矿用钢丝绳缺陷识别的金属磁记忆检测技术研究

发布时间：2017-05-11 04:08

  本文关键词：矿用钢丝绳缺陷识别的金属磁记忆检测技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为一种弹性空间螺旋状结构的铁磁制品,钢丝绳具有负载传递距离长、承载安全系数大、抗拉强度高、环境适应能力强等优点而被普遍应用在牵引系统、运输有效载荷等领域,煤矿安全生产中,猴车、提升机系统以及卷扬机等都会用到钢丝绳。在长期的工作过程中,钢丝绳受到了各种不确定交变应力、环境腐蚀、机械撞击以及摩擦等影响,致使矿用钢丝绳经常出现断丝、磨损、锈蚀以及应力集中等损伤,再加上钢丝绳本身的特殊结构和特殊使用地位,钢丝绳一旦出现断丝损伤,将会加快钢丝绳的断裂失效,进而导致煤矿重大事故的发生。所以对钢丝绳的断丝以及应力集中区的准确检测与诊断,减少和避免钢丝绳事故的发生具有重要意义。钢丝绳的断丝损伤和应力集中是钢丝绳发生失效的主要原因,目前钢丝绳断丝检测的主要方法是漏磁检测,但是钢丝绳发生的失效原因异常复杂且涉及学科门类多,仅根据磁场强度与钢丝绳损伤程度间的关系很难说明其是否存在断丝,因此至今也未能形成一套完整且有效的检测方法和检测理论,而且现有的各种钢丝绳检测仪器在实际煤矿安全生产中的检测事实也证明现有的检测仪器效率低、可靠性不高、通用性差。本文根据一种新的铁磁材料无损检测技术——金属磁记忆检测技术,以矿用钢丝绳最大危害性、最常见失效形式——断丝缺陷为主要研究对象,分别在矿用钢丝绳断丝区的金属磁记忆信号理论分布、金属磁记忆实测信号降噪处理、检测传感电路及装置的设计、检测软件的设计和断丝数的识别等方面进行了理论研究和实验研究。根据磁偶极子模型仿真了矿用钢丝绳断丝区的金属磁记忆信号的理论分布,分析了钢丝绳疲劳裂纹区的断丝直径与断丝数对金属磁记忆信号的影响仿真图形,并根据阅读的参考文献总结了3种可用于诊断钢丝绳断丝损伤区的方法。对爱德森检测仪EMS-2003采集到的具有断丝缺陷的钢丝绳信号进行了降噪处理。金属磁记忆检测技术属于弱磁检测,使用金属磁记忆检测技术对钢丝绳实时在线检测时,检测信号中包括许多干扰而使金属磁记忆信号失真。本文提出了一种改进的集合经验模态分解方法对检测信号进行降噪处理,降噪曲线表明检测信号中的高频分量可被完全滤除,并与小波降噪进行了对比,其降噪信噪比不如改进的集合经验模态分解方法,所以提出的改进集合经验模态分解方法更适合对弱磁信号进行降噪。为了能够在线检测钢丝绳是否正常并抑制钢丝绳运行过程中股波、自身抖动以及外界磁场等干扰,设计了一种阵列差分式检测传感装置,并介绍了差分电路的设计原理以及芯片选型,利用此电路对自制断丝数的钢丝绳进行信号采集,随后利用一对一支持向量机对断丝数分类,通过与其他检测技术与识别方法的对比,可知其具有良好的识别效果。设计了在ARM11处理器、嵌入式Linux系统下位机运行的Qt程序,程序主要显示传感电路采集的信号数据、超值报警以及设置相关参数。
【关键词】：矿用钢丝绳 金属磁记忆 磁偶极子 降噪 断丝数识别 支持向量机
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD532;TG115.284
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题的研究背景和意义11-12
• 1.1.1 课题的研究背景11-12
• 1.1.2 课题的研究意义12
• 1.2 国内外研究现状12-17
• 1.2.1 钢丝绳检测技术12-14
• 1.2.2 金属磁记忆检测技术14-15
• 1.2.3 金属磁记忆检测研究现状15-16
• 1.2.4 目前钢丝绳检测存在的问题16-17
• 1.3 本论文研究内容与章节安排17-19
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 章节安排18-19
• 第二章 钢丝绳金属磁记忆信号19-27
• 2.1 金属磁记忆机理19-20
• 2.2 磁偶极子研究模型20-25
• 2.2.1 损伤区位错分布20-21
• 2.2.2 磁偶极子磁场分布21-23
• 2.2.3 局部损伤金属磁记忆信号特征23-24
• 2.2.4 断丝区磁场理论分布24-25
• 2.3 钢丝绳损伤区识别方法25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第三章 钢丝绳金属磁记忆信号去噪27-39
• 3.1 小波降噪27-30
• 3.1.1 小波变换27-28
• 3.1.2 小波分解多分辨率分析28-29
• 3.1.3 金属磁记忆信号小波降噪29-30
• 3.2 集合经验模态分解降噪30-37
• 3.2.1 经验模态分解30-31
• 3.2.2 集合经验模态分解31-34
• 3.2.3 信号EEMD降噪34-37
• 3.3 降噪结果对比37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 钢丝绳检测装置设计39-53
• 4.1 测量装置设计39-40
• 4.2 测量部分电路设计40-51
• 4.2.1 传感器节点框图40-41
• 4.2.2 传感器电路设计41-50
• 4.2.3 电路板实物50-51
• 4.3 阵列传感器分析51-52
• 4.3.1 差分方式51-52
• 4.3.2 盲区测试52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 检测软件设计53-67
• 5.1 图形用户界面53-54
• 5.2 PC开发平台54-56
• 5.2.1 嵌入式操作系统54-55
• 5.2.2 常用Linux指令和应用程序55
• 5.2.3 关于一些配置55-56
• 5.3 Qt程序开发56-66
• 5.3.1 Qt简介56-58
• 5.3.2 选择的开发包58-60
• 5.3.3 程序编写60-65
• 5.3.4 下位机程序移植步骤65-66
• 5.4 本章小结66-67
• 第六章 钢丝绳断丝数识别67-83
• 6.1 涉及算法概述67-73
• 6.1.1 遗传算法的基本原理67-68
• 6.1.2 粒子群优化算法的基本原理68-70
• 6.1.3 网格搜索算法的基本原理70
• 6.1.4 支持向量机的基本原理70-73
• 6.2 LibSVM73-75
• 6.2.1 LibSVM简介73
• 6.2.2 LibSVM的使用73-75
• 6.3 钢丝绳断丝数识别75-82
• 6.3.1 LibSVM特征选取75-77
• 6.3.2 断丝数分类77-82
• 6.4 本章小结82-83
• 第七章 总结与展望83-85
• 7.1 总结83-84
• 7.2 展望84-85
• 参考文献85-91
• 附录91-93
• 致谢93-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95

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本文编号：356209