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CN110006338B - 一种钢丝绳损伤面积检测方法 - Google Patents

一种钢丝绳损伤面积检测方法 Download PDF

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CN110006338B CN201910349566.8A CN201910349566A CN110006338B CN 110006338 B CN110006338 B CN 110006338B CN 201910349566 A CN201910349566 A CN 201910349566A CN 110006338 B CN110006338 B CN 110006338B
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Abstract

本发明提供了一种钢丝绳损伤面积检测方法，将钢丝绳励磁到饱和，检测钢丝绳的周向漏磁信号，在柱坐标系下，径向方向为钢丝绳直径方向，轴向方向为钢丝绳长度方向，周向方向为钢丝绳圆周方向，根据漏磁检测理论及模型分析损伤的周向漏磁信号峰谷值点围成的面积和损伤的表面积成正比关系，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。本发明的有益效果是：不需要神经网络训练拟合样本，即可对损伤面积进行定量，降低了实现难度。

Description

一种钢丝绳损伤面积检测方法
技术领域
本发明涉及钢丝绳损伤面积漏磁检测定量方法，尤其涉及一种钢丝绳损伤面积检测方法。
背景技术
目前漏磁检测为钢丝绳检测常用的有效方法，一般是对钢丝绳进行强励磁至饱和，通过钢丝绳表面分布的磁传感器阵列检测钢丝绳表面的磁信号，通过磁信号的异常(漏磁信号)，结合相应的数据处理和定量方法对钢丝绳损伤进行定量分析。本发明主要是针对钢丝绳漏磁检测的数据处理和定量计算部分。
传统的对损伤的定量计算一般将定量计算问题作为分类问题，制作标准伤样本通过标准伤的磁信号特征和实际损伤尺寸结合神经网络训练，用于损伤的定量计算，传统的方法如果应用于实际检测则需要大量的损伤样本，需要制作大量的标准伤或在大量的检测中不断的对训练的神经网络进行训练完善，实现难度较高。
因此，如何提供一种钢丝绳损伤面积检测方法，可以避免采用神经网络训练拟合样本，从而来降低实现的难度，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种钢丝绳损伤面积检测方法。
本发明提供了一种钢丝绳损伤面积检测方法，将钢丝绳励磁到饱和，检测钢丝绳的周向漏磁信号，在柱坐标系下，径向方向为钢丝绳直径方向，轴向方向为钢丝绳长度方向，周向方向为钢丝绳圆周方向，根据漏磁检测理论及模型分析损伤的周向漏磁信号峰谷值点围成的面积和损伤的表面积成正比关系，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。
作为本发明的进一步改进，一种钢丝绳损伤面积检测方法，具体包括以下步骤：
S1：制作至少两个不同尺寸损伤样本，对损伤样本进行漏磁检测；
S2：将检测的多路漏磁周向信号转化为磁图，计算磁图中的峰值点和谷值点的位置，然后通过峰值点及谷值点的位置计算磁图中损伤的像素点面积；
S3：通过磁图中损伤像素点面积和损伤实际表面积，通过函数拟合获得磁图像素点面积和实际损伤表面积之间的关系；
S4：对于钢丝绳实际位置损伤面积的定量检测，首先检测出未知面积的损伤的多路周向漏磁信号；
S5：将未知面积的损伤的多路漏磁信号转化为周向漏磁磁图，计算磁图中损伤像素点的面积；
S6：将步骤S5中的未知面积损伤的磁图像素点面积代入S3中的磁图像素点面积和实际损伤表面积的关系中，计算得到未知面积损伤的表面积，
完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。
作为本发明的进一步改进，在步骤S4中，采用多路磁传感器阵列检测钢丝绳表面周向磁场分布。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，对于绳股表面明显的钢丝绳，检测是钢丝绳表面磁信号表现为正弦或余弦的形式及股波信号，对于股波信号明显的钢丝绳检测时，信号处理方法如下：
S211：滤除每一路信号高频噪声；
S212：移除每一路数据的基线；
S213：通道均衡；
S214：周向及轴向插值；
S215：滤除股波信号；
S216：将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，对于股波信号明显的钢丝绳检测时，信号处理方法具体如下：
S211：对每一路信号进行低通滤波处理，滤除高频噪声，以下公式为一种典型平滑滤波：
Figure GDA0002646326900000031
式中：Xi,j为第i路的第j个采样点，n为平滑滤波时采用的平滑点数，
Figure GDA0002646326900000032
为滤波后信号；
S212：移除每一路数据的基线：通过对检测股波信号分析，计算股波周期，将数据点内一个股波周期内的数据点进行平均作为该数据点的基线信号，通过检测信号减去基线信号进行移除基线；
Figure GDA0002646326900000041
X′i,j＝Xi,j-Bsi,j (3)
式(2)中：Bsi,j为采样数据点Xi,j对应基线值，ns为钢丝绳的股波周期；式(3)中：X′i,j为移除基线的信号；
S213：通道均衡：计算每一路信号的平均幅值Ai和均值Bi，选取其中一路信号为基准，记其平均幅值为A0，均值为B0，对其他路信号进行如下计算进行通道均衡；
Figure GDA0002646326900000042
S214：周向及轴向插值：对于每一个数据采样点的一周信号进行插值，同时对每一路的信号进行轴向插值；
S215：对每一路信号滤除股波信号，通过陷波或带阻滤波器滤除股波信号；
S216：将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过局部二值化处理或查找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积；对于绳股表面不明显的钢丝绳，检测钢丝绳表面的磁信号不明显时，信号处理方法如下
S221：对每一路信号进行低通滤波处理，滤除高频噪声；
S222：通道均衡，计算每一路信号的均值，选取其中一路信号为基准，对其他路信号进行通道均衡；
S223：周向及轴向插值，对于每一个数据采样点的一周信号进行插值，同时对每一路的信号进行轴向插值；
S224：对磁图查找峰谷值点及计算磁图中损伤面积，将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过局部二值化处理或查找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
作为本发明的进一步改进，步骤S5采用步骤S2中的信号处理方法将多路漏磁信号转化为周向漏磁磁图。
本发明的有益效果是：定量方法简单，不需要神经网络训练拟合样本，即可对损伤面积进行定量，降低了实现难度。
附图说明
图1是本发明一种钢丝绳损伤面积检测方法拟合出的磁图像素点面积和实际损伤表面积之间的关系图。
图2是损伤原始漏磁信号。
图3是本发明一种钢丝绳损伤面积检测方法的插值后磁图信号。
图4是本发明一种钢丝绳损伤面积检测方法的滤除股波后磁图信号。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明提供的一种钢丝绳损伤面积检测方法，涉及一种对钢丝绳损伤面积漏磁检测定量方法，主要针对钢丝绳漏磁检测时，采用多路磁传感器获取磁信号后对于损伤难以定量的问题，特别涉及对螺旋结构钢丝绳的损伤面积定量计算方法。
一种钢丝绳损伤面积检测方法，将钢丝绳励磁到饱和，检测钢丝绳的周向漏磁信号，根据漏磁检测理论及模型分析损伤的周向漏磁信号峰谷值点围成的面积和损伤的表面积成正比关系，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。
本发明主要是对于钢丝绳漏磁检测的信号处理和定量计算过程。本发明采用的励磁装置和传统漏磁检测相同均需要将钢丝绳励磁到饱和，检测系统和传统漏磁检测中的局部损伤(LF)检测相同，均需要对多路传感器信号采集。本发明与传统的漏磁局部损伤检测方法不同之处在于本发明传感器采集的漏磁信号为周向漏磁信号(在柱坐标系下，径向方向为钢丝绳直径方向；轴向方向为钢丝绳长度方向；周向方向为钢丝绳圆周方向)。根据漏磁检测理论及模型分析损伤的周向漏磁信号峰谷值点围成的面积和损伤的表面积成正比关系。本发明提出的检测方法具体如下：
本发明可以使用传统的漏磁检测励磁，达到将钢丝绳励磁到饱和或近似饱和。与传统的局部损伤漏磁检测不同的是传统的局部损伤漏磁检测一般检测的是轴向漏磁场或径向漏磁场，本发明通过多路磁传感器阵列检测钢丝绳表面周向磁场分布。本发明采用的磁传感器，包括但不限于：霍尔传感器、磁阻传感器、巨磁阻传感器、隧道磁电阻传感器、磁通门传感器、感应线圈等。为后续信号处理或定量过程表述方便，记磁传感器阵列中单一的磁传感器为一路或一通道。本发明提出的检测方法具体过程如下：
S1：制作少量(至少两个)不同尺寸损伤样本(钢丝绳典型样本为断丝或磨损)，对损伤样本进行漏磁检测；
S2：通过本发明后面的信号处理方法，将检测的多路漏磁周向信号转化为磁图，计算磁图中的峰值点和谷值点的位置，然后通过峰值点及谷值点的位置计算磁图中损伤的像素点面积；
S3：通过磁图中损伤像素点面积和损伤实际表面积，通过函数拟合获得磁图像素点面积和实际损伤表面积之间的关系；
S4：对于实际位置损伤面积的定量检测，首先检测出未知面积的损伤的多路周向漏磁信号；
S5：采用与步骤S2相同的信号处理方法，将未知面积的损伤的多路漏磁信号转化为周向漏磁磁图，计算磁图中损伤像素点的面积；
S6：将S5中的未知面积损伤的磁图像素点面积代入S3中的磁图像素点面积和实际损伤表面积的关系中，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。
其中S2及S5中提到的信号处理方法如下：
对于绳股表面明显的钢丝绳，检测是钢丝绳表面磁信号表现为正弦或余弦的形式及股波信号，对于股波信号明显的钢丝绳检测时处理方法如下：S211：对每一路信号进行低通滤波处理，滤除高频噪声，滤波方法不限于模拟滤波、数字滤波及平滑滤波；以下公式为一种典型平滑滤波：
Figure GDA0002646326900000071
式中：Xi,j为第i路的第j个采样点，n为平滑滤波时采用的平滑点数，
Figure GDA0002646326900000072
为滤波后信号；
S212：移除每一路数据的基线：通过对检测股波信号分析，计算股波周期，将数据点内一个股波周期内的数据点进行平均作为该数据点的基线信号，通过检测信号减去基线信号进行移除基线；
Figure GDA0002646326900000073
X′i,j＝Xi,j-Bsi,j (3)
式(2)中：Bsi,j为采样数据点Xi,j对应基线值，ns为钢丝绳的股波周期；式(3)中：X′i,j为移除基线的信号；
上述为移除基线的一种特例，计算基线的方法还可以采用低通滤波或小波分解、经验模态分析等方法；
S213：通道均衡：计算每一路信号的平均幅值Ai和均值Bi，选取其中一路信号为基准，记其平均幅值为A0，均值为B0，对其他路信号进行如下计算进行通道均衡；
Figure GDA0002646326900000081
S214：周向及轴向插值：对于每一个数据采样点的一周信号进行插值，同时可以对每一路的信号进行轴向插值，其中插值方法不限于，三次多项式插值，样条插值。也可采用二维插值处理检测的多路周向漏磁信号；
S215：对每一路信号滤除股波信号，通过陷波或带阻滤波器滤除股波信号；
S216：将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过局部二值化处理或查找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
对于绳股表面不明显的钢丝绳，检测钢丝绳表面的磁信号不明显时，处理方法如下：
S221：同上述S211；
S222：通道均衡，计算每一路信号的均值，选取其中一路信号为基准，对其他路信号进行如下计算进行通道均衡；
S223：周向及轴向插值，同上述S214；
S224：对磁图查找峰谷值点及计算磁图中损伤面积，同上述S216。
应用实例：
本发明通过七个不同尺寸的损伤样本，通过本发明的方法，拟合出磁图像素点面积和实际损伤表面积之间的关系为图示1所示。
对于未知面积损伤检出磁图像素点面积为7753时，通过上述关系计算得检测定量面积为：78.9mm2，实际损伤对应长度为17mm，宽度为4.4mm，面积为：74.8mm2。
应用实例中信号处理方法示例：
损伤样本的断丝损伤的原始信号如图2所示。
通过傅里叶分析，求得股波信号的周期为256。
滤波方式采用的为五点三次平滑，其中周向插值选择为三次样条插值，可以得到如图3的磁图；通过带阻滤波可以获得损伤局部磁图如图4；本示例采用计算局部极值点的方式确定峰谷值点如示图4中标记点，计算标记点围成像素的面积为7753。
本发明提供的一种钢丝绳损伤面积检测方法，具有以下优点：
1)由于本方法基于周向磁图信号峰谷值点围成面积和损伤表面积的正比关系，关系较为简单，通过少量的样本即可拟合不需要大量样本。
2)本文定量方法简单，不需要神经网络训练拟合样本，即可对损伤面积进行定量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于：将钢丝绳励磁到饱和，检测钢丝绳的周向漏磁信号，在柱坐标系下，径向方向为钢丝绳直径方向，轴向方向为钢丝绳长度方向，周向方向为钢丝绳圆周方向，根据漏磁检测理论及模型分析损伤的周向漏磁信号峰谷值点围成的面积和损伤的表面积成正比关系，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测，该钢丝绳损伤面积检测方法包括以下步骤：
S1：制作至少两个不同尺寸损伤样本，对损伤样本进行漏磁检测；
S2：将检测的多路周向漏磁信号转化为磁图，计算磁图中的峰值点和谷值点的位置，然后通过峰值点及谷值点的位置计算磁图中损伤的像素点面积；
S3：通过磁图中损伤的像素点面积和损伤实际表面积，通过函数拟合获得磁图中损伤的像素点面积和实际损伤表面积之间的关系；
S4：对于钢丝绳实际位置损伤面积的定量检测，首先检测出未知面积的损伤的多路周向漏磁信号；
S5：将未知面积的损伤的多路漏磁信号转化为周向漏磁磁图，计算磁图中损伤的像素点面积；
S6：将步骤S5中的未知面积损伤的磁图中损伤的像素点面积代入S3中的磁图中损伤的像素点面积和实际损伤表面积的关系中，计算得到未知面积损伤的表面积，完成钢丝绳损伤表面积的定量检测。
2.根据权利要求1所述的钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于：在步骤S4中，采用多路磁传感器阵列检测钢丝绳表面周向磁场分布。
3.根据权利要求1所述的钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于：在步骤
S2中，对于绳股表面明显的钢丝绳，检测是钢丝绳表面磁信号表现为正弦或余弦的形式及股波信号，对于股波信号明显的钢丝绳检测时，信号处理方法如下：
S211：滤除每一路信号高频噪声；
S212：移除每一路数据的基线；
S213：通道均衡；
S214：周向及轴向插值；
S215：滤除股波信号；
S216：将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
4.根据权利要求3所述的钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于，在步骤
S2中，对于股波信号明显的钢丝绳检测时，信号处理方法具体如下：
S211：对每一路信号进行低通滤波处理，滤除高频噪声，以下公式为一种典型平滑滤波：
Figure FDA0002646326890000021
式中：Xi,j为第i路的第j个数据采样点，n为平滑滤波时采用的平滑点数，
Figure FDA0002646326890000022
为滤波后信号；
S212：移除每一路数据的基线：通过对检测股波信号分析，计算股波周期，将数据采样点内一个股波周期内的数据采样点进行平均作为该数据采样点的基线信号，通过检测信号减去基线信号进行移除基线；
Figure FDA0002646326890000023
X′i,j＝Xi,j-Bsi,j (3)
式(2)中：Bsi,j为数据采样点Xi,j对应基线信号，ns为钢丝绳的股波周期；式(3)中：X′i,j为移除基线的信号；
S213：通道均衡：计算每一路信号的平均幅值Ai和均值Bi，选取其中一路信号为基准，记其平均幅值为A0，均值为B0，对其他路信号进行如下计算进行通道均衡；
Figure FDA0002646326890000031
S214：周向及轴向插值：对于每一个数据采样点的一周信号进行插值，同时对每一路的信号进行轴向插值；
S215：对每一路信号滤除股波信号，通过陷波或带阻滤波器滤除股波信号；
S216：将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过局部二值化处理或查找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
5.根据权利要求1所述的钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于：在步骤S2中，找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积；对于绳股表面不明显的钢丝绳，检测钢丝绳表面的磁信号不明显时，信号处理方法如下
S221：对每一路信号进行低通滤波处理，滤除高频噪声；
S222：通道均衡，计算每一路信号的均值，选取其中一路信号为基准，对其他路信号进行通道均衡；
S223：周向及轴向插值，对于每一个数据采样点的一周信号进行插值，同时对每一路的信号进行轴向插值；
S224：对磁图查找峰谷值点及计算磁图中损伤的像素点面积，将滤除股波后的多路信号转换为磁图信号，通过局部二值化处理或查找极值处理计算磁图中峰谷值点的位置，计算磁图中峰谷值点围成的面积。
6.根据权利要求3或者5所述的钢丝绳损伤面积检测方法，其特征在于：步骤S5采用步骤S2中的信号处理方法将多路漏磁信号转化为周向漏磁磁图。
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