳子的操作系统,桶的马车车轮接触的顶面外Z线如图2(一个)。长期使用的绳索系统预计将导致磨损和磨损,导致失去金属横截面积(LMA)或局部缺陷(LF)类型缺陷(图2 (b))。钢丝断裂和疲劳裂纹的形成,点状腐蚀,国米链轻伤或马氏体脆化,等等都有可能发生(1,2]。当超过两个Z电线外层被打破,他们将与相邻层分离。跟踪检测损伤的绳子是必不可少的生活状态监测和管理计划的一部分。损伤的无损检测跟踪绳索挑战由于异构结构的绳子,断丝的多样性和不确定性,充满敌意的工作环境。

在各种无损评价(NDE)技术,视觉和漏磁(漏)技术被广泛用于监视钢铁的健康跟踪绳索(3,4]。虽然目视检查很简单,不需要特殊的仪器,它不是适合跟踪监测内部恶化绳索。相反,漏磁技术能够检测低频和LMA类型钢丝绳缺陷(4]。

在漏磁技术,钢丝绳局部磁化使用电磁铁或永久磁铁。如果任何缺陷存在于绳子,绳子需要较长的中产生的磁通路径的缺陷,因此,一些通量线表面的泄漏。这漏通量测量用传感器形式漏磁检测的重要一步。漏通量有轴向(沿绳子长度)和径向组件可以使用线圈检测(5,6)或传感器(7- - - - - -9)和相关的缺陷的大小和位置。可以连续磁化(10)或脉冲(11,12]。最近,作者提出了GMR传感器(13,14)的技术跟踪濒死经历的绳索,这需要使用复杂的圆周扫描设置扫描的绳索。使用阵列传感器是有吸引力的,这使得快速和可靠的跟踪检查绳索(15]。论述了设计和开发一个灵活的GMR传感器阵列检测损伤的外表面轨道上绳子。阵列传感器的性能已经快速检查评估跟踪绳和低频和LMA类型缺陷的成像的外Z-wire轨道上绳子。

2。GMR传感器

GMR传感器由几纳米厚的多层结构(Co /铜/ Co)铁磁层由非磁性层。传感器工作GMR效应的下降有一个大电阻的多层入射磁场,由于电子的自旋相关的散射16]。GMR传感器具有高灵敏度低磁场和高空间分辨率。他们是廉价的和消耗更少的能量17]。在这项研究中,GMR传感器连接在桥配置测量微分输出高稳定。标准的传感器封装SOIC-8包5.9×4.9×1.4毫米³大小。的最大磁滞GMR传感器单元2%。

3所示。三维有限元建模

为了确定GMR元素的数量需要盖的上表面跟踪绳和确定传感器的位置,三维有限元建模已经完成使用COMSOL 3.4多重物理量软件包。图3(一个)显示生成网格的几何由跟踪绳(300.0毫米长度,外径64.0毫米)和磁化线圈。方程(1)已经解决了在三维空间中使用有限元方法: 在哪里是磁矢势,是自由空间的磁导率,是相对渗透率,是电流密度。两个鞍形线圈(长120.0毫米,宽35.0毫米)每个组成的90转横截面积为20.0×10.0毫米²用于跟踪绳的磁化电流5 a,如图3(一个)。鞍形线圈的磁化电流设定在相反的方向,以确保轴向磁化的索鞍形线圈之间的地区。

为简单起见,在模型中假设跟踪绳固体棒,GMR传感器以及速度不是建模的影响。绳子是假定常数的相对磁导率为100。磁绝缘()边界条件应用于外边界模型的构建。求解的计算时间(1)与5673392自由度大约是50分钟在双核64位处理器工作站主要8 GB内存。

磁矢势计算解决地区和磁通密度的轴向分量(B_z)两个鞍形线圈之间的预测。从图可以看出3 (b),磁通密度几乎是统一的最佳圆周intercoil距离80.0毫米,完全涵盖了预计损伤区域的顶部表面Z-wire(虚线区域图3 (b))。这个区域可以容纳12 GMR传感器。因此,一系列灵活的12 GMR传感器制造和用于检测损伤在跑道上绳子。

4所示。GMR传感器阵列的设计

灵活的布局GMR传感器阵列及其照片所示的数据4(一)和4 (b),分别。每个传感器元素数组中常见的5 V电源输入,和数组有12个微分输出。传感器阵列的总体规模是100×12毫米²与两个传感器之间的中心距的距离(沥青)6.6毫米。传感器阵列是保持在磁化线圈的中间。GMR传感器测量轴向分量(沿扫描方向)漏通量的缺陷。1毫米的阵列传感器发射保持不变。传感器的输出是使用基于labview的获取和分析数据采集系统将平均和低通滤波器来减少噪音。

5。绩效评估

传感器阵列的性能进行了测量泄漏的轴向分量字段从两个低频和两个LMA类型缺陷跟踪绳。两个LFs的电火花加工(EDM)级模拟5.5×2.0×2.0毫米大小³(长×宽×深度)的轴向和圆周方向的跟踪绳,如图5(一个)和5 (b)。大小的两个lma 42.0×9.0×3.0毫米³和33.5×14.2×4.9毫米³分别是由沿轴向和圆周方向(参考数据5 (c)和5 (d))。

的测试设置用于评估GMR传感器阵列的性能图所示6。它由两个鞍形线圈,可变直流电源,跟踪绳,灵活的传感器阵列,GMR现场仪表和个人电脑。每个鞍形线圈由90转的横截面积20×10毫米²。中心距两个鞍形线圈之间的距离是80毫米。测量是由移动传感器阵列和磁化线圈作为一个单元一起跟踪绳。为此,使用直流伺服电动机,如图6。为了提高灵敏度,每个GMR传感器输出是使用低噪声放大微分放大器和切口带阻滤波器在50 Hz,其次是100千赫低通滤波器。传感器输出数字化使用16位分辨率的16通道数据采集系统。

漏磁信号的传感器阵列的圆周低频5.5×2.0×2.0毫米³在跟踪绳如图7。缺陷的长度是5.5毫米,只有两个GMR传感器,即S6和S7漏通量的显示输出。

GMR传感器阵列输出已经处理消除背景噪音和格式化来获取图像。典型的轴向和周向漏磁图像LFs的大小5.5×2.0×2.0毫米³如数据所示8(一个)和8 (b),分别。而漏磁信号,可以很容易辨别的空间范围的缺陷产生的漏磁图像传感器阵列。发现轴向漏磁图像的低频扩展相比,圆周的低频。

典型的轴向和周向漏磁图像lma数据所示9(一个)和9 (b),分别。可以指出,lma的空间范围可以从图像容易感到,尽管一些随机噪声。LMA的圆周,三个传感器的输出,即S5, S6和S7正是在LMA缺陷被发现由于高漏磁场饱和。

灵活的GMR传感器阵列设计显示检测能力对低频和LMA类型缺陷沿轴向和圆周方向的。传感器阵列具有检测速度快以及跟踪绳的长度,不需要圆周扫描像(13]。圆周等级的图像已经被发现是夏普和本地化与轴向的档次。因此,灵活的GMR传感器阵列提出了可用于跟踪绳索的快速无损检测。对部署的现场使用的传感器阵列,研究在进行评估检测的概率(POD)的漏磁技术。研究也在进步提高检测能力缺陷位于传感器元素之间以及分辨率的传感器阵列,通过使用另一个串联的传感器阵列,旁边有轻微角转变。

6。总结

一系列灵活的GMR传感器已经发展了快漏磁检测的64毫米直径钢通过检测跟踪绳子从低频和LMA类型缺陷漏磁场Z-wire绳子。三维有限元建模已经完成识别GMR传感器元素的数量和他们的位置。传感器阵列的性能已被评估使用加工外Z-wire低频和LMA类型缺陷。柔性阵列传感器所检测的两种类型的缺陷跟踪绳,与成像的可能性来获取空间信息的缺陷。

确认

作者感谢p . Krishnaiah先生,濒死经历,IGCAR, Kalpakkam鞍形线圈的绕组和他的帮助在实验研究。他们也感谢c . k . Mukhopadhyay博士和美国马哈先生的许多有用的讨论。

引用

1. d . Basak”性能比较电缆驱动绳索的带式输送机系统使用的是一种无损检测技术,”洞察力,51卷,不。8,439 - 441年,2009页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. h . r . Weischedel和r·p·拉姆齐”电磁测试,一个可靠的方法检查钢丝绳的服务,“国际无损检测,22卷,不。3、155 - 161年,1989页。视图:谷歌学术搜索
3. h·r·Weischedel”钢丝绳的检查服务:一个关键的审查,”材料评价,43卷,不。13日,1592 - 1605年,1985页。视图:谷歌学术搜索
4. n . Sumyong a Prateepasen, p . Kaewtrakulpong”扫描速度和距离的差距对漏磁测量,”ECTI交易电子工程、电子和通讯,5卷,不。1,第122 - 118页,2007。视图:谷歌学术搜索
5. c . Jomdecha和a . Prateepasen”设计修改电磁main-flux钢丝绳检查,”无损检测和E国际,42卷,不。1,第83 - 77页,2009。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 大肠Kalwa和k . Piekarski”设计磁电感传感器的测试钢绳,“国际无损检测,20卷,不。6,347 - 353年,1987页。视图:谷歌学术搜索
7. 大肠Kalwa和k Piekarski”,设计采用霍尔传感器的磁场测试钢绳,“国际无损检测,20卷,不。5,295 - 301年,1987页。视图:谷歌学术搜索
8. w·s·辛格,b . p . c . Rao s Vaidyanathan贾古玛t, b . Raj,“从近侧和远侧缺陷漏磁检测碳钢板使用巨型magneto-resistive传感器,”测量科学与技术,19卷,不。1,文章ID 015702, 2008。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. j·w·威尔逊和g . y .田”三维磁场传感为漏磁缺陷描述,“洞见:无损检测和状态监测,48卷,不。6,357 - 359年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. w·s·辛格,b . p . c . Rao贾古玛t, b . Raj,”同时测量的切向和法向分量的漏磁通使用GMR传感器,”《无损检测与评价,8卷,不。2,23-28,2009页。视图:谷歌学术搜索
11. a . Sophian g . y .田,s . Zairi”脉冲漏磁技术裂纹检测和描述,“传感器和执行器,一个,卷125,不。2、186 - 191年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. j·w·威尔逊和g . y .田”脉冲电磁方法缺陷检测和描述,“无损检测和E国际,40卷,不。4、275 - 283年,2007页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. w·s·辛格,b . p . c . Rao c . k . Mukhopadhyay,和t .贾古玛”采用巨磁电阻的漏磁技术状态监测的钢轨道绳子,”洞察力,53卷,不。7,377 - 381年,2011页。视图:谷歌学术搜索
14. w·s·辛格,b . p . c . Rao s马哈贾古玛t和b . Raj,”巨人magneto-resistive传感器基于漏磁技术检查跟踪绳索,“研究应用电磁学和力学、电磁无损评价(十四),35卷,第263 - 256页,2011年。视图:谷歌学术搜索
15. Savin, r . Grimberg l . Udpa a r . Steigmann诉Palihovici和s . s . Udpa“2 d涡流传感器阵列,”无损检测和E国际,39卷,不。4、264 - 271年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. m . n . Baibich j . m . Broto a Fert et al .,“巨磁阻(001)Fe / Cr磁性超晶格(001),“物理评论快报,卷61,不。21日,第2475 - 2472页,1988年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
17. b . p . c . Rao贾古玛t, b . Raj“电磁无损探伤技术材料特性,”超声无损检测和先进方法和材料描述艾德,c·h·陈,第11章,页262 - 265,世界科学出版,新加坡,2007年。视图:谷歌学术搜索

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