CN110568059B - 钢丝绳无损检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钢丝绳无损检测方法及装置，该方法包括：通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取被测钢丝绳的漏磁信号；对磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到漏磁特征值；根据磁通特征值和漏磁特征值得到被测钢丝绳的缺陷宽度；将被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；若缺陷宽度大于或等于预设的宽度阈值，则根据磁通特征值得到被测钢丝绳的截面损失量；若缺陷宽度小于预设的宽度阈值，则根据磁通特征值和漏磁特征值得到被测钢丝绳的截面损失量。本发明能识别被测钢丝绳所有类型缺陷，截面损失定量精度高。

Description

钢丝绳无损检测方法及装置

技术领域

本发明属于钢丝绳检测技术领域，尤其涉及一种通过检测磁通量和漏磁场量对钢丝绳进行钢丝绳无损检测方法及装置。

背景技术

钢丝绳广泛应用于工业、民用、军用等领域。随着使用时间，钢丝绳的各种损伤不可避免，这会显著降低材料的强度、韧性、塑性等力学特性，严重影响其安全使用，所以需要定期检查。其中钢丝绳缺陷的截面损失量是直接影响钢丝绳的质量，所以对钢丝绳缺陷的截面损失定量检测是最重要的。

电磁检测法是最常用的有效方法，其中包括饱和励磁和非饱和励磁两种条件。其中非饱和励磁条件下，对检测传感器、环境和方式等都有较严格的要求，且无法得到准确的定量结果；饱和励磁条件下可以避免非饱和励磁条件下的缺点，可以提高定量检测的精度，且更好的应用于实际检测。

饱和励磁条件下可分为磁通检测和漏磁检测两种方法。磁通检测主要检测被测物体的磁通变化量，磁通包括主磁通，漏磁通和磁轭磁通等。此方法的优点是当检测缺陷的轴向宽度较大时，其检测的通量值与被测对象的截面损失面积直接相关，因此通过检测的通量值可以直接计算出被测对象的截面损失面积；但是当缺陷的轴向宽度较小时，其检测的通量值不仅与被测对象的截面损失面积相关，而且与缺陷的轴向宽度相关，其呈现复杂的非线性关系，无法定量检测截面损失面积，或者其检测精度非常低。漏磁检测主要通过传感器阵列检测被测物体表面的漏磁场强度。此方法的优点是对轴向宽度较小的缺陷有很高识别率。但是对于轴向宽度较大的缺陷，无法准确识别缺陷的信息，而且无法定量检测截面损失量，需要通过神经网络等复杂计算方法才可以定量分析。这种方法只能识别表面缺陷，无法识别内部缺陷。这种方法需要做大量标准缺陷才能训练出特定人工神经网络分类识别，如果改变钢丝绳类型，需要重新训练人工神经网络。

因此目前的电磁检测方法无法对钢丝绳所有缺陷的截面损失定量检测，而且检测精度很低，计算复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢丝绳无损检测方法及装置，旨在结合磁通检测和漏磁检测，识别被测钢丝绳所有类型缺陷，提升截面损失定量精度。

本发明是这样实现的，一种钢丝绳无损检测方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S10，通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；

步骤S20，对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；

步骤S30，根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；

步骤S40，将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

本发明的进一步的技术方案是，步骤S20中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行预处理的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除；

其中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的磁通信号Y进行野点剔除，设Y(i)为第i个磁通采集信号，因而有△Y＝|Y(i)-Y(i+1)|，其中，△Y为相邻两个磁通信号采集点的磁通信号差值的绝对值；对任意的i，如果存在有△Y≤M，M为预先设置的阈值，如果存在点Yi有：|Y(i)-Y(i-1)|>M，且|Y(i)-Y(i+1)|>M，此时：

野点剔除处理后得到信号Y₁(i)；

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波，其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数；

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或小波分解或窗口平均或经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除，其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

找出信号数据序列Y₂(i)的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线；上包络线和下包络线的均值为m1；将数据序列Y₂(i)减去m1得到一个减去低频的新序列Y₃(i)，即Y₃(i)＝Y₂(i)－m1。

本发明进一步的技术方案是，所述磁通特征值至少包括所述被测钢丝绳各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差中的一种或者几种，所述根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值的步骤包括：

设置预设阈值，提取大于所述预设阈值的采样点，所述预设阈值通过实际被测钢丝绳最小缺陷的测试获取；

根据提取的采样点位置信息，对波形轴向左右各截取N个点，得到各个缺陷波形，其中，N通过实际被测钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

本发明进一步的技术方案是，步骤S20中，对所述被测钢丝绳的漏磁信号进行预处理的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除、股波噪声滤除；

其中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除的步骤包括：

对每路漏磁信号X进行野点剔除，设X_i,j为第i个霍尔传感器的第j个采样值，因而有△X＝|X_i,j—X_i,(j+1)|，其中，△X为第i个霍尔传感器相邻两个采样值的差的绝对值；对任意的i,j，如果存在有ΔX≤F，F为预先设置的阈值，此时：

野点剔除处理之后得到信号X_i,j；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波；其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数，k为采集被测钢丝绳的漏磁信号的磁场强度检测传感器路数；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或者小波分解或者窗口平均或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除；其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

找出原漏磁信号数据序列X的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线，上包络线和下包络线的均值为m1；将原数据序列减去m1得到减去低频的新序列X₁，即X₁＝X－m1；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用小波分解或者经验模态分解或者自适应滤波或者梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除，其中，采用梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用梯度法实现图像的一阶微分，对于图像X₁(x,y)，其在坐标(x,y)处的梯度是二维列向量表示：

这个向量的模是：

对多路漏磁信号进行求和处理，得到漏磁和信号X2。

本发明进一步的技术方案是，所述步骤S20中，所述被测钢丝绳的漏磁特征值至少包括所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差，所述根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值的步骤包括：

采用局部极大值的方法进行缺陷定位，设置预设阈值来判断此处是否为缺陷，其中，所述预设阈值通过实际钢丝绳最小缺陷的测试获取；

以找到的缺陷位置为中心点，对波形轴向左右各截取L个点，得到各个缺陷波形，其中L通过实际钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

本发明进一步的技术方案是，所述步骤S30，根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度的步骤包括：

将所述磁通特征值中的波形宽度、波形面积和漏磁特征值的波形宽度、波形面积输入缺陷宽度计算方程或者神经网络，得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度。

本发明进一步的技术方案是，所述步骤S40中，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量的步骤包括：

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量磁通计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳缺陷的截面损失量。

本发明进一步的技术方案是，所述步骤S40中，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量的步骤包括：

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差和漏磁特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

为实现上述目的，本发明还提出一种钢丝绳无损检测装置，所述装置包括磁通检测传感器、磁场强度检测传感器、信号采集和处理系统，其中，

所述磁通检测传感器用于获取被测钢丝绳的磁通信号，所述磁场强度检测传感器用于获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；

所述信号采集和处理系统包括信号采集单元、信号预处理单元、特征值计算单元、以及缺陷截面损失定量分析单元，其中，

所述信号预处理单元用于对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理；

所述特征值计算单元用于根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；

所述缺陷截面损失定量分析单元用于根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；

所述缺陷截面损失定量分析单元还用于将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

本发明进一步的技术方案是，还包括用于将所述被测钢丝绳励磁至饱和或者近饱和的励磁结构。

本发明钢丝绳无损检测方法及装置的有益效果是：本发明通过上述技术方案，通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量，结合磁通检测和漏磁检测，不仅可以识别被测钢丝绳所有类型缺陷，且具有较高截面损失定量精度，定量方法简单，不需要复杂计算方法或者训练拟合样本的优点。

附图说明

图1是本发明钢丝绳进行无损检测方法较佳实施例的流程示意图；

图2是本发明钢丝绳进行无损检测装置的结构示意图；

图3是本发明钢丝绳进行无损检测装置中磁通检测传感器的结构示意图；

图4是本发明钢丝绳进行无损检测装置中漏磁检测传感器的结构示意图；

图5是本发明钢丝绳进行无损检测装置中信号采集和处理系统的结构示意图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

考虑到目前的电磁检测方法无法对钢丝绳所有缺陷的截面损失定量检测，而且检测精度很低，计算复杂，由此，本发明提出一种通过检测磁通量和漏磁场量对钢丝绳进行无损检测方法及装置，本发明通过检测磁通量和漏磁场量，不仅可以识别被测钢丝绳包括内部缺陷在内的所有缺陷类型，且具有较高截面损失定量精度，计算简单等优点。

具体地，请参照图1，图1是本发明钢丝绳进行无损检测方法较佳实施例的流程示意图。

如图1所示，本实施例中，该钢丝绳进行无损检测方法包括以下步骤：

步骤S10，通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号。

可以理解的是，本实施例中，该钢丝绳进行无损检测方法所应用的整个检测装置的系统结构包括如图2所示的励磁结构1、传感器2、信号采集和处理系统3。其中，励磁结构1可以采用传统的饱和励磁结构，包括但不限于：静态励磁、交流励磁等，如图2所示，励磁结构1将钢丝绳励磁至饱和或近似饱和。如图2所示的传感器2包括磁通检测传感器和磁场强度检测传感器，其中，磁通检测传感器包括但不限于：磁通门传感器、感应线圈等。如图3所示，所述磁通检测传感器201位于检测装置内部，磁通检测包括但不限于：主磁通，漏磁通，磁轭磁通等。磁场强度检测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、隧道磁电阻传感器等。如图4所示磁场强度检测传感器阵列202分布于钢丝绳表面，磁场强度检测包括但不限于：三维不同方向的磁场强度。如图5所示信号采集和处理系统包括信号采集单元301、信号预处理单元302、特征值计算单元303和缺陷截面损失定量分析单元304。

可以理解的是，本实施例中，可以先通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，再通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号，也可以先通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号，再通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，或者在通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号的同时，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号，本实施例对此不作限定。

步骤S20，对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值。

本实施例中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行预处理的步骤包括：对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除。

通过对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除，能够提高磁通信号的信噪比，更利于信号的特征提取。

具体地，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的磁通信号Y进行野点剔除，设Y(i)为第i个磁通采集信号，因而有△Y＝|Y(i)-Y(i+1)|，其中，△Y为相邻两个磁通信号采集点的磁通信号差值的绝对值；对任意的i，如果存在有△Y≤M，M为预先设置的阈值，其中，该预先设置的阈值可以根据磁通传感器的灵敏度设置，如果存在点Yi有：|Y(i)-Y(i-1)|>M，且|Y(i)-Y(i+1)|>M，此时：

野点剔除处理后得到信号Y₁(i)。

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波，其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数。

需要说明的是，本实施例中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波包括但不限于自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解等方法。

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或小波分解或窗口平均或经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除，其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

找出信号数据序列Y₂(i)的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线；上包络线和下包络线的均值为m1；将数据序列Y₂(i)减去m1得到一个减去低频的新序列Y₃(i)，即Y₃(i)＝Y₂(i)－m1。

需要说明的是，本实施例中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的方法包括但不限于采用包络谱提取或小波分解或窗口平均或经验模态分解等方法。

本实施例中，对于预处理后的磁通信号，可以通过磁通特征值分析方法，获取缺陷的磁通特征值，所述磁通特征值至少包括所述被测钢丝绳各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差中的一种或者几种，所述根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值的步骤包括：

设置预设阈值，提取大于所述预设阈值的采样点，所述预设阈值通过实际被测钢丝绳最小缺陷的测试获取；

具体地，该预设阈值可以根据被测钢丝绳最小缺陷磁通波形峰峰值设置合适的阈值；

根据提取的采样点位置信息，对波形轴向左右各截取N个点，得到各个缺陷波形，其中，N通过实际被测钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

进一步地，本实施例中，步骤S20中，对所述被测钢丝绳的漏磁信号进行预处理的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除、股波噪声滤除。由此，能够提高漏磁信号的信噪比，更利于信号的特征提取。

可以理解的是，本实施例中，所述被测钢丝绳的漏磁信号可使用单路磁场强度检测传感器或多路磁场强度检测传感器阵列采集得到，为后续信号处理或定量过程表述方便，本实施例记磁场强度检测传感器阵列中单一的磁传感器为一路或一通道。

具体地，本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除的步骤包括：

对每路漏磁信号X进行野点剔除，设X_i,j为第i个霍尔传感器的第j个采样值，因而有△X＝|X_i,j—X_i,(j+1)|，其中，△X为第i个霍尔传感器相邻两个采样值的差的绝对值；对任意的i,j，如果存在有ΔX≤F，F为预先设置的阈值，其中，该预先设置的阈值可以根据漏磁传感器的灵敏度设置，此时：

野点剔除处理之后得到信号X_i,j。

本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波；其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数，k为采集被测钢丝绳的漏磁信号的磁场强度检测传感器路数。

可以理解的是，本实施例中，对被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的方法包括但不限于自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解等方法，本发明对此不作限定。

本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或者小波分解或者窗口平均或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除；其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

找出原漏磁信号数据序列X的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线，上包络线和下包络线的均值为m1；将原数据序列减去m1得到减去低频的新序列X₁，即X₁＝X－m1。

可以理解的是，本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的方法包括但不限于包络谱提取或者小波分解或者窗口平均或者经验模态分解等方法，本发明对此不作限定。

本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用小波分解或者经验模态分解或者自适应滤波或者梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除，其中，采用梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用梯度法实现图像的一阶微分，对于图像X₁(x,y)，其在坐标(x,y)处的梯度是二维列向量表示：

这个向量的模是：

对多路漏磁信号进行求和处理，得到漏磁和信号X2。

可以理解的是，本实施例中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的方法包括但不限于小波分解或者经验模态分解或者自适应滤波或者梯度法，本发明对此不作限定。

本实施例中，对于预处理后的漏磁信号，可以通过漏磁特征值分析方法，获取缺陷的漏磁特征值，所述被测钢丝绳的漏磁特征值至少包括所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

具体地，所述根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值的步骤包括：

采用局部极大值的方法进行缺陷定位，设置预设阈值来判断此处是否为缺陷，其中，所述预设阈值通过实际钢丝绳最小缺陷的测试获取；

以找到的缺陷位置为中心点，对波形轴向左右各截取L个点，得到各个缺陷波形，其中L通过实际钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

具体地，本实施例中，可以根据被测钢丝绳最小缺陷漏磁波形峰峰值设置合适的预设阈值，当采集的磁通信号局部极大点大于等于预设阈值时，判定此处为缺陷，其中局部极大值的方法是通过采集点领域比较得到局部极大点。

步骤S30，根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度。

在得到所述磁通特征值和漏磁特征值后，可以根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度。

具体地，所述根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度的步骤包括：

将所述磁通特征值中的波形宽度、波形面积和漏磁特征值的波形宽度、波形面积输入缺陷宽度计算方程或者神经网络，得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度。

其中，一种简单的计算方法为：得到磁通特征值中的波形宽度SW和漏磁特征值的波形宽度FW、漏磁传感器的提离DL，缺陷宽度W＝(SW+FW-DL)/2。如果需要得到更加精确的缺陷宽度，可以通过测试几个标准缺陷样本或者仿真得到计算方程或者神经网络进行计算。

步骤S40，将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对。

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

具体地，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量磁通计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳缺陷的截面损失量。

其中，所述预设的宽度阈值可以根据励磁探头的长度与励磁磁极的宽度相减得到。

其中，一种简单的计算方法为：得到磁通特征值中的波形峰峰值VPP，所述被测钢丝绳缺陷的截面损失量LS＝k1×VPP+LB1，其中k1和LB1通过测试几个标准缺陷样本或者仿真得到。

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

具体地，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差和漏磁特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

其中，一种简单的计算方法：得到磁通特征值中的波形峰峰值SVPP，漏磁特征中的波形峰峰值FVPP，缺陷的截面损失量LS＝k2×(SVPP+FVPP×s)+LB2，其中k2，s和LB2通过测试几个标准缺陷样本或者仿真得到。

本发明钢丝绳无损检测方法的有益效果是，本发明通过上述技术方案，通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量，结合磁通检测和漏磁检测，不仅可以识别被测钢丝绳所有类型缺陷，且具有较高截面损失定量精度，定量方法简单，不需要复杂计算方法或者训练拟合样本的优点。

为实现上述目的，本发明还提出一种钢丝绳无损检测装置，请再次参照图2至图5，如图2至图5所示，本发明钢丝绳无损检测装置包括如图2所示的励磁结构1、传感器2、信号采集和处理系统3。其中，励磁结构1可以采用传统的饱和励磁结构，包括但不限于：静态励磁、交流励磁等，如图2所示，励磁结构1将钢丝绳励磁至饱和或近似饱和。如图2所示的传感器2包括磁通检测传感器和磁场强度检测传感器，其中，磁通检测传感器包括但不限于：磁通门传感器、感应线圈等。如图3所示，所述磁通检测传感器201位于检测装置内部，磁通检测包括但不限于：主磁通，漏磁通，磁轭磁通等。磁场强度检测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、隧道磁电阻传感器等。如图4所示磁场强度检测传感器阵列202分布于钢丝绳表面，磁场强度检测包括但不限于：三维不同方向的磁场强度。如图5所示信号采集和处理系统包括信号采集单元301、信号预处理单元302、特征值计算单元303和缺陷截面损失定量分析单元304。

其中，所述磁通检测传感器用于获取被测钢丝绳的磁通信号，所述磁场强度检测传感器用于获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；

所述信号采集和处理系统包括信号采集单元、信号预处理单元、特征值计算单元、以及缺陷截面损失定量分析单元，其中，

所述信号预处理单元用于对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理；

所述特征值计算单元用于根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；

所述缺陷截面损失定量分析单元用于根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；

所述缺陷截面损失定量分析单元还用于将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

本发明钢丝绳无损检测装置的有益效果是：本发明钢丝绳无损检测装置结合磁通检测和漏磁检测，不仅可以识别被测钢丝绳所有类型缺陷，且具有较高截面损失定量精度，定量方法简单，不需要复杂计算方法或者训练拟合样本的优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤S10，通过磁通检测传感器获取被测钢丝绳的磁通信号，通过磁场强度检测传感器获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；

步骤S20，对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理，根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；

步骤S30，根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；

步骤S40，将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，步骤S20中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行预处理的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除；

其中，对所述被测钢丝绳的磁通信号进行野点剔除的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的磁通信号Y进行野点剔除，设Y(i)为第i个磁通采集信号，因而有△Y＝|Y(i)-Y(i+1)|，其中，△Y为相邻两个磁通信号采集点的磁通信号差值的绝对值；对任意的i，如果存在有△Y≤M，M为预先设置的阈值，如果存在点Yi有：|Y(i)-Y(i-1)|>M，且|Y(i)-Y(i+1)|>M，此时：

野点剔除处理后得到信号Y₁(i)；

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波，其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的磁通信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数；

对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或小波分解或窗口平均或经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除，其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的磁通信号进行基线消除的步骤包括：

找出信号数据序列Y₂(i)的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线；上包络线和下包络线的均值为m1；将数据序列Y₂(i)减去m1得到一个减去低频的新序列Y₃(i)，即Y₃(i)＝Y₂(i)－m1。

3.根据权利要求2所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述磁通特征值至少包括所述被测钢丝绳各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差中的一种或者几种，所述根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值的步骤包括：

设置预设阈值，提取大于所述预设阈值的采样点，所述预设阈值通过实际被测钢丝绳最小缺陷的测试获取；

根据提取的采样点位置信息，对波形轴向左右各截取N个点，得到各个缺陷波形，其中，N通过实际被测钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

4.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，步骤S20中，对所述被测钢丝绳的漏磁信号进行预处理的步骤包括：

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除、噪声滤波、基线消除、股波噪声滤除；

其中，对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行野点剔除的步骤包括：

对每路漏磁信号X进行野点剔除，设X_i,j为第i个霍尔传感器的第j个采样值，因而有△X＝|X_i,j—X_i,(j+1)|，其中，△X为第i个霍尔传感器相邻两个采样值的差的绝对值；对任意的i,j，如果存在有ΔX≤F，F为预先设置的阈值，此时：

野点剔除处理之后得到信号X_i,j；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的步骤包括：

采用自适应滤波或者小波变换或者平滑滤波或者经验模态分解对被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波；其中，采用平滑滤波对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行噪声滤波的计算公式为：

其中，式中n为求均值的数据个数，N为总采样点数，k为采集被测钢丝绳的漏磁信号的磁场强度检测传感器路数；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

采用包络谱提取或者小波分解或者窗口平均或者经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除；其中，采用经验模态分解对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行基线消除的步骤包括：

找出原漏磁信号数据序列X的所有极大值点和极小值点，将其用三次样条函数分别拟合为原序列的上包络线和下包络线，上包络线和下包络线的均值为m1；将原数据序列减去m1得到减去低频的新序列X₁，即X₁＝X－m1；

对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用小波分解或者经验模态分解或者自适应滤波或者梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除，其中，采用梯度法对所述被测钢丝绳的每路漏磁信号进行股波噪声滤除的步骤包括：

采用梯度法实现图像的一阶微分，对于图像X₁(x,y)，其在坐标(x,y)处的梯度是二维列向量表示：

这个向量的模是：

对多路漏磁信号进行求和处理，得到漏磁和信号X2。

5.根据权利要求4所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述步骤S20中，所述被测钢丝绳的漏磁特征值至少包括所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差，所述根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值的步骤包括：

采用局部极大值的方法进行缺陷定位，设置预设阈值来判断此处是否为缺陷，其中，所述预设阈值通过实际钢丝绳最小缺陷的测试获取；

以找到的缺陷位置为中心点，对波形轴向左右各截取L个点，得到各个缺陷波形，其中L通过实际钢丝绳最大缺陷的测试获取；

提取所述被测钢丝绳的各个缺陷波形的峰峰值、宽度、平均值、面积、均方差。

6.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述步骤S30，根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度的步骤包括：

将所述磁通特征值中的波形宽度、波形面积和漏磁特征值的波形宽度、波形面积输入缺陷宽度计算方程或者神经网络，得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度。

7.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述步骤S40中，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量的步骤包括：

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量磁通计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳缺陷的截面损失量。

8.根据权利要求1所述的钢丝绳无损检测方法，其特征在于，所述步骤S40中，若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量的步骤包括：

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则将磁通特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差和漏磁特征值中的波形峰峰值、波形面积、波形平均值、波形均方差输入缺陷截面损失量计算方程或神经网络，得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

9.一种钢丝绳无损检测装置，其特征在于，所述装置包括磁通检测传感器、磁场强度检测传感器、信号采集和处理系统，其中，

所述磁通检测传感器用于获取被测钢丝绳的磁通信号，所述磁场强度检测传感器用于获取所述被测钢丝绳的漏磁信号；

所述信号采集和处理系统包括信号采集单元、信号预处理单元、特征值计算单元、以及缺陷截面损失定量分析单元，其中，

所述信号预处理单元用于对所述被测钢丝绳的磁通信号和漏磁信号进行预处理；

所述特征值计算单元用于根据预处理后的磁通信号得到所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值，根据预处理后的漏磁信号得到所述被测钢丝绳缺陷的漏磁特征值；

所述缺陷截面损失定量分析单元用于根据所述磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的缺陷宽度；

所述缺陷截面损失定量分析单元还用于将所述被测钢丝绳的缺陷宽度与预设的宽度阈值相比对；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度大于或等于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量；

若所述被测钢丝绳的缺陷宽度小于所述预设的宽度阈值，则根据所述被测钢丝绳缺陷的磁通特征值和漏磁特征值得到所述被测钢丝绳的截面损失量。

10.根据权利要求9所述的钢丝绳无损检测装置，其特征在于，还包括用于将所述被测钢丝绳励磁至饱和或者近饱和的励磁结构。

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