CN108535354B - 一种钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，根据传感器数量分为2种情况。当传感器数量大于1个时，为多传感器数据处理，多传感器数据处理时该方法包括有以下步骤：Step1：建立磁图数据；Step2：对磁图数据进行消除基线处理；Step3：对消除基线处理后的数据进行均衡化处理；Step4：对Step3均衡化处理后的每一路数据求出其瞬时相位值；Step5：求出其瞬时相位数据的拐点值；Step6：建立最小损伤判定阈值，对损伤进行定位。当传感器数量等于1个时，进行上述Step4～Step6步骤。本发明能够克服现有无法完全消除股波信号，而且无法对单路传感器数据进行处理的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及损伤检测技术领域，特别涉及一种钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法。
背景技术
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对钢丝绳损伤进行检测分析。钢丝绳磁发射检测方法，也是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，通过磁信号的变化，结合相应的数据处理对钢丝绳损伤进行检测分析。
由于钢丝绳漏磁检测和磁发射检测中，当钢丝绳螺旋结构造成的股波磁信号比钢丝绳损伤磁信号大许多时，从磁信号数据中很难对损伤进行判定。已有资料里对钢丝绳螺旋结构造成的股波信号处理方法有自适应陷波滤波和梯度法。中国文献《三维漏磁场的钢丝绳局部损伤定量分析算法研究》(电子学报,2007,35(6):1170-1173.)，文献中运用的是自适应陷波滤波处理，该方法存在的问题是必须对每路数据进行傅里叶变换求出最大幅值频率点，再进行陷波滤波处理，增加了计算量，而且股波信号的频率不是单一的，该方法无法完全消除股波信号。中国文献《钢丝绳局部缺陷漏磁定量检测关键技术研究》(哈尔滨工业大学,2012.)，在文献中公开运用的是梯度法，该方法存在的问题是必须对数据进行重构处理并判定螺旋结构的旋转方向，才能使用相应矩阵梯度法处理，增加了计算量，由于不同路之间必然存在差异，该方法也无法完全消除股波信号，而且无法对单路传感器数据进行处理。
发明内容
本发明的目的在于提供钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，从而克服现有无法完全消除股波信号，而且无法对单路传感器数据进行处理的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，包括有以下步骤：
Step1：建立磁图数据；
Step2：对磁图数据进行消除基线处理；
Step3：对消除基线处理后的数据进行均衡化处理；
Step4：对Step3均衡化处理后的每一路数据求出其瞬时相位值；
Step5：求出其瞬时相位数据的拐点值；
Step6：建立最小损伤判定阈值，对损伤进行定位。
作为本发明的进一步改进，钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，包括有以下步骤：
Step1：根据磁传感器采集系统检测的数据建立钢丝绳的磁图数据信息，构造磁图数据矩阵，记为磁图矩阵数据S；
Step2：将上述磁图矩阵数据S，分别对每路传感器磁信号数据进行消除基线处理，由Bi＝fi(Si)计算得到矩阵数据B，其中，Bi为矩阵数据B第i路数据，fi为第i路数据滤波函数；
Step3：分别对Step2中矩阵数据B的每路数据进行均衡化处理，由Ci＝ki·Bi计算得到矩阵数据C，其中Ci为数据C第i路数据，ki为第i路调整的参数；
Step4：求取Step3中的矩阵数据C每一路数据的瞬时相位值，计算得到数据D；
Step5：通过小波分析或求导方法求取矩阵数据D的拐点值E；
Step6：根据设置的判定阈值对拐点值E进行判别，计算损伤的位置。
作为本发明的进一步改进，在所述步骤Step1中的数据S为n×m的矩阵，其中，n为磁传感器的个数，m为采集钢丝绳的长度，Si为数据矩阵S的第i路数据，记Si＝[si1,si2,…,sim]，(i＝1,2,..,n)。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Step2中，每路磁传感器采集的信号有损伤信号、股波噪声及基线，根据股波信号和损伤信号的频率特性，通过滤波去除基线。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Step3中，通过比较各路数据的幅值特性，调整每路数据的数值来均衡化处理。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Step6中，根据检测钢丝绳的条件，建立最小损伤信号的判定阈值，拐点值E中大于判定阈值的数据点位置，根据矩阵位置和实际尺寸的关系计算损伤的位置。
作为本发明的进一步改进，所述步骤Step6中，根据检测钢丝绳的条件，规定检测的最小损伤尺寸，最小损伤的磁信号通过步骤Step1-Step5处理，得到最小损伤的处理信号，其信号幅值定为判定阈值T，根据判定阈值和分析的数据比较，如果数据幅值大于阈值则定为损伤。记录数据E中大于T的数据点坐标[xj,yj]，其中，xj为第j个大于T的数据点X轴坐标，yj为第j个大于T的数据点Y轴坐标。设定两处数据点的距离小于L时，判定为同一处损伤，整合数据点坐标[xj,yj]，得到损伤的坐标[xp，yp]，xp为第p个损伤X轴坐标，yp为第p个损伤Y轴坐标，X轴坐标对应损伤的轴向位置：ADp＝sx·xp，Y轴坐标对应损伤的周向位置：CDp＝sy·yp，其中，sx为轴向采样间隔，sy为周向采样间隔，ADp为第p个损伤的轴向位置，CDp为第p个损伤的周向位置。
作为本发明的进一步改进，当传感器的数量等于1个时，该方法不需要进行Step1，Step2，Step3步骤，所述步骤Step4中，只对单路数据进行瞬时相位值计算，所述步骤Step6中，不需计算损伤周向位置。
本发明的有益效果是：
本发明的方法基于股波信号的规律特点，通过信号处理消除股波信号的影响，提取损伤的磁信号进行损伤判定及定位。采用本发明的方法，快速消除了漏磁检测和磁发射检测中股波磁信号对损伤磁信号的影响；对漏磁检测和磁发射检测的损伤精确判别和判定其轴向位置、周向位置；且方法计算简便、处理时间短，能够克服现有无法完全消除股波信号，而且无法对单路传感器数据进行处理的缺点。
附图说明
图1是本发明提供的多传感器数据处理流程图；
图2是本发明提供的单传感器数据处理流程图；
图3A是本发明提供的单传感器采集钢丝绳磁发射检测数据图；
图3B是本发明提供的单传感器采集钢丝绳磁发射检测数据处理图；
图4A是本发明提供的多传感器采集钢丝绳漏磁检测数据图；
图4B是本发明提供的多传感器采集钢丝绳漏磁检测数据处理图；
图5A是本发明提供的多传感器采集钢丝绳磁发射检测数据图；
图5B是本发明提供的多传感器采集钢丝绳磁发射检测数据处理图；
图6是本发明进行试验的钢丝绳损伤图；
图7是对钢丝绳的损伤进行磁发射检测时采集的磁信号图；
图8是使用自适应陷波滤波处理的效果图；
图9是使用梯度法处理的效果图；
图10是使用本发明的方法处理的效果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
本发明的方法主要应用在设置的检测机构中，检测结构包括：磁传感器采集系统、信号分析系统和损伤判定及定位。其原理及过程为：磁传感器采集系统为钢丝绳漏磁检测系统或者钢丝绳磁发射检测系统，采集钢丝绳的漏磁检测数据或者磁发射检测数据，提供给信号分析系统应用本发明的方法进行分析，并基于股波信号的规律特点，通过信号处理消除股波信号的影响，提取损伤的磁信号进行损伤判定及定位。
如图1所示，本发明的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，包括有以下步骤：
Step1：建立磁图数据；
Step2：对磁图数据进行消除基线处理；
Step3：对消除基线处理后的数据进行均衡化处理；
Step4：对Step3均衡化处理后的每一路数据求出其瞬时相位值；
Step5：求出其瞬时相位数据的拐点值；
Step6：建立最小损伤判定阈值，对损伤进行定位。
在本实施例中，更具体的是：
本发明的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，包括有以下步骤：
Step1：根据磁传感器采集系统检测的数据建立钢丝绳的磁图数据信息，构造磁图数据矩阵，记为磁图矩阵数据S；
在所述步骤Step1中的数据S为n×m的矩阵，其中，n为磁传感器的个数，m为采集钢丝绳的长度，Si为数据矩阵S的第i路数据，记Si＝[si1,si2,…,sim]，(i＝1,2,..,n)。
Step2：将上述磁图矩阵数据S，分别对每路传感器磁信号数据进行消除基线处理，由Bi＝fi(Si)计算得到矩阵数据B，其中，Bi为矩阵数据B第i路数据，fi为第i路数据滤波函数；
所述步骤Step2中，每路磁传感器采集的信号有损伤信号、股波噪声及基线，根据股波信号和损伤信号的频率特性，通过滤波去除基线。
Step3：分别对Step2中矩阵数据B的每路数据进行均衡化处理，由Ci＝ki·Bi计算得到矩阵数据C，其中Ci为数据C第i路数据，ki为第i路调整的参数；
所述步骤Step3中，通过比较各路数据的幅值特性，调整每路数据的数值来均衡化处理。
Step4：求取Step3中的矩阵数据C每路数据的瞬时相位值，计算得到数据D；
所述步骤Step4中，矩阵数据C每路数据记为Ci，将数据Ci相移90°相位，
通过
计算得到数据
再通过
求取数据Ci的瞬时相位值Di，其中，Di为矩阵数据D第i路数据。
Step5：通过小波分析或求导方法求取矩阵数据D的拐点值E；
对信号求解瞬时相位值，呈现为线性直线，损伤处有明显的拐点。对瞬时相位值进行求导处理或者小波分析，使拐点的幅值大于其他点的幅值，有助于后续判定损伤和定位。小波分析具有时-频局部化特性，当信号存在拐点，在时-频分析的频谱上表现为明显的突变性(会出现异常的抖动或类似冲击信号的波形)。而求导法处理在等间隔采样的情况下，求取后一个数据点相对于前一个数据点的变换量，当信号存在拐点时，求导后信号拐点处也会表现出突变性(异常抖动或类似冲击信号波形)。
Step6：根据设置的判定阈值对拐点值E进行判别，计算损伤的位置。所述步骤Step6中，根据检测钢丝绳的条件，建立最小损伤信号的判定阈值，拐点值E中大于判定阈值的数据点位置，根据矩阵位置和实际尺寸的关系计算损伤的位置。更具体的是，根据检测钢丝绳的条件，规定检测的最小损伤尺寸，最小损伤的磁信号通过以上处理步骤Step1-Step5，得到最小损伤的处理信号，变量是否需要斜体，其信号幅值定为判定阈值T，根据判定阈值和分析的数据比较，如果数据幅值大于阈值则定为损伤，记录数据E中大于T的数据点坐标[xj,yj]，其中，xj为第j个大于T的数据点X轴坐标，yj为第j个大于T的数据点Y轴坐标。设定两处数据点的距离小于L时，判定为同一处损伤，整合数据点坐标[xj,yj]，得到损伤的坐标[xp，yp]，xp为第p个损伤X轴坐标，yp为第p个损伤Y轴坐标，X轴坐标对应损伤的轴向位置：ADp＝sx·xp，Y轴坐标对应损伤的周向位置：CDp＝sy·yp，其中，sx为轴向采样间隔，sy为周向采样间隔，ADp为第p个损伤的轴向位置，CDp为第p个损伤的周向位置。
当传感器的数量等于1个时，如图2所示，单传感器数据处理，该方法不需要进行Step1，Step2，Step3步骤，所述步骤Step4中，只对单路数据进行瞬时相位值计算，所述步骤Step6中，不需计算损伤周向位置。
本发明的发放应用效果试验：
(1)钢丝绳磁发射检测数据处理试验
当传感器数量为1个，按照图2流程进行，该方法进行钢丝绳磁发射检测数据处理。如图3A，为1个传感器采集的数据，其中有1个损伤信号，但是无法判别损伤信号。如图3B为该方法处理之后的数据图，从图3B，其中股波信号被消除，1处损伤信号明显，表明本发明的方法可对钢丝绳磁发射检测的损伤判定及定位。
当传感器数量大于1个时，按照图1流程进行，该方法进行钢丝绳磁发射检测数据处理，如图5A，为传感器采集的磁图数据，所有损伤信号被股波信号淹没，无法判定损伤信息。经过本发明的方法处理之后的磁图数据，股波信号被消除，损伤信号明显，如图5B所示，表明本发明的方法可对钢丝绳磁发射检测的损伤判定及定位。
(2)钢丝绳漏磁检测数据处理试验
当传感器数量大于1个时，按照图1流程进行，该方法进行钢丝绳漏磁检测数据处理。如图4A，为传感器采集的磁图数据，多处损伤信息被股波信号淹没，只有几处损伤可以判别，而且误差较大。经过本发明的方法处理之后的磁图数据，股波信号被消除，所有损伤信号明显，如图4B所示，表明本发明的方法可对钢丝绳漏磁检测的损伤判定及定位。
(3)本发明的方法与现有方法处理对比试验
针对钢丝绳制作的4处损伤，如图6所示，进行钢丝绳磁发射检测，采集的磁信号如图7所示。
使用自适应陷波滤波处理，处理结果如图8所示，股波信号没有完全被消除，其中3处损伤信号较为明显(标记为①、②、④)，但是1处较小的损伤信号淹没在股波信号中，无法识别。使用梯度法处理，处理结果如图9所示，股波信号没有完全被消除，而且损伤信号也被削弱，很难分辨损伤。使用本发明的方法处理，处理结果如图10所示，股波信号已经很大程度被消除，4处损伤信号都很明显，判定所有损伤。
对比以上3种处理方法，自适应陷波滤波处理和梯度法处理都不能很好地消除股波信号，无法对所有损伤进行判定，本发明可以消除股波信号，判定所有损伤，定位误差小于自适应陷波滤波处理。
综上所述，本发明的方法基于股波信号的规律特点，通过信号处理消除股波信号的影响，提取损伤的磁信号进行损伤判定及定位。采用本发明的方法，快速消除了漏磁检测和磁发射检测中股波磁信号对损伤磁信号的影响；对漏磁检测和磁发射检测的损伤精确判别和判定其轴向位置、周向位置；且方法计算简便、处理时间短，能够克服现有无法完全消除股波信号，而且无法对单路传感器数据进行处理的缺点。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (7)
1.钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，包括有以下步骤：
Step1：根据磁传感器采集系统检测的数据建立钢丝绳的磁图数据信息，构造磁图数据矩阵，记为磁图矩阵数据S；
Step2：将上述磁图矩阵数据S，分别对每路传感器磁信号数据进行消除基线处理，由Bi＝fi(Si)计算得到矩阵数据B，其中，Bi为矩阵数据B第i路数据，fi为第i路数据滤波函数；
Step3：分别对Step2中矩阵数据B的每路数据进行均衡化处理，由Ci＝ki·Bi计算得到矩阵数据C，其中Ci为数据C第i路数据，ki为第i路调整的参数；
Step4：求取Step3中的矩阵数据C每一路数据的瞬时相位值，计算得到矩阵数据D；
Step5：通过小波分析或求导方法求取矩阵数据D的拐点值E；
Step6：根据设置的判定阈值对拐点值E进行判别，计算损伤的位置。
2.根据权利要求1所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，在所述步骤Step1中的数据S为n×m的矩阵，其中，n为磁传感器的个数，m为采集钢丝绳的长度，Si为数据矩阵S的第i路数据，记Si＝[si1,si2,…,sim]，，其中，i＝1,2,..,n。
3.根据权利要求1所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，所述步骤Step2中，每路磁传感器采集的信号有损伤信号、股波噪声及基线，根据股波信号和损伤信号的频率特性，通过滤波去除基线。
4.根据权利要求1所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，所述步骤Step3中，通过比较各路数据的幅值特性，调整每路数据的数值来均衡化处理。
5.根据权利要求1所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，所述步骤Step6中，根据检测钢丝绳的条件，建立最小损伤信号的判定阈值，拐点值E中大于判定阈值的数据点位置，根据矩阵位置和实际尺寸的关系计算损伤的位置。
6.根据权利要求1所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，所述步骤Step6中，根据检测钢丝绳的条件，规定检测的最小损伤尺寸，最小损伤的磁信号通过步骤Step1-Step5处理，得到最小损伤的处理信号，其信号幅值定为判定阈值T，根据判定阈值和分析的数据比较，如果数据幅值大于阈值则定为损伤，记录数据E中大于T的数据点坐标[xj,yj]，其中，xj为第j个大于T的数据点X轴坐标，yj为第j个大于T的数据点Y轴坐标；设定两处数据点的距离小于L时，判定为同一处损伤，整合数据点坐标[xj,yj]，得到损伤的坐标[xp，yp]，xp为第p个损伤X轴坐标，yp为第p个损伤Y轴坐标，X轴坐标对应损伤的轴向位置：ADp＝sx·xp，Y轴坐标对应损伤的周向位置：CDp＝sy·yp，其中，sx为轴向采样间隔，sy为周向采样间隔，ADp为第p个损伤的轴向位置，CDp为第p个损伤的周向位置。
7.根据权利要求6所述的钢丝绳漏磁检测和磁发射检测的损伤判定及定位方法，其特征在于，当传感器的数量等于1个时，该方法不需要进行Step1，Step2，Step3步骤，所述步骤Step4中，只对单路数据进行瞬时相位值计算，所述步骤Step6中，不需计算损伤周向位置。
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