电梯钢丝绳的检测方法及基于量子测量技术的无损检测仪器的开发

作者：杨琦，范华林，刘畅（安徽省特种设备检测院） ｜ 《中国电梯》2025年第3期

曳引钢丝绳堪称电梯安全运行的“生命线”，因此在电梯的维护保养、检验检测、监督检查中对曳引钢丝绳的检查都属于关键项目。曳引钢丝绳一旦失效，轻则影响电梯平稳运行，重则造成电梯事故[1]。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

通过对钢丝绳的检测可提前发现钢丝绳的缺陷，以便及时采取措施予以消除，避免钢丝绳出现失效。在本文中，笔者分析电梯钢丝绳的传统检测方法及其存在的问题，介绍新兴的钢丝绳无损检测方法的现状和发展趋势，并开发了一种基于量子测量技术的电梯钢丝绳无损检测仪器及其工装，以便更准确、高效地对电梯钢丝绳进行检测。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

1 国家标准及安全技术规范对电梯钢丝绳的要求

近年来发生了多起因钢丝绳失效引发的电梯事故，其本质原因是钢丝绳生产质量差或使用不当，出现了断丝、断股、严重锈蚀等状况，导致钢丝绳在曳引轮上打滑、轿厢弹跳、限速器失灵或误动作。针对电梯钢丝绳生产质量参差不齐的问题，市场监管总局、国家标准委于2024年6月25日发布了强制性国家标准GB 8903—2024《电梯用钢丝绳》，代替了原推荐性国家标准GB/T8903—2018《电梯用钢丝绳》。GB8903—2024明确了对电梯钢丝绳在制造、检测和使用方面的基本要求，对钢丝绳的各项性能指标，如抗拉强度、断裂延伸率、耐磨性等方面提出了统一且严格的规定。这一强制性国家标准的实施将有助于规范钢丝绳生产企业的生产流程，杜绝劣质钢丝绳流入市场，从源头上保障电梯钢丝绳的使用安全。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

此外，特种设备安全技术规范TSGT5002—2017《电梯维护保养规则》、TSGT7001—2023《电梯监督检验和定期检验规则》、TSGT7008—2023《电梯自行检测规则》中都明确规定了在用电梯曳引钢丝绳的报废条件，要求钢丝绳无弯折、严重锈蚀，并对断丝数等提出了要求。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

从国家标准和安全技术规范对电梯钢丝绳的要求可以看出，相比于在普通场合使用的钢丝绳，电梯钢丝绳具有更高的使用要求。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

2 电梯钢丝绳的传统检测方法及其存在的问题

电梯钢丝绳的传统检测方法包括：预估寿命法、人工目视检测法。1)预估寿命法是以固定的钢丝绳寿命作为保障电梯安全运行的依据，一旦钢丝绳使用达到额定时长或者额定工作循环次数，则无需进行钢丝绳检测而将其直接更换。这种方法在一定程度上能够预防电梯钢丝绳失效，然而由于电梯的使用环境和使用状况千差万别，预估寿命法难以规避因偶然因素导致的钢丝绳失效，且易造成钢丝绳未达到实际使用寿命而提前报废，导致资源浪费。2)人工目视检测法则是依靠检测人员的感官开展检测工作，存在检测效率低下、劳动强度大的问题，并且无法发现钢丝绳内部的缺陷。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

如果仅以保证电梯安全为考量，可以提高在用电梯钢丝绳的报废要求或者降低电梯钢丝绳的预估寿命，但安全是一门经验学科，在任何行业或领域都无法追求绝对的安全。虽然安全第一，但经济性、适用性和可持续发展也非常重要。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

某省会城市住房维修资金管理中心发布的2023年度电梯维修资金公示信息显示，85%的电梯维修资金申请项目包括“更换电梯曳引钢丝绳”。根据电梯的型式及提升高度不同，更换曳引钢丝绳费用通常在0.6～2.0万元，而其中60%以上的费用都是人工费用。业界应在保障电梯安全性的前提下，努力减少不必要的资源浪费，因此需要探寻更为精确、高效的在用电梯曳引钢丝绳检测方法和仪器，这有利于及早发现钢丝绳的缺陷，延长钢丝绳的使用寿命，提高电梯的经济性。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

3 目前电梯钢丝绳常用的无损检测方法及其发展趋势

与电梯钢丝绳的传统检测方法相比，新兴的钢丝绳无损检测方法可同时满足电梯钢丝绳的安全性和经济性要求。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

3.1 目前电梯钢丝绳常用的无损检测方法

对于钢丝绳出现的断丝、断股等缺陷，采用人工目视检测法就可以满足国家标准及安全技术规范的要求。但对于钢丝绳截面损失和局部损伤等缺陷，采用人工目视检测法很难实现有效检测。钢丝绳无损检测技术就是在不影响钢丝绳正常使用的条件下，利用特定的检测技术及装置对钢丝绳包括截面损失、局部损伤等在内的使用状态加以测定并按照相关要求进行量化的技术。目前钢丝绳常用的无损检测方法主要有超声波检测、磁粉检测、涡流检测、磁记忆检测、光纤传感技术检测、红外热像技术检测6种。文章源自特考一点通特考一点通-https://www.tkydt.cn/10945.html

超声波检测可利用超声波传播特性检测出钢丝绳内部的缺陷，但存在超声信号解析及操作困难，难以实现可视化的问题；磁粉检测可检测钢丝绳内部缺陷，但对环境影响较大，无法检测深层缺陷且需要目视辅助；涡流检测对钢丝绳表面清洁度要求较高，且需增强检测信号；磁记忆检测需迭代磁敏元件，操作复杂；光纤传感技术检测的仪器采购成本及安装维护费用较高，一般应用于曳引钢带检测领域；红外热像技术检测只能用于钢丝绳异常温升检测，应用场景较少且检测精度较低[2]。采用以上检测技术在进行钢丝绳检测时各有优缺点，一般可根据不同应用场景选择相应技术。电梯曳引钢丝绳常为并排3～8根设计，绳间距仅3～5mm，对无损检测装置抗干扰能力及检测工装要求等都较高。各种钢丝绳无损检测方法的优缺点、经济性、对电梯钢丝绳检测的适应性如表1所示。

由于电梯钢丝绳结构型式的特殊性、缺陷形式的多样性，目前电梯钢丝绳无损检测方法仍存在一些问题，包括如何进行定量检测、对电梯周围环境的影响、检测工装的完善等。多年实践应用表明，上述几种无损检测方法及其相关仪器的准确性、可靠性都不太高，难以经济、有效地应用于电梯钢丝绳检测领域。

3.2 电梯钢丝绳无损检测方法发展趋势

随着数据采集技术、信号处理技术等新技术的发展，以及政策要求的日益严格和现实需求的不断增长，电梯钢丝绳无损检测方法迎来了新的发展机遇。电梯钢丝绳无损检测方法的发展趋势主要在于多手段协同、智能化和高效化[3]。

1)多手段协同。传统的检测方法利用人工目视检测，虽耗时且低效，但可完成钢丝绳重大隐患的排查。无损检测仪器可分为在线监测仪器和便携式检测仪器，在线监测仪器中检测子系统安装于电梯钢丝绳周围特定位置，可收集钢丝绳运行信息并反馈给信息处理系统，以完成电梯钢丝绳的实时监测、实时预警。便携式检测仪器适用于单人携带，可对运动中的钢丝绳进行无损检测。将多种检测手段进行组合，可以实现对钢丝绳更准确、高效的检测。

2)智能化。电梯钢丝绳无损检测方法将越来越趋于智能化，即按需要将多种检测方法与数据识别、数据处理和人工智能技术进行结合，实现更高效、更准确的数据分析、故障判断及预警。

3)高效化。随着在用电梯数量日益增多，以及智能化和信息化技术的发展，人们对电梯钢丝绳无损检测的可靠性和效率要求也越来越高。未来钢丝绳无损检测方法将会朝着更可靠、更高效的方向发展。

4 基于量子测量技术的电梯钢丝绳无损检测仪器及其工装的开发

量子测量技术是利用量子系统的量子性质或者量子现象，通过微波调制和光学信号读取进行传感探测，通过数据处理得到所在位置的精准磁场强度，从而对物理量进行测量的技术。量子测量技术具有灵敏度高、分辨率高、带宽大、可溯源等优点。近年来量子测量技术飞速发展，多个国家均公开了相关研究计划。笔者认为，量子测量技术在特种设备检验检测行业具有广阔的应用前景。

4.1 适用于电梯钢丝绳无损检测的量子测量技术

金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy，以下简称NV)色心是一种新型全固态量子平台，是金刚石晶体中的一种点缺陷，即由一个替位N原子与相邻的一个空位形成的一种稳定结构[4]。NV色心量子传感器具有高精度、高分辨率、高效率的特点。采用NV色心量子传感器的量子测量技术可对钢丝绳表面微小缺陷进行精密测量，实现高空间分辨率、高灵敏度的磁性成象[5]，最终实现信号数据的实时采集和可视化分析。量子测量技术具有非侵入性测量等特点，无需使用磁粉即可实现钢丝绳表面裂纹的高效检测，也可穿透油漆层对钢丝绳表面裂纹进行检测。量子测量技术能够改善传统检测仪器在安全、便携、可视化和定量分析等方面的不足，为电梯钢丝绳提供一种高精度、整体可视化和可定量分析的无损检测方法。

4.2 适用于电梯钢丝绳无损检测的量子传感器的设计及加工

在适用于电梯钢丝绳无损检测的NV色心量子传感器的设计加工过程中，通过采用特殊的辐照与退火工艺提升材料的品质；通过采用先进的多模光纤加工技术，减少纤芯中的杂质，降低噪声，确保光学信号的低损耗、低误差。在探头传感部分，通过采用先进的微波共振增强技术，实现对外界磁场流的实时性探测；通过采用先进的微纳加工工艺和光纤集成封装工艺，确保传感器的探头部分高效稳定运行。笔者选取了两种传统的钢丝绳检测传感器与NV色心量子传感器进行了性能对比(见表2)。对比结果表明：NV色心量子传感器在工作环境适应性及灵敏度、最大检测速度、最大采样频次方面具有明显的优势。

4.3 电梯钢丝绳无损检测仪器及其工装的开发

根据对电梯钢丝绳检测应用场景需求的研究，定向设计了检测仪器的形态，实现量子测量系统的通用化和仪器使用的定制化；通过对硬件部分功能的模块化研发，确保了检测仪器的高效稳定运行，便于误差分析和性能提升。开发的模块包括：量子传感模块、集成光学组模块、信号增强与提取模块、励磁与磁化模块[6]。在仪器整机的调试过程中，基于参数优化和实验测试，完成整机性能指标的优化。图1所示为基于量子测量技术的电梯钢丝绳无损检测仪器及其工装。

4.4 电梯钢丝绳无损检测仪器的实测验证

在实验室条件下，对电梯钢丝绳无损检测仪器进行了实测验证。使用直径为10 mm的钢丝绳，通过人为破坏使钢丝绳形成断丝、疲劳、磨损、腐蚀等缺陷。采用检测仪器进行测试，得出如图2所示的测试结果。测试结果表明检测仪器可实现对钢丝绳各类缺陷的定位、定性和可视化展示。

5 结语

量子测量技术为电梯曳引钢丝绳的检测提供了一种新型无损检测技术，笔者初步完成了基于量子测量技术的电梯钢丝绳无损检测仪器及其工装的开发。未来，笔者还要通过实验测试对此检测仪器进行参数及功能的优化，不断提升其整机性能指标。

[参考文献]

[1] 万明.浅谈钢丝绳无损检测技术[J].江汉石油职工大学学报，2023，36(2)：30-31.

[2] 王子罡.钢丝绳无损检测情况分析[J].起重运输机械，2019(10)： 45-51．

[3] 吴澎，花虎跃．钢丝绳无损检测中存在问题的探讨[J].无损检测，2017(6)：65-68．

[4] 张萌，赖俊森.量子测量技术进展及应用趋势分析[J]．信息通信技术与政策，2021，47(9)：72-78．

[5] 张义清.钢丝绳断丝损伤检测与定量识别研究[D].青岛：青岛理工大学，2021.

[6] 杨叔子，康宜华.钢丝绳电磁无损检测[M].北京：机械工业出版社，2017：33-36.