CN108181377B - 一种pccp钢丝断丝智能判读系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PCCP钢丝断丝智能判读系统及判读方法，所述的系统包括车体，在车体表面安装接收探头、测距轮和发射探头，在车体内设置主控计算机和与之电连接的探测主机，上述的接收探头、测距轮和发射探头分别与车体内的探测主机电连接。本发明所公开的PCCP钢丝断丝智能判读系统及方法，可实现PCCP钢丝断丝数目和位置的智能判读，断丝位置定位准确，还可通过拟合的表达式实现PCCP钢丝断丝数量的精确计算，相比于人工判读，具有断丝数量计算准确客观，效率高，适应性强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土检测领域，尤其涉及一种PCCP钢丝断丝智能判读系统及方法。
背景技术
PCCP管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe) 是带钢筒的预应力混凝土管的简称，是目前国际上使用广泛的大口径、耐高压管材，由嵌埋薄钢筒的管芯、缠在管芯外的预应力钢丝（直径）和钢丝外的水泥砂浆保护层组成，管子的两端分别焊有钢制的承口圈和插口圈，管子的柔性接头采用滑动胶圈密封。在工作状态下，嵌埋在管壁中的薄钢筒具有抗渗功能，缠绕在管芯外的预应力钢丝及管芯的混凝土壁承受管材的内水压力及外荷载，因此PCCP管是一种将钢管与普通预应力混凝土管的优点相结合的管种。
远场涡流变压器耦合(RFECTC)技术采用内探头方式检测金属管材，此技术的特点在于既能检查黑色金属材料，又能检查有色金属材料，并且对内部的或外部的异常情况具有相同的灵敏度。采用单探头就能探测凹坑、裂纹和管壁的整体减薄。采用一个激励线圈在管壁内以低的磁化水平感应出周向的涡流，与较常规的涡流检测不同，该技术将检测线圈沿着管道放置在距激励线圈2~3倍管径处，检测器信号相对于激励线圈的相位通常被用作管壁特性的度量。由频率相当低的正弦信号所驱动的激励线圈，在管道中产生的内部电磁场，能在激励线圈的两边分成三个性质不同的区域，这些区域被称为直接耦合区、过渡区和远场区，图1为远场涡流变压器耦合技术的原理示意图。尽管多少受到管道存在的影响，直接耦合区主要是来自激励线圈直接对准的耦合，起一个简单的变压器的作用。直接激励的强度在激励线圈的附近是很大的，但随着激励线圈的距离增加而迅速衰减，大多数的涡流仪器工作在此直接激励区或近场区。由于PCCP管钢筒壁的衰减，接收线圈感应出的远场涡流信号是极其微弱的，系统本身的噪声、试验平台抖动引入的噪声甚至外界的电磁干扰噪声都可能比检测信号大多个数量级，有用信号可能全部淹没于噪声之中。
虽然现有技术已经实现了对远场涡流信号的提取，通过人工判读的方式确定PCCP钢丝断丝的位置和数量，该检测方法的不足之处是人工判读的效率极低，我国的PCCP管道长达数万公里，每次断丝检测的里程也是数十公里甚至上百公里，单单依靠人工判读完全部数据需要几十天甚至几个月之久；而且受到不同人经验、专业背景的影响，人工判读的结果不够准确客观，会使检测结果出现多解性。因此PCCP钢丝断丝位置和数量的智能判读方法成为一项迫切需求的技术，该技术关乎到现有PCCP钢丝检测系统的效率和应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种PCCP钢丝断丝数量和位置的智能判读系统及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种PCCP钢丝断丝智能判读系统，其改进之处在于：所述的系统包括车体，在车体表面安装接收探头、测距轮和发射探头，在车体内设置主控计算机和与之电连接的探测主机，上述的接收探头、测距轮和发射探头分别与车体内的探测主机电连接。
进一步的，所述的接收探头通过探头支撑臂安装在车体表面。
一种PCCP钢丝断丝智能判读方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
（1）搜集所有不同规格的PCCP管道样本，对每一个规格样本采用多项式拟合的方法得到断丝数量和波形积分值之间的数学表达式，并以PCCP管道规格为索引存储，完成与待检测PCCP管道规格相同管道定标数据的采集；
（2）检测信号中奇异点检测与去除
读入待检测数据和定标数据中的背景数据，利用待检测数据减去背景数据，检测数据中奇异点，奇异点是指信号在局部发生突变，利用harr小波进行小波变换，再对变换后的小波系数进行分析，信号小波变换模值的局部极值点对应于信号的的突变点，以此可以判定奇异点的位置，对包含奇异点的局部数据进行中值滤波，去除奇异点；
（3）检测数据的平稳化处理
（4）检测数据的标准化
数据同趋化处理：先改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化后再加总；
无量纲化处理：将原始数据均转换为无量纲化指标测评值，即各指标都处于一个数量级别上，可以进行综合测评分析；
（5）PCCP管道有无断丝判定
同时读入定标数据和检测数据，检测数据减去定标数据，对差值进行步骤（4）的处理后再求取数据方差，在无断丝的情况下，数据比较稳定，起伏变化不大，方差比较小，经过多次测试无断丝数据选定一个数值作为判断有无断丝的阈值，依据该阈值对管道有无断丝给出判定；
（6）断丝数量和位置判定
对步骤（5）中处理的数据，寻找该数据的零点和极值点，每一处断丝对应一个极大值点、零点和极小值点，零点位置即为断丝的位置，求取极值点之间曲线的积分值，依据PCCP管规格搜索对应断丝数目与积分值之间的数学表达式，代入即可求得断丝的数量。
本发明的有益效果在于：
本发明所公开的PCCP钢丝断丝智能判读系统及方法，可实现PCCP钢丝断丝数目和位置的智能判读，断丝位置定位准确，还可通过拟合的表达式实现PCCP钢丝断丝数量的精确计算，相比于人工判读，具有断丝数量计算准确客观，效率高，适应性强的优点。
附图说明
图1是现有技术中远场涡流变压器耦合技术的原理示意图；
图2是本发明实施例1所公开PCCP钢丝断丝智能判读系统的组成框图；
图3是本发明实施例1所公开PCCP钢丝断丝智能判读系统的结构示意图；
图4是本发明实施例1所公开PCCP钢丝断丝智能判读方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
实施例1，如图2-3所示，本实施例公开了一种PCCP钢丝断丝智能判读系统，包括主控计算机1、探测主机2、接收探头3、发射探头4、车体6和测距轮5，所述主控计算机、探测主机、接收探头、发射探头和测距轮均设于所述车体上且随所述车体一同行进，所述接收探头、发射探头和测距轮、主控计算机均与所述探测主机连接，所述的接收探头3通过探头支撑臂31安装在车体6表面。该系统利用锁相放大器可实现微弱信号检测，已经实现了对两次穿透PCCP钢筒的微弱信号的有效采集，可依据该信号实现对断丝位置和数量的判读。
如图4所示，本实施例还公开了一种PCCP钢丝断丝智能判读方法，包括如下步骤：
第一步：采用数值分析方法，搜集所有不同规格的PCCP管道样本，对每一个规格样本采用多项式拟合的方法得到断丝数量和波形积分值之间的数学表达式，并以PCCP管道规格为索引存储；并完成与待检测PCCP管道规格相同管道定标数据的采集，该步骤是在智能判读前的准备工作，为后续断丝数目的判定奠定基础。
第二步：读入待检测数据和定标数据中的背景数据，利用待检测数据减去背景数据；然后进行数据的奇异点检测，奇异点是指信号在局部发生突变，首先利用harr小波对数据进行小波变换，再对变换后的小波系数进行分析，信号小波变换模值的局部极值点对应于信号的的突变点，以此可以判定奇异点的位置，对包含奇异点的局部数据进行中值滤波，去除奇异点。确保数据不存在奇异点才可进入下一步的处理；
第三步：检测数据的平稳化处理。EMD（经验模态分解）是一种将非线性、非平稳信号进行平稳化处理的时频分析方法，EMD的本质是基于时间序列中的特征时间尺度、经验确定其中的固有振动模态，通过逐步分解，得到一系列由高频到低频的固有特征函数（intrinsic mode function ,IMF），选取若干个IMF分量（或它们的组合）来分析信号所体现的物理现象。该步骤实现对检测数据进行预处理，为后续的处理奠定基础。
第四步：检测数据的标准化。在数据分析之前，通常需要先将数据标准化，利用标准化后的数据进行数据分析。数据的标准化也就是统计数据的指数化。数据的标准化处理主要包括数据同趋化处理和无量纲化处理两个方面。数据同趋化处理主要解决不同性质数据问题，对不同性质指标直接加总不能正确反映不同作用力的综合效果，须先考虑改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化，再加总才能得出正确结果。数据无量纲化处理主要解决数据的可比性，此处的处理主要为了增强判读方法的通用性，将检测数据转化为无量纲的纯数值，经标准化处理后，原始数据均转换为无量纲化指标测评值，即各指标都处于一个数量级别上，可以进行综合测评分析。
第五步：PCCP管道有无断丝判定。同时读入定标数据和检测数据，检测数据减去定标数据，对差值进行第四步的处理后再求取数据方差。在无断丝的情况下，数据比较稳定，起伏变化不大，方差比较小，经过多次测试无断丝数据选定一个数值作为判断有无断丝的阈值。依据该阈值对管道有无断丝给出判定。
第六步：断丝数量和位置判定。对第五步中处理的数据，寻找该数据的零点和极值点。每一处断丝对应一个极大值点、零点和极小值点，零点位置即为断丝的位置，求取极值点之间曲线的积分值，依据PCCP管规格搜索对应断丝数目的数学表达式，代入可求得断丝的数量。
Claims (1)
1.一种PCCP钢丝断丝智能判读方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）搜集所有不同规格的PCCP管道样本，对每一个规格样本采用多项式拟合的方法得到断丝数量和波形积分值之间的数学表达式，并以PCCP管道规格为索引存储，完成与待检测PCCP管道规格相同管道定标数据的采集；
（2）检测信号中奇异点检测与去除
读入待检测数据和定标数据中的背景数据，利用待检测数据减去背景数据，检测数据中奇异点，奇异点是指信号在局部发生突变，利用harr小波进行小波变换，再对变换后的小波系数进行分析，信号小波变换模值的局部极值点对应于信号的的突变点，以此可以判定奇异点的位置，对包含奇异点的局部数据进行中值滤波，去除奇异点；
（3）检测数据的平稳化处理
（4）检测数据的标准化
数据同趋化处理：先改变逆指标数据性质，使所有指标对测评方案的作用力同趋化后再加总；
无量纲化处理：将原始数据均转换为无量纲化指标测评值，即各指标都处于一个数量级别上，可以进行综合测评分析；
（5）PCCP管道有无断丝判定
同时读入定标数据和检测数据，检测数据减去定标数据，对差值进行步骤（4）的处理后再求取数据方差，在无断丝的情况下，数据比较稳定，起伏变化不大，方差比较小，经过多次测试无断丝数据选定一个数值作为判断有无断丝的阈值，依据该阈值对管道有无断丝给出判定；
（6）断丝数量和位置判定
对步骤（5）中处理的数据，寻找该数据的零点和极值点，每一处断丝对应一个极大值点、零点和极小值点，零点位置即为断丝的位置，求取极值点之间曲线的积分值，依据PCCP管规格搜索对应断丝数目与积分值之间的数学表达式，代入即可求得断丝的数量。
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