CN106404892B - 一种无位置传感器钢丝绳无损检测等距采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种无位置传感器钢丝绳无损检测等距采样方法，对磁检测传感器信号进行处理，得到与钢丝绳当前运行速度和位置相关的股波方波信号，通过计算股波方波信号个数实现钢丝绳测距；采用锁频环与锁相环相结合的方式对股波方波信号进行倍频，实现对突变信号的快速跟踪；对磁检测传感器进行等时采样，在时间轴上不会丢失任何信息，用股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，得到准确的等距采样数据；对突变的股波方波信号，采用预估股波方波信号对等时采样数据抽样/插值，避免了因缺陷对数据采集的影响。该方法不仅实现了钢丝绳测距，同时也实现了无位置传感器等距采样，大大提高了等距采样的精确度，更有利于钢丝绳无损检测缺陷的识别。

Description

一种无位置传感器钢丝绳无损检测等距采样方法
技术领域
本发明涉及检测测量技术领域，尤其涉及一种钢丝绳测距、钢丝绳无损检测等距采样方法。
背景技术
钢丝绳无损检测领域中，为便于对缺陷进行信号分析和定位，对信号的提取常用等距离采样，因此距离传感器是其很重要的一部分。目前常采用导向轮与编码轮连接的方式，随着钢丝绳的运行，导向轮与其摩擦转动，与导向轮相连的编码器产生等距离脉冲信号，利用该脉冲实现对钢丝绳等距离采样。导向轮与钢丝绳接触运行过程中，容易产生空转、打滑等现象，特别是当检测环境较为恶劣，钢丝绳附着异物时尤为明显，给信号采集带来误差。导向轮在与钢丝绳长时间摩擦运行，两者都会有一定磨损，带来累积误差。
钢丝绳独特的按股绕制编织方式，股与股之间距离误差极小，并且在钢丝绳无损检测过程中，钢丝绳的每一股在磁检测传感器中都表现为相同的似正弦周期信号(以下简称“股波信号”)。该股波信号一般较弱，检测时更多的是关注缺陷信号而忽略甚至刻意消除该股波信号的影响。由于单个磁检测传感器覆盖范围的有限，钢丝绳无损检测中常采用传感器阵列的方式沿钢丝绳周向排列。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢丝绳无损检测等距采样方法，基于钢丝绳无损检测装置中磁检测传感器中的信号进行处理，实现无位置传感器钢丝绳无损检测及钢丝绳测距。
为达上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种无位置传感器钢丝绳无损检测等距采样方法，包括：
直接利用钢丝绳无损检测装置的磁检测传感器信号进行处理得到与钢丝绳位置相关的信号，对所述位置相关的信号进行处理，得到股波方波信号；
对所述股波方波信号进行计数，实现钢丝绳测距；
实现钢丝绳等距采样，具体为：
采用锁相环的方式进行等距采样：首先对所述股波方波信号进行倍频，用该倍频信号对磁检测传感器数据进行采样，实现钢丝绳无损检测的等距采样；
或者，利用股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，实现等距采样，具体为：
通过测量钢丝绳股距Sstrand、预估钢丝绳最大运行速度Vmax和最小运行速度Vmin，带通滤波器低频截止频率fL≤Vmin/Sstrand，高频截止频率fH≥Vmax/Sstrand；
通过前两个股波方波信号预估下一个股波方波信号到来时间和频率，用该信号检验下一个股波方波信号是否突变；
对突变的股波方波信号，采用当前的预估股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，避免了因钢丝绳损伤造成的采样不准确。
进一步地，采用锁相环的方式进行等距采样，包括：
Step1：对磁检测传感器数据进行信号处理得到股波方波信号；
Step2：采用锁相环对股波方波信号进行倍频处理，得到的倍频信号对磁检测传感器采样实现等距采样。
进一步地，利用股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值实现等距采样，包括：
Step1：对磁检测传感器数据进行信号处理得到股波方波信号；
Step2：对磁检测传感器信号进行等时采样并存储；
Step3：判断信号处理后的股波方波信号是否为第一、第二个信号；如果是进入Step5，如果不是则通过前两个股波方波信号预估下一个股波方波信号；
Step4：对比当前股波方波信号频率和预估股波方波信号频率，如果当前股波方波信号频率突变，则采用预估股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，得到等距采样数据；如果未突变，则进入Step5；
Step5：当前股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，得到等距采样数据；
Step6：判断股波方波信号是否结束，如果结束则停止对等时采样信号抽样/插值，结束等距采样，如果未结束，则重新进入Step3。
进一步地，采用锁频环和锁相环相结合的方式，实现对突变信号的快速跟踪。
进一步地，采用带直流偏置反馈电路的直流放大电路在对所述股波信号进行放大的同时有效去除了所述股波信号中的直流分量。
进一步地，当单路磁检测传感器得到的股波信号较弱时，采用多路信号叠加能增强股波信号。
本发明的有益效果是：本发明的方法替代了传统的与钢丝绳接触运行的导向轮和编码轮的使用实现等距采样，大大提高了钢丝绳等距采样的精确度；该方法对磁检测传感器信号进行处理，得到股波方波信号，该股波方波信号与钢丝绳当前运行速度和位置相关，通过计算股波方波信号个数实现钢丝绳测距；采用锁频环与锁相环相结合的方式对股波方波信号进行倍频，实现对突变信号的快速跟踪；对磁检测传感器进行等时采样，在时间轴上不会丢失任何信息，用与速度和位置相关的股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，得到准确的等距采样数据；对突变的股波方波信号，采样预估股波方波信号对等时采样数据抽样/插值，避免了因缺陷对数据采集的影响。该方法不仅利用现有钢丝绳无损检测装置中现有条件实现了钢丝绳测距，同时也实现了无位置传感器等距采样，大大提高了等距采样的精确度，更有利于钢丝绳无损检测缺陷的识别。
附图说明
图1是本发明的方法所采用的检测装置示意图；
图2是硬件电路处理框图；
图3是多路磁检测传感器的安装示意图；
图4是实现等距采样的过程示意图；
图5是实现等距采样的方法流程图。
具体实施方案
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明对钢丝绳无损检测多采样电磁法检测，即通过对钢丝绳施加电磁激励，钢丝绳缺陷处的电磁特性和非缺陷处存在差异，使用磁检测传感器检测对应的电磁量差异而实现对缺陷的检测，所采用的装置如附图1所示，其中，1为磁检测传感器、2为磁轨、3为永磁体，4为钢丝绳。
选择一路或多路钢丝绳无损检测装置中的磁检测传感器信号进行加减组合运算(如果选择一路磁检测传感器数据，则无需进行加/减运算)，此信号进入带有直流偏置反馈电路的直流放大电路中去除因背景磁场等带来的直流偏置量的同时放大交流信号，通过带通滤波器进一步衰减信号中的低频抖动信号和高频噪声信号，该信号经比较器之后得到与钢丝绳股距和运行速度相关的方波信号(以下简称股波方波信号)，硬件电路处理框图如附图2所示。所得方波信号频率f与股波信号频率一致，并且通过该频率能得出当前钢丝绳运行速度V＝Sstrand×f，通过计算该股波方波信号的个数n能得到钢丝绳当前运行距离S＝n×Sstrand(Sstrand为钢丝绳股距)，即实现了钢丝绳测距。
多路磁检测传感器信号选择原则为：若钢丝绳外层绕制股数为Ns，那么对一周排布的传感器阵列尽量选择角度差为的传感器相加能增强股波效果；选择角度差为的传感器相减也能增强股波效果；对这两种角度差的磁传感器进行加/减组合运算也能增强股波效果。
以钢丝绳6股捻制为例，如附图3所示，那么选择角度差为θ1＝60×n(n＝1,2,…,Ns-1)的磁传感器相加或选择角度差为θ2＝30×(2n-1)(n＝1,2,…,Ns)的磁传感器相减或选择这两种角度的传感器进行加减组合均可以增强股波效果。
对得到的股波方波信号，可以采用以下两种方法实现等距采样：
1)采用锁相环对股波方波信号进行倍频，得到倍频信号对磁检测传感器数据进行采样，实现钢丝绳无损检测的等距采样；锁相环采用锁频环与锁相环相结合的方式，实现对突变信号的快速跟踪，以克服因缺陷等原因造成的影响，得到精确等距采样数据。
2)如附图4所示，AD模块采用等时采样方式对磁检测传感器进行采样，得到等时采样信号；对股波方波信号根据前两个信号预估下一个股波方波信号(以下简称预估股波方波信号)，如果下一个股波方波信号频率与预估股波方波信号一致，则采用当前股波方波信号对等时采样信号进行抽样或插值，如果下一个股波方波信号频率与预估股波方波信号频率差别较大，即该信号频率突变(频率突变一般是由于钢丝绳缺陷导致)时，则采用预估股波方波信号对等时采样信号进行抽样或者插值，这样即可得到在距离轴上的等距采样信号。当股波方波信号频率突变时，该信号将不用作接下来的股波方波信号预估，而由该信号前非突变的股波方波信号进行预估。流程图如附图5所示。
本发明的方法替代了传统的与钢丝绳接触运行的导向轮和编码轮的使用实现等距采样，大大提高了钢丝绳等距采样的精确度；该方法对磁检测传感器信号进行处理，得到股波方波信号，该信号与钢丝绳当前运行速度和位置相关，通过计算股波方波信号个数实现钢丝绳测距，该方法不仅利用现有钢丝绳无损检测装置中现有条件实现了钢丝绳测距，同时也实现了无位置传感器等距采样，大大提高了等距采样的精确度，更有利于钢丝绳无损检测缺陷的识别。
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 (4)

1.一种无位置传感器钢丝绳无损检测等距采样方法，其特征在于：所述方法包括：
直接利用钢丝绳无损检测装置的磁检测传感器信号进行处理得到与钢丝绳位置相关的信号，对所述位置相关的信号进行处理，得到股波方波信号；
对所述股波方波信号进行计数，实现钢丝绳测距；
实现钢丝绳等距采样，具体为：
采用锁频环和锁相环相结合的方式，实现对突变信号的快速跟踪；采用锁相环的方式进行等距采样，包括：Step1：对磁检测传感器数据进行信号处理得到股波方波信号；
Step2：采用锁相环对股波方波信号进行倍频处理，得到的倍频信号对磁检测传感器采样实现等距采样；
或者，利用股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，实现等距采样， 具体为：
通过测量钢丝绳股距Sstrand、预估钢丝绳最大运行速度Vmax和最小运行速度Vmin，带通滤波器低频截止频率，高频截止频率；
通过前两个股波方波信号预估下一个股波方波信号到来时间和频率，用预估股波方波信号检验下一个股波方波信号是否突变；
对突变的股波方波信号，采用当前的预估股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，避免了因钢丝绳损伤造成的采样不准确。
2. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：利用股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值实现等距采样，包括：
Step1：对磁检测传感器数据进行信号处理得到股波方波信号；
Step2：对磁检测传感器信号进行等时采样并存储；
Step3：判断信号处理后的股波方波信号是否为第一、第二个信号；如果是进
入Step5，如果不是则通过前两个股波方波信号预估下一个股波方波信号；
Step4：对比当前股波方波信号频率和预估股波方波信号频率，如果当前股波
方波信号频率突变，则采用预估股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插
值，得到等距采样数据；如果未突变，则进入Step5；
Step5：当前股波方波信号对等时采样数据进行抽样/插值，得到等距采样数
据；
Step6：判断股波方波信号是否结束，如果结束则停止对等时采样信号抽样/
插值，结束等距采样，如果未结束，则重新进入Step3。
3. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：采用带直流偏置反馈电路的直流
放大电路在对所述股波方波信号进行放大的同时有效去除了所述股波方波信号中的直流分量。
4. 根据权利要求1 所述的方法，其特征在于：当单路磁检测传感器得到的股波
方波信号较弱时，采用多路信号叠加能增强股波方波信号。
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