CN104569143A - 一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，包括设在支架上的一对带轮，一对带轮之间连接有钢丝绳，所述带轮下方支架上设有一由检测机架带动的传感器，检测机架架设在支架上且能够沿其滑道移动，检测机架与系统控制台相连用以控制传感器抱合被检测钢丝绳；所述系统控制台分别连接PLC控制箱和系统信息分站，系统信息分站分别连接传感器和置于一对带轮上的速度传感器，所述PLC控制箱连接至检测机架。该矿用钢丝绳探伤用在线监测系统从根本上克服了现有检测方法的不足，实现了对矿用钢丝绳实时在线无损监测、缺陷准确定位，并且通过远程计算机实现远程监控，保证钢丝绳的安全运输。

Description

一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统

技术领域

本发明属于无损探测技术领域，具体涉及磁性检测技术、传感器技术、缺陷定位技术、信号处理技术、远程数据传输技术和现代计算机等技术，设计一种具有矿用防爆功能的钢丝绳探伤用在线监测系统。

技术背景

矿井提升设备是矿山最重要的大型机电设备之一,是联系井下与地面的主要设备。作为提升设备的关键件、易损件钢丝绳,它的正常与否,直接关系到矿井的安全生产。

为确保钢丝绳安全可靠,高效地工作,对钢丝绳的运行状况,如断丝、磨损、锈蚀以及疲劳、剩余承载能力、安全系数等各项指标进行检测是十分必要的。

煤矿行业急需一种能实现无损探测并且能在线实时监测的钢丝绳探伤技术，以保证整条钢丝绳始终保持在安全可靠的状态。

传统的钢丝绳检测方法是人工目视检查。这一方法由专职检测人员定期对使用中的钢丝绳进行观察。采用卡尺测量绳径,手摸、挂纱或肉眼寻找缺陷。显然,人工目视检查只能发现钢丝绳中露在外部的缺陷(如断丝),而对内部的断丝、锈蚀等缺陷则无能为力。且人工检查速度较慢,受人为因素影响较大,检查结果可靠性差。

近几年，除了电磁检测技术外，其余钢丝绳缺陷检测技术依然限于实验室研究。各国学者在实际中逐步推广应用电磁检测技术的同时，深入研究此门技术在工程应用中所遇到的各种实际问题，寻找解决的办法。这些问题主要集中在：缺陷定量检测精度问题，仪器可靠性问题，仪器多功能问题，仪器操作简化及智能化问题，基于检测结果如何对钢丝绳技术状态进行评估等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，从根本上克服上述检测方法的不足，实现实时在线无损监测、缺陷准确定位等，并且通过远程计算机实现远程监控，保证钢丝绳的安全运输。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。

一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，包括设在支架上的一对带轮，一对带轮之间连接有钢丝绳，所述带轮下方支架上设有一由检测机架带动的传感器，检测机架架设在支架上且能够沿其滑道移动，检测机架与系统控制台相连用以控制传感器抱合被检测钢丝绳；所述系统控制台分别连接PLC控制箱和系统信息分站，系统信息分站分别连接传感器和置于一对带轮上的速度传感器，所述PLC控制箱连接至检测机架。

进一步地，所述传感器探头封装有模拟信号电路，模拟信号电路连接将非本安信号转化为本安信号的隔离电路，隔离电路再与速度传感器共同连接至系统信息分站中的数据采集卡；数据采集卡连接至系统控制台。

进一步地，所述系统信息分站内部装有接收和处理损伤信号的电路板，电路板包括三级放大电路，三级放大电路包括相互连接的第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路，以及与第三级放大电路连接的跟随电路，跟随电路连接隔离电路。

进一步地，所述第一级放大电路包括第一放大器，第一放大器输入端负极连接电阻R2和电容C2，并与输出端并联一RC电路；第一放大器输入端正极连接一节电源VCC端的电阻R3，并连接一二极管后接地。

进一步地，所述第二级放大电路包括第二放大器，第二放大器输入端负极通过电阻R1和电容C1连接输入端，输入端正极连接至第三放大器输入正端；管脚8接电源VCC，并连接电容C3后接地，连接二极管Q1后接地；第二放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电容C4、电阻R4后接入第三放大器输入端负极。

进一步地，所述第三级放大电路包括第三放大器，第三放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电阻R6后接跟随电路的第四放大器。

进一步地，所述跟随电路包括第四放大器，第四级放大器的输入端负极与输出端并联，管脚4接地；管脚8接接电源VCC，并连接电容C6后接地；输出端接一FPGA信号发生器后接隔离电路。

进一步地，所述隔离电路包括相互连接的第五放大器、单片机和第六放大器；

所述第五放大器的输入端正极通过电阻R7接入，输入端负极通过连接可变电阻W1后接地，输入端负极与输出端通过接电容C7后接电阻R9接入单片机；

所述单片机管脚3接电容C8后接地，单片机管脚6接电容C9后接地；单片机管脚5接入第六放大器；

所述第六放大器输入正端接有电阻R10，输入负端与输出端并联后接隔离电路输出端，第六放大器管脚3接电源VCC，并连接电容C10后接地。

本发明通过将矿用钢丝绳探伤传感器和速度传感器获取的矿用钢丝绳的在线信息，通过矿用隔爆兼本安信息分站内部装有接收和处理损伤信号的三级放大电路，对传感器损伤信号进行整形滤波和放大，信噪比得到提高；设置的隔离电路进行信号滤波，得到高信噪比的滤波信号，并将该信号传输至数据采集卡和上位机，实时检测钢丝绳的在线信息。确保钢丝绳安全可靠,高效地工作,对钢丝绳的运行状况：包括断丝、磨损、锈蚀以及疲劳、剩余承载能力、安全系数等各项指标进行检测。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的系统原理框图。

图3是本发明的检测原理图。

图4是本发明的电路原理图。

图5是本发明系统信息分站内第一级放大电路示意图。

图6是本发明系统信息分站内第二级和第三级放大电路示意图。

图7是本发明系统信息分站内跟随电路示意图。

图8是本发明系统信息分站内隔离电路示意图。

其中：1、摄像机；2、速度传感器；3、传感器；4、机架；5、地面光端机；6、上位机控制柜；7、PLC控制箱；8、系统信息分站；9、钢丝绳。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种用于射线无损探伤设备实验的监测系统做进一步的描述。

如图1所示，该系统可分为七大部分：矿用钢丝绳探伤用传感器3、钢丝绳探伤系统检测机架4、速度传感器2、矿用隔爆兼本安系统信息分站8、矿用隔爆型PLC控制箱7、钢丝绳探伤系统控制台6、钢丝绳探伤智能分析软件。

其中，该矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，包括设在支架上的一对带轮，一对带轮之间连接有钢丝绳9，所述带轮下方支架上设有一由检测机架4带动的传感器3，检测机架4架设在支架上且能够沿其滑道移动，检测机架4与系统控制台6相连用以控制传感器3抱合被检测钢丝绳9；所述系统控制台6分别连接PLC控制箱7和系统信息分站8，系统信息分站8分别连接传感器3和置于一对带轮上的速度传感器2，所述PLC控制箱7连接至检测机架4。

如图2所示，钢丝绳探伤系统控制台分别连接至矿用隔爆型PLC控制箱和系统信息分站，系统信息分站分别连接传感器和速度传感器，PLC控制箱连接至检测机架。

如图3所示，传感器3探头封装有模拟信号电路，模拟信号电路连接将非本安信号转化为本安信号的隔离电路，再与速度传感器2共同连接至系统信息分站8中的数据采集卡；数据采集卡连接至系统控制台6。

如图4所示，系统信息分站8内部装有接收和处理损伤信号的电路板，电路板包括三级放大电路，包括相互连接的第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路，以及与第三级放大电路连接的跟随电路，跟随电路连接隔离电路。

如图5所示，第一级放大电路包括第一放大器，第一放大器输入端负极连接电阻R2和电容C2，并与输出端并联一RC电路；第一放大器输入端正极连接一节电源VCC端的电阻R3，并连接一二极管后接地。

如图6所示，第二级放大电路包括第二放大器，第二放大器输入端负极通过电阻R1和电容C1连接输入端，输入端正极连接至第三放大器输入正端；管脚8(见图4)接电源VCC，并连接电容C3后接地，连接二极管Q1后接地；第二放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电容C4、电阻R4后接入第三放大器输入端负极。

第三级放大电路包括第三放大器，第三放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电阻R6后接跟随电路的第四放大器。

如图7所示，跟随电路包括第四放大器，第四级放大器的输入端负极与输出端并联，管脚4接地；管脚8接接电源VCC，并连接电容C6后接地；输出端接一FPGA信号发生器后接隔离电路。

如图8所示，隔离电路包括相互连接的第五放大器、单片机和第六放大器。

第五放大器的输入端正极通过电阻R7接入，输入端负极通过连接可变电阻W1后接地，输入端负极与输出端通过接电容C7后接电阻R9接入单片机；单片机管脚3接电容C8后接地，单片机管脚6接电容C9后接地；单片机管脚5接入第六放大器；第六放大器输入正端接有电阻R10，输入负端与输出端并联后接隔离电路输出端，第六放大器管脚3接电源VCC，并连接电容C10后接地。

本发明图4所示的电路原理是，系统分站内部装有接收和处理损伤信号的电路板，该电路设计采用三级放大电路，对传感器损伤信号进行整形滤波和放大，信噪比得到提高，且将第一级放大电路置于传感器探头内，可有效地抑制损伤信号在传输过程中的衰减，增大了损伤信号传输的距离，适应不同工况的安装距离要求。在三级放大电路后，增加隔离电路，使前一级本安型放大电路向后一级非本安采集电路有效地过渡，同时，还具有一定的信号滤波功能，抑制噪声信号对损伤信号的干扰，信噪比得到进一步提高，信号电平能达到数据采集卡和上位机所能接受的范围。

所述钢丝绳相对于传感器移动一段距离，速度传感器产生序列脉冲信号，经数据采集卡控制上位机进行等空间采样；经数据采集卡A/D转换后的数字信号输入上位机，再经过信号叠加、差分、野点剔除等预处理后，即可进行钢丝绳损伤的定量识别。数据采集卡A/D转换时间满足钢丝绳运动速度在8m/s的要求，上位机软件采用自适应模式识别技术，损伤检测准确率较高，满足矿用钢丝绳损伤检测的要求。

本发明的原理是，矿用钢丝绳探伤用传感器3封装在探头内，探头安装在机架上，探头抱合钢丝绳后，传感器采集所需漏磁信号。速度传感器2安装在钢丝绳卷筒上，随卷筒转动，测量钢丝绳运动速度。机架4装有导轨、滑道及定位装置，便于使用该系统时探头抱合、释放钢丝绳9。地面用光端机5安装在控制柜6内，用于转发上位机软件和分站信息。上位机控制柜6装有工控机和视频显示器，分别用于分析钢丝绳9状态和监视、显示现场状况。PLC控制箱7安装在机架4旁，用于控制机架4。系统分站8用于接收、处理传感器3采集到的信号，并具有与上位机软件通信的功能。

检测钢丝绳9前，通过摄像机1和监控显示器，确定钢丝绳9和机架4状态良好，通过控制柜6按钮向PLC控制箱7发送命令，驱动机架4使传感器3与钢丝绳9抱合，最后，使用在控制柜6内的工控机软件对钢丝绳状态进行检测和分析。

系统软件创新点：

1.系统软件采用小波算法对信号进行降噪处理，小波算法具有良好的消除噪声效果，且具有易于实现和运算速度快的特点，使用该算法进行降噪处理有利于软件提取钢丝绳缺陷信息。

2.系统软件采用基于模型的算法提取缺陷信号，该算法运算简单、速度快、准确率高。

3.系统软件在提取缺陷信号后，采用多传感器信号融合技术，主要是BP网络神经算法对钢丝绳缺陷数量、类型进行判断，该技术判断钢丝绳是否存在缺陷、缺陷数量和类型的准确率高，检出率高且漏检率低。

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方式仅限于此，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的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (8)

1.一种矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：包括设在支架上的一对带轮，一对带轮之间连接有钢丝绳，所述带轮下方支架上设有一由检测机架带动的传感器，检测机架架设在支架上且能够沿其滑道移动，检测机架与系统控制台相连用以控制传感器抱合被检测钢丝绳；所述系统控制台分别连接PLC控制箱和系统信息分站，系统信息分站分别连接传感器和置于一对带轮上的速度传感器，所述PLC控制箱连接至检测机架。

2.根据权利要求1所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述传感器探头封装有模拟信号电路，模拟信号电路连接将非本安信号转化为本安信号的隔离电路，隔离电路再与速度传感器共同连接至系统信息分站中的数据采集卡；数据采集卡连接至系统控制台。

3.根据权利要求1所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述系统信息分站内部装有接收和处理损伤信号的电路板，电路板包括三级放大电路，三级放大电路包括相互连接的第一级放大电路、第二级放大电路、第三级放大电路，以及与第三级放大电路连接的跟随电路，跟随电路连接隔离电路。

4.根据权利要求3所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述第一级放大电路包括第一放大器，第一放大器输入端负极连接电阻R2和电容C2，并与输出端并联一RC电路；第一放大器输入端正极连接一节电源VCC端的电阻R3，并连接一二极管后接地。

5.根据权利要求3所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述第二级放大电路包括第二放大器，第二放大器输入端负极通过电阻R1和电容C1连接输入端，输入端正极连接至第三放大器输入正端；管脚8接电源VCC，并连接电容C3后接地，连接二极管Q1后接地；第二放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电容C4、电阻R4后接入第三放大器输入端负极。

6.根据权利要求3所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述第三级放大电路包括第三放大器，第三放大器输入端负极与输出端并联连接一RC电路，输出端接一电阻R6后接跟随电路的第四放大器。

7.根据权利要求3所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述跟随电路包括第四放大器，第四级放大器的输入端负极与输出端并联，管脚4接地；管脚8接接电源VCC，并连接电容C6后接地；输出端接一FPGA信号发生器后接隔离电路。

8.根据权利要求3所述的矿用钢丝绳探伤用在线监测系统，其特征在于：所述隔离电路包括相互连接的第五放大器、单片机和第六放大器；

所述第五放大器的输入端正极通过电阻R7接入，输入端负极通过连接可变电阻W1后接地，输入端负极与输出端通过接电容C7后接电阻R9接入单片机；

所述单片机管脚3接电容C8后接地，单片机管脚6接电容C9后接地；单片机管脚5接入第六放大器；

所述第六放大器输入正端接有电阻R10，输入负端与输出端并联后接隔离电路输出端，第六放大器管脚3接电源VCC，并连接电容C10后接地。