CN117607244B - 多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一般的控制或调节系统技术领域，特别涉及一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法和系统。该方法应用于钢丝绳的弱磁检测装置，弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；对第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；采用小波变换方法对第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；对缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据。
Description
技术领域
本申请涉及一般的控制或调节系统技术领域，特别涉及一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法和系统。
背景技术
作为机械设备中蕴含危险因素最多、发生事故概率最高的特种设备之一，起重设备的安全问题一直备受关注。钢丝绳提升系统是起重机械系统中不可或缺且关系到工业生产效率、安全性能和可靠性能的一种重要传动方式，由于钢丝绳的工作特性，在服役过程中不可避免的因异常摩擦、刮擦、碰撞、咬绳、弯曲疲劳等问题对钢丝绳绳体，尤其是绳体表面，造成断丝、磨损等损伤，若不能及时的检测或更换，甚至可能导致钢丝绳失效，发生提升系统重大安全事故，威胁使用人员生命财产安全。因此，使用可靠且高效的钢丝绳无损检测方法对保障钢丝绳的健康运行具有重要意义。
多年来，业界就钢丝绳的损伤机理和检测钢丝绳缺陷的方法进行了多种探索，先后发展出多种钢丝绳无损检测技术，例如超声法、光学法等。其中，漏磁检测技术已经成为了目前使用较多的钢丝绳无损检测技术，根据磁化方式的不同，漏磁检测技术又分为强磁检测技术和弱磁检测技术。
其中，强磁检测技术体积大、以及强磁磁化强度强，对被测物体的磁场束缚力较大，因而，几乎无法用于在线监测。弱磁检测技术虽然一定程度上避免上述缺陷，但是，由于起重机的工作环境恶劣，钢丝绳缺陷在线检测信号常易受到机械振动、缠绕式螺旋几何结构绳股噪声、随机摆振、电机电磁噪声干扰等多重机械、物理因素影响，导致钢丝绳缺陷检测信号呈现出时域干扰噪声强、缺陷信号微弱且多干扰信号频域交叉的特征，而现有的弱磁信号处理方法难以对检测信号中的大量噪声进行有效处理，引起钢丝绳缺陷检测与识别结果出现较大偏差。
因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。
发明内容
本申请的目的在于提供一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法和系统，以解决或缓解上述现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：
本申请提供了一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法，所述方法应用于钢丝绳的弱磁检测装置，所述弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿所述弱磁检测装置的轴向均布，所述方法包括：
所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；所述磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态；
将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；
对所述第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；
采用小波变换方法对所述第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；
对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据。
优选地，所述弱磁检测装置还包括多个磁化器，多个所述磁化器沿钢丝绳轴线方向平行于钢丝绳的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳运动方向的第一组所述磁化器的前端、最后一组所述磁化器的后端、以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；
所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号，具体为：
使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳高度磁化状态下的弱磁信号。
优选地，所述多敏感阵列传感器中的敏感阵列的数量为3个。
优选地，每个所述敏感阵列包括多个敏感元件，多个所述敏感元件沿钢丝绳的圆周方向均布；
每个所述敏感阵列通过圆周方向均布的多个所述敏感元件采集所述钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。
优选地，所述对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据，具体为：
利用软阈值方法，对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行消噪处理之后，再使用反平移多尺度小波变换对消噪后的所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据。
本申请实施例提供一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测系统，所述系统包括钢丝绳的弱磁检测装置，所述弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿所述弱磁检测装置的轴向均布，所述系统包括：
信号采集单元，配置为所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；所述磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态；
第一处理单元，配置为将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；
第二处理单元，配置为对所述第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；
信号提取单元，配置为采用小波变换方法对所述第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；
信号重构单元，配置为对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据。
优选地，所述弱磁检测装置包括多个磁化器，多个所述磁化器沿钢丝绳轴线方向平行于钢丝绳的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳运动方向的第一组所述磁化器的前端、最后一组所述磁化器的后端、以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；
所述信号采集单元，进一步配置为：使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳高度磁化状态下的弱磁信号。
优选地，每个所述敏感阵列包括多个敏感元件，多个所述敏感元件沿钢丝绳的圆形截面的周向均布；
所述信号采集单元，进一步配置为：每个所述敏感阵列通过圆周方向均布的多个所述敏感元件采集所述钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。
优选地，所述系统还包括：U型滑轮系统；
该U型滑轮系统包括4个U型滑轮，分成两组，每组包括2个U型滑轮，分别设置在弱磁检测装置的上下两端，并通过弱磁检测装置的上下两端的滑轮支架进行固定，2个U型滑轮的U型凹槽的开口呈相对设置，形成中空限位区域，中空限位区域用于固定钢丝绳，运行状态下，钢丝绳从上端的U型滑轮的中空限位区域穿入，经过弱磁检测装置后从下端的U型滑轮的中空限位区域穿出；
滑轮支架开设有多个通孔，柔性绳穿过通孔将弱磁检测装置悬挂在起重机上。
优选地，该系统还包括：
远程在线监测单元，所述远程在线监测单元包括：触摸屏模块，云平台；
所述触摸屏模块，用于接收钢丝绳的在线监测数据并存储到本地，以在触摸屏上实时呈现钢丝绳的状态；
所述云平台上部署有数据库软件，所述数据库软件用于对钢丝绳的在线监测数据进行远程存储和管理，以形成钢丝绳监测的历史数据。
本申请的技术方案具有如下有益效果：
通过在钢丝绳的弱磁检测装置中设置多敏感阵列传感器，优化敏感阵列的结构，进而检测非饱和磁化条件下钢丝绳缺陷状态。由于各个敏感阵列沿弱磁检测装置的轴向均布，能够同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号，并通过差值处理去掉弱磁信号中的本底噪音，通过均值处理增强弱磁信号的稳定性，使弱磁检测技术适合在起重机钢丝绳常态化监测中的应用，同时提升检测精度和稳定性，从而为其在起重机上普及应用成为可能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。其中：
图1为根据本申请的一些实施例提供的起重机钢丝绳的弱磁检测装置的结构示意图。
图2为根据本申请的一些实施例提供的钢丝绳的弱磁检测装置的轴向截面示意图。
图3为根据本申请的一些实施例提供的钢丝绳的弱磁检测装置的支撑导轮位置处的径向截面示意图。
图4为根据本申请的一些实施例提供的钢丝绳缺陷信号处理的逻辑示意图。
图5为根据本申请的一些实施例提供的多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法的流程示意图。
图6为根据本申请的一些实施例提供的U型滑轮系统的结构示意图。
图7为根据本申请的一些实施例提供的U型滑轮系统的轴向剖面示意图。
图8为根据本申请的一些实施例提供的不同磁化状态下的弱磁信号采集过程示意图。
图9为根据本申请的一些实施例提供的不同磁化状态下的弱磁信号示意图。
附图标记说明：
1-起重机；2-编码器；3-钢丝绳检测仪；4-钢丝绳；5-电磁铁；51-第一电磁铁；52-第二电磁铁；53-第三电磁铁；54-第四电磁铁；511-敏感元件；61-第一敏感阵列；62-第二敏感阵列；63-第三敏感阵列；11-U型滑轮；13-缺陷；19-柔性绳。
具体实施方式
为了便于理解本申请的技术方案，下面对相关技术进行详细说明。
截至目前，钢丝绳4无损检测技术已发展出多种方案，虽然已有传统的超声法实施简单、检测距离远，射线法成像直观、质量高，光学法表面图像直观和张力检测直接获取了局部张力大小，但是这些方法的检测代价和适用范围比较窄、设备维护代价高、抗干扰能力差，难以实现起重设备运行中的常态化在线监测。漏磁检测技术已经成为了目前使用较多的钢丝绳4无损检测技术，但是其依旧还有值得探索的地方，例如，以往的强磁检测方法装置需要采用磁轭来形成磁回路对钢丝绳4局部磁化均匀，而在实际中钢丝绳4的使用会产生晃动使得磁化不均匀，并且传统强磁方法的检测前提条件是将钢丝绳4磁化至饱和，对于大直径钢丝绳4需要将磁化装置制作得足够大，同时需要大体积的纯铁作为磁轭结构使得装置体积和重量急速上升。若采用电流法在大直径钢丝绳4中进行磁化装置的发热和耗能都比较高。
目前，起重机钢丝绳弱磁在线监测主要难点在于以下两方面：
（1）钢丝绳缺陷感知方面：起重机1运行状态下的钢丝绳缺陷监测对检测装置的测量精度、稳定性、可靠性有较高要求。起重机1工作环境恶劣，钢丝绳缺陷在线检测信号常易受到机械振动、缠绕式螺旋几何结构绳股噪声、随机摆振、电机电磁噪声干扰等多重机械、物理因素影响，导致钢丝绳缺陷检测信号呈现出时域干扰噪声强、缺陷信号微弱且多干扰信号频域交叉的特征，进而引起钢丝绳缺陷检测与识别结果出现较大偏差。
（2）钢丝绳缺陷的弱磁信号处理方面：采用漏磁检测法检测起重机1钢丝绳4受损情况时，检测信号中含有大量噪声，且存在尖峰和突变干扰，增大了损伤识别难度，需要对原始检测信号进行降噪处理。目前常用的钢丝绳4信号处理方法有傅里叶变换、小波变换等。傅里叶变换借助正弦波分解原始信号并分析信号频谱，但无法反映信号瞬时频率随时间的变化情况，仅适用于分析平稳信号，无法对非平稳信号的特定成分进行降噪处理。小波变换可对钢丝绳4损伤检测信号进行多尺度分解重构、滤波、去噪处理，也可对检测信号进行压缩和传递，具有多分辨率、基小波选择灵活、可多尺度分析等特点，但存在平移不变性较差、频带混叠等问题，导致在钢丝绳4检测信号分解、重构过程中引入股波噪声，影响检测准确度。
因此，本申请的目的在于提供一种适用于起重机钢丝绳缺陷的弱磁在线监测方法，以解决目前钢丝绳4缺陷监测方法难以满足起重机1运行状态下稳定在线监测的问题。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。各个示例通过本申请的解释的方式提供而非限制本申请。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本申请的范围或精神的情况下，可在本申请中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本申请包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在以下描述中，所涉及的术语“第一/第二/第三”仅仅是区别类似的对象，不代表对对象的特定排序，可以理解地，“第一/第二/第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本申请实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
除另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本公开实施例的目的，不是旨在限制本公开。
在本申请的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请而不是要求本申请必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。本申请中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1：
本申请实施例提供一种多敏感阵列的起重机1钢丝绳4弱磁在线监测方法，该方法适用于起重机1钢丝绳4缺陷的在线监测，是对原有钢丝绳4漏磁检测技术的改进，钢丝绳4漏磁检测技术通过电磁铁对钢丝绳4进行非饱和磁化，对检测到的漏磁信号及磁通信号进行放大和滤波处理，识别钢丝绳4中的局部损伤及损伤程度，进而判断钢丝绳4是否达到报废标准。
如图1~图9所示，该方法应用于钢丝绳4的弱磁检测装置（钢丝绳检测仪3），弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿弱磁检测装置的轴向均布，该方法包括：
步骤S101：多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；不同磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态。
步骤S102：将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号。
步骤S103：对第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号。
步骤S104：采用小波变换方法对第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息。
步骤S105：对缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳4的在线监测数据。
本实施例提供的技术方案通过在钢丝绳4的弱磁检测装置中设置多敏感阵列传感器，优化敏感阵列的结构，进而检测非饱和磁化条件下钢丝绳4缺陷状态。由于各个敏感阵列沿弱磁检测装置的轴向均布，能够同步采集工作状态下钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号，并通过差值处理去掉弱磁信号中的本底噪音，通过均值处理增强弱磁信号的稳定性，使弱磁检测技术适合在起重机1钢丝绳4常态化监测中的应用，同时提升检测精度和稳定性，从而为其在起重机1上普及应用成为可能。
具体地，参见图4、图5，本实施例中，多敏感阵列的起重机1钢丝绳4弱磁在线监测方法包括信号采集、信号处理和信号分析三个部分，其中，信号采集包括采集钢丝绳4缺陷信号，钢丝绳4缺陷信号包括不同磁化状态下的弱磁信号，为满足起重机1钢丝绳4工作状态下的实时监测并克服由此引起的一系列不稳定因素，本申请实施例采用多敏感阵列方式对钢丝绳4缺陷进行在线测量，以获取钢丝绳4缺陷信号。多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿弱磁检测装置的轴向均布，例如，可以分别在钢丝绳弱磁检测装置的前中后安装3个磁敏感阵列（简称敏感阵列），如图1、图8所示。假设钢丝绳4沿着某一个方向运动（如图8中的箭头方向所示），3个磁敏感阵列可以同步测量钢丝绳4缺陷在未磁化、中度磁化和高度磁化状态下的磁传感器数据（也称为弱磁信号数据），这3种数据包含相同的由钢丝绳4运动过程引起的抖动和外界噪声，通过对3个磁敏感阵列进行差值、均值等算法处理，可以得到稳定的钢丝绳4缺陷信息。钢丝绳4缺陷信息通过以太网口电压采集模块上传到单片机。这种通过增加传感器检测通道的设计方式，可以降低传统弱磁检测装置对算法处理的过高要求，也满足信息获取最大化的原则。
信号采集还可以包括编码器采样信号，编码器采样信号由设置于起重机1上的编码器2采集得到，通过编码器2频率采集模块经由RS485通信协议传到单片机中。
单片机是一种用于工业自动化和控制系统的专用计算机，其能够根据预先编写的逻辑程序，对钢丝绳4缺陷信号进行差值、均值等算法处理，以获得钢丝绳4的在线监测数据，并将钢丝绳4的在线监测数据发送至触摸屏或者起重机1主控器中以进行信号分析。
示例性地，钢丝绳4的缺陷类型可以包括磨损、断丝等。参见图5，本实施例中，通过漏磁检测技术获取钢丝绳4缺陷信号，包括：不同磁化状态下的磨损缺陷信号或者断丝缺陷信号，当然，还可以包括其他的缺陷信号，本申请对缺陷的类型不作限定。在漏磁检测的同时，还包括同步收集钢丝绳4缺陷定位的信号。起重机1工作状态中，上述信号的收集过程受到多重机械、物理因素干扰，属于含噪信号。
本实施例在对含噪信号进行小波变换之前，先对其进行预处理，也就是使用差值、均值等算法对含噪信号进行处理，通过钢丝绳4缺陷信号进行预处理来消除本底噪声，提高信号的稳定性和数据质量。
参照图8，随着钢丝绳4沿箭头所指定方向的运动，多敏感阵列传感器采集到钢丝绳4相同缺陷13位置下不同磁化状态下的含噪信号，也就是霍尔传感器电压信号，分别记为、/>、/>，其中，/>为未磁化状态下的弱磁信号，/>是中度磁化状态下的弱磁信号，/>是高度磁化状态下的弱磁信号，且/>、/>、/>均为传感器数据。
图9为根据本申请的一些实施例提供的不同磁化状态下的弱磁信号示意图，图9中，横坐标表示钢丝绳4运动距离，纵坐标表示霍尔传感器电压信号，则可以用三条曲线示出、/>、/>随钢丝绳4运动距离的变化情况。观察图9可知，未磁化状态下的弱磁信号/>代表本底噪声，其随钢丝绳4运动距离的改变不会发生明显变化，而/>、/>分别为中度磁化状态下、高度磁化状态下的弱磁信号，在相同的缺陷13位置出现了明显的波动。
对这3种弱磁信号进行算法预处理，也就是将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，即：用减去得到第一处理信号，用/>减去/>得到第二处理信号，以实现分别将不同磁化状态下弱磁信号中的本底噪声进行消除。
本实施例中，采用上述信号预处理方法可以提高数据采集和预处理的效率，避免传统方法中预处理过程消耗的运算资源。
为了进一步增加采集到的缺陷信号的稳定性，可以对上面两类信号（即第一处理信号和第二处理信号）再进行平均处理，得到第三处理信号。钢丝绳4缺陷信号预处理过程的表达式如下：
，
，
，
Echo=1/2 [(Echo2- Echo1)+(Echo3- Echo1)]（1）
式中，t为信号采集的时间，s 1 (t)、s 2 (t)、s 3 (t)分别为未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态的缺陷信号，n(t)表示本底噪声，Echo为第三处理信号。
然后，采用传统小波变换的方法对预处理后的信号（即第三处理信号）进行处理，以在时域上精准地提取和放大信号的特征点，其中，传统小波变换的方法可以是平移多尺度小波变换法。通过提取缺陷信号的基本信息和细节信息，能够更全面地理解信号的结构。
值得注意的是，信号细节部分在高频信号中呈现出不同的表现形式，通过对高频信号进行分解，可以筛选出缺陷信号的细节信息，信号的多分辨分析主要集中在对信号的低频分量不断进行细分上，以使得低频部分具有更高的分辨率。
随后，将缺陷信号的基本信息与细节信息进行重构，以获得钢丝绳4的在线监测数据。本实施例中采用先对钢丝绳4缺陷信号进行预处理再重构的方式，有助于提升缺陷信号的质量。
为解决传统小波变换中硬阈值带来的去噪信号边沿抖动问题，一些可选实施例中引入了软阈值方法，使得处理完成的信号更加光滑。具体地，对缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳4的在线监测数据，可以包括如下步骤：利用软阈值方法，对缺陷信号的基本信息和细节信息进行消噪处理之后，再使用反平移多尺度小波变换对消噪后的所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳4的在线监测数据。通过对小波变换得到的结构进行软阈值消噪处理，然后进行反平移多尺度小波变换来获得降噪信号，作为钢丝绳4的在线监测数据传送至触摸屏进行数据分析，这个完善的处理流程为后续的钢丝绳4缺陷特征识别提供了可靠的数据保证，同时有效提高了整个处理过程的效率和结果的质量。
本实施例提供的上述方法应用于钢丝绳的弱磁检测装置，该弱磁检测装置基于弱磁检测原理采集钢丝绳4的缺陷信息，以达到识别钢丝绳4中的局部损伤及损伤程度的目的。需要说明的是，基于弱磁检测原理的钢丝绳检测方法只需要将钢丝绳4进行均匀磁化即可产生弱磁信号，不需要将其磁化至饱和状态。
图1为根据本申请的一些实施例提供的钢丝绳的弱磁检测装置的结构示意图，如图1所示，钢丝绳的弱磁检测装置，也称为钢丝绳检测仪3，钢丝绳检测仪3用于对起重机1的钢丝绳4进行信号采集以获取不同磁化状态的弱磁信号和位置信息，并通过信号处理和重构来获取钢丝绳4的在线监测数据。钢丝绳4穿过编码器2后进入钢丝绳检测仪3，编码器2固定于起重机1上，用于确定钢丝绳4的移动距离，并将处理和重构后得到的钢丝绳4的在线监测数据传送到远程在线监测单元。
为了避免钢丝绳4与检测仪相对运动造成误差，在测量钢丝绳4移动距离时采用非接触式测量。编码器2被固定在起重机1电葫芦的轴心位置，与钢丝绳4无直接接触。通过监测编码器2发送的脉冲，能够准确确定钢丝绳4的移动距离，从而降低了相对运动引起的误差，并且避免了旋转编码器2与钢丝绳4摩擦产生的二次伤害。
如图1所示，起重机1可以是桥架式起重机1，钢丝绳检测仪3可以竖直悬挂在起重机1水平方向的梁上，为保持平稳，可以在梁上固定伸出多个（例如4个）柱形支架，并使用该支架对钢丝绳检测仪3进行固定。编码器2安装在起重机1水平方向的梁上，且位于钢丝绳检测仪3的上方，使得钢丝绳4沿竖直方向运动时能够先后穿过钢丝绳检测仪3和编码器2。
一些可选实施例中，弱磁检测装置包括多个磁化器，多个磁化器平行于钢丝绳4的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳4运动方向的第一组磁化器的前端、最后一组磁化器的后端，以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号，具体为：使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳4未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳4高度磁化状态下的弱磁信号。
参见图2，多个磁化器通过金属固定架固定于钢丝绳检测仪3的内壁上，磁化器可以例如是电磁铁5，电磁铁5有多个，比如第一电磁铁 51、第二电磁铁 52、第三电磁铁 53、第四电磁铁 54，每块电磁铁包含N极、S极，也就是说，弱磁检测装置采用电磁铁5作为钢丝绳4的励磁源，电磁铁5平行于钢丝绳4表面放置，励磁源通过空气场与钢丝绳4形成磁化回路。本申请充分考虑在线监测需要持续、长时间监测的特点，采用电磁铁5作为钢丝绳4的励磁源，使装置关闭时能够失去磁性，防止长时间使用装置导致钢丝绳4被磁化，避免以后检测受到干扰。
为满足钢丝绳4在上、下两个运动方向均能够稳定监测缺陷状态，磁化器采用两段式磁化结构。参见图2，两段式磁化结构具体为：把多个电磁铁5分为两组，每一组由2块电磁铁组成，比如第一组电磁铁包括上下两块电磁铁，第二组电磁铁包括上下两块电磁铁，也就是第一组包括上下相对的第一电磁铁 51与第三电磁铁 53，第二组包括上下相对的第二电磁铁 52与第四电磁铁 54。
进一步的，如图3所示，每个电磁铁5的内截面均为半圆形，各组电磁铁5的上下两个半圆形内截面的N极、S极对应相向合抱，形成圆形空心腔，钢丝绳4从空心腔的轴心穿过，使得上下两块电磁铁形成作用于钢丝绳4的多磁化回路结构。通过该多磁化回路结构能够使钢丝绳4磁化状态均匀，同时，将磁化器分成两段分别对钢丝绳4进行磁化，能够确保钢丝绳4在不同行进方向时得到相同的磁化状态。此外，由于处于励磁源正下方位置处的钢丝绳4的磁感应强度是最强的，而距离磁化中心点越远，钢丝绳4的磁感应强度越弱，故，多磁化回路结构能够更好地配合磁敏感元件511在相同时间检测到不同磁化状态的缺陷信号，提高检测效果。
为进一步保证磁化中对钢丝绳4做到尽量均匀的磁化效果，本实施例中，磁化器将每个导轮支撑上安装了弹簧进行减震。具体地，弱磁检测装置两端延伸出四个导轮，每侧两个，导轮可以采用U型滑轮11，并通过螺钉固定，用于引导钢丝绳4穿过磁化器的轴线，并将钢丝绳4固定于弱磁检测装置的中轴线位置，为保证获得均匀的磁化效果，每个导轮上安装弹簧，以减小钢丝绳4运动引起的振动，达到减震的目的。
应理解，磁化器在对钢丝绳4进行磁化处理时，磁化器与钢丝绳4之间的间隙大小可以根据钢丝绳4的直径来确定，换言之，磁化器在磁化过程中的磁化间隙是根据钢丝绳4直径而定。
根据钢丝绳4的直径确定磁化间隙的大小，能够确保钢丝绳4与磁化器保持合理的距离，不仅能够使磁场能够有效传导到钢丝绳4中，而且能够避免距离过近导致弱磁检测装置与钢丝绳4的翘丝发生剐蹭，此外，过小的磁化间距在移动中微小的抖动都会导致磁化波动变大，使得传感器与磁化部件的距离增加，从而使得装置体积变大。同时，磁化器与钢丝绳4之间保持一定间隙能够确保磁化的顺利进行，确保磁化效果的有效性和一致性。
参照图2，弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，多敏感阵列传感器设置于钢丝绳检测仪3内，优选地，多敏感阵列传感器中的敏感阵列的数量为3个，例如：第一敏感阵列61、第二敏感阵列 62、第三敏感阵列 63，各个敏感阵列沿弱磁检测装置的轴向均布，例如第一敏感阵列 61设置于第一组磁化器的前端，用于采集钢丝绳4未磁化或者中度磁化状态下的弱磁信号，第二敏感阵列 62设置于所有磁化器构成的轴线的中部，用于采集钢丝绳4高度磁化状态下的弱磁信号，第三敏感阵列 63设置于磁化器的后端，用于采集钢丝绳4未磁化或者中度磁化状态下的弱磁信号。也就是说，第一敏感阵列 61、第二敏感阵列 62、第三敏感阵列 63依次沿弱磁检测装置的轴向均匀布置，不同的敏感阵列与磁化器（即电磁铁5）的相对位置不同，故检测到的磁感应强度也不同，工作状态下，钢丝绳4与磁化器之间发生相对运动，进而使得多敏感阵列传感器能够采集到钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号。
一些可选实施例中，参照图3，每个敏感阵列包括多个敏感元件511，多个敏感元件511沿圆形钢丝绳4的周向均布；多敏感阵列传感器同步采集钢丝绳4相同缺陷13位置处不同磁化状态下的弱磁信号，具体为：通过周向均布的多个敏感元件511采集钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。通过在每个敏感阵列中设置多个敏感元件511，并且多个敏感元件511沿钢丝绳4的周向均布，可以覆盖更广的区域或范围，从而获取更全面、更全局的信号信息，提高信号采集的准确性。同时，多个敏感元件511的布置能够提供一定程度的冗余，即使某些敏感元件511出现故障或失效，仍然可以依靠其他元件来采集信号，保证数据采集的连续性和可靠性。
综上所述，以往的强磁检测方法装置需要采用磁轭来形成磁回路对钢丝绳4局部进行饱和磁化并保持磁场的均匀，存在检测装置体积过大及测量速度慢等问题。现有钢丝绳4弱磁检测仪器成本过高，功能复杂不适合在起重机1钢丝绳4常态化监测中的应用。本申请在考虑这些状况之后，通过采用弱磁的方法检测非饱和磁化条件下钢丝绳4缺陷状态，优化磁敏感阵列结构及信号预处理算法，提升检测精度和稳定性，从而为其在起重机1上普及应用成为可能。
实施例
本申请实施例提供一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测系统，系统包括钢丝绳4的弱磁检测装置，弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿弱磁检测装置的径向均布，系统包括：
信号采集单元，配置为多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；不同磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态；
第一处理单元，配置为将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；
第二处理单元，配置为对第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；
信号提取单元，配置为采用小波变换方法对第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；
信号重构单元，配置为对缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳4的在线监测数据。
一些可选实施例中，弱磁检测装置包括多个磁化器，多个所述磁化器沿钢丝绳4轴线方向平行于钢丝绳4的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳4运动方向的第一组所述磁化器的前端、最后一组所述磁化器的后端、以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；
信号采集单元，进一步配置为：使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳4未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳4高度磁化状态下的弱磁信号。
一些可选实施例中，每个敏感阵列包括多个敏感元件511，多个敏感元件511沿钢丝绳4的圆形截面的周向均布；
信号采集单元，进一步配置为：通过周向均布的多个敏感元件511采集钢丝绳4相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。
一些可选实施例中，系统还包括：U型滑轮系统；该U型滑轮系统设置在弱磁检测装置的上下两端，包括4个U型滑轮11，分成两组，每组包括2个U型滑轮11，分别设置在弱磁检测装置的上下两端，并通过弱磁检测装置的上下两端的滑轮支架进行固定，2个U型滑轮11的U型凹槽的开口呈相对设置，形成中空限位区域，中空限位区域用于固定钢丝绳4，运行状态下，钢丝绳4从上端的U型滑轮11的中空限位区域穿入，经过弱磁检测装置后从下端的U型滑轮11的中空限位区域穿出。滑轮支架开设有多个通孔，柔性绳19穿过通孔将弱磁检测装置悬挂在起重机1上。优选地，通孔有4个，分别设置在弱磁检测装置上下两端靠近4个角点处。
通过U型滑轮系统，使得钢丝绳4在中间点得以固定，同时具备了自由摆动的能力，使得弱磁检测装置能够灵活追踪钢丝绳4的摆动，实现对钢丝绳4状态更为真实、准确的监测，并在摆动过程中保持整个系统的平衡性。
参照图6、图7，U型滑轮系统采用了一种支架结构，通过延伸出的支架部分在钢丝绳检测仪3的两端安装了四个U型滑轮11，并通过螺钉将其固定在支架上。U型滑轮11的材料优选为尼龙材质，同时在U型滑轮11与螺钉接触点采用滚珠轴承，以避免长期接触钢丝绳4导致磨损，同时防止U型滑轮11吸附钢丝绳4上的铁屑。
在运动过程中，U型滑轮系统仅在钢丝绳4摆动时起到固定作用，防止钢丝绳4摆动幅度过大，同时确保钢丝绳检测仪3的内壁与钢丝绳4无直接接触，避免了钢丝绳4与钢丝绳检测仪3的内壁摩擦造成的磨损。
如图6所示，钢丝绳检测仪3的结构可沿轴线分为上、下两部分，通过合叶与锁扣固定为一个整体。当锁扣合上时，两侧的U型滑轮11将钢丝绳4固定在中间，使得钢丝绳4摆动时力能够传导给滑轮支架，保证整个系统的稳定性。
在实际应用中，这项创新设计表现出卓越性能。通过合理配置U型滑轮系统，成功降低了横向阻力，显著提高了系统的整体灵敏度。对U型滑轮系统的优化布局降低了钢丝绳4在检测仪内的摆动阻力，进一步提高了系统对微小振动和形变的检测精度。结构设计注重灵活调整性，增加了系统的通用性，使其适应不同直径和张力的钢丝绳4，提升了系统在各种工况下的可靠性和稳定性。
为了进一步增强系统的摆动响应性，检测仪通过柔性绳19悬挂在起重机1上，上下两端的柔性绳19固定，使得在钢丝绳4向下或向上移动时分别提供拉力，将检测仪牢牢固定在钢丝绳4上。
一些可选实施例中，该系统还包括：远程在线监测单元，远程在线监测单元包括：触摸屏模块，云平台；
触摸屏模块，用于接收钢丝绳4的在线监测数据并存储到本地，以在触摸屏上实时呈现钢丝绳4的状态；
云平台上部署有数据库软件，数据库软件用于对钢丝绳4的在线监测数据进行远程存储和管理，以形成钢丝绳4监测的历史数据。
本申请实施例中，远程在线监测系统采用触摸屏云平台实现远程数据传输和监测。当系统启动后，高精度传感器即时捕捉钢丝绳4的缺陷数据和移动距离信息，并通过高效的传感器和编码器2数据采集模块将数据传输到触摸屏。并且该触摸屏界面提供了用户友好的操作体验，实时呈现详细的缺陷数据，使用户能够迅速了解钢丝绳4的状态。
通过在云平台上部署有数据库软件，例如MySQL数据库，不仅限于设备本地存储，更借助云平台和MySQL数据库的整合，实现了数据的全方位远程存储和管理。用户可以通过云平台随时访问设备数据，深入了解历史数据，为更全面的绳索状态评估提供支持，提高了系统的实时监测能力和用户对数据的即时获取，同时通过远程存储和云平台，实现了远程管理的便捷性，从而为随动式钢丝绳4检测的高效操作和维护提供了核心支持。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测方法，所述方法应用于钢丝绳的弱磁检测装置，其特征在于：
所述弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿所述弱磁检测装置的轴向均布，所述方法包括：
所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；所述磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态；
将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；
对所述第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；
采用小波变换方法对所述第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；
对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据；
所述弱磁检测装置还包括多个磁化器，多个所述磁化器沿钢丝绳轴线方向平行于钢丝绳的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳运动方向的第一组所述磁化器的前端、最后一组所述磁化器的后端、以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；
所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号，具体为：
使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳高度磁化状态下的弱磁信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多敏感阵列传感器中的敏感阵列的数量为3个。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述敏感阵列包括多个敏感元件，多个所述敏感元件沿钢丝绳的圆周方向均布；
每个所述敏感阵列通过圆周方向均布的多个所述敏感元件采集所述钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据，具体为：
利用软阈值方法，对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行消噪处理之后，再使用反平移多尺度小波变换对消噪后的所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据。
5.一种多敏感阵列的起重机钢丝绳弱磁在线监测系统，所述系统包括钢丝绳的弱磁检测装置，所述弱磁检测装置包括多敏感阵列传感器，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列沿所述弱磁检测装置的轴向均布，所述系统包括：
信号采集单元，配置为所述多敏感阵列传感器同步采集工作状态下钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下的弱磁信号；所述磁化状态至少包括未磁化状态、中度磁化和高度磁化状态；
第一处理单元，配置为将中度磁化和高度磁化状态下的弱磁信号分别与相同缺陷位置处的未磁化状态下的弱磁信号进行差值处理，得到第一处理信号和第二处理信号；
第二处理单元，配置为对所述第一处理信号和第二处理信号进行均值处理，得到第三处理信号；
信号提取单元，配置为采用小波变换方法对所述第三处理信号进行提取处理，以获得缺陷信号的基本信息和细节信息；
信号重构单元，配置为对所述缺陷信号的基本信息和细节信息进行重构处理，以获得钢丝绳的在线监测数据；
所述弱磁检测装置还包括多个磁化器，多个所述磁化器沿钢丝绳轴线方向平行于钢丝绳的表面成组设置，每组包括两块电磁铁，所述多敏感阵列传感器中的各个敏感阵列至少设置于沿钢丝绳运动方向的第一组所述磁化器的前端、最后一组所述磁化器的后端、以及所有所述磁化器构成的轴线的中部；
所述信号采集单元，进一步配置为：
使用位于前端或者后端的敏感阵列采集钢丝绳未磁化状态下的弱磁信号，使用位于中部的敏感阵列采集钢丝绳高度磁化状态下的弱磁信号。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，每个所述敏感阵列包括多个敏感元件，多个所述敏感元件沿钢丝绳的圆形截面的周向均布；
所述信号采集单元，进一步配置为：每个所述敏感阵列通过圆周方向均布的多个所述敏感元件采集所述钢丝绳相同缺陷位置处不同磁化状态下表面全部的弱磁信号。
7.根据权利要求5~6任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：U型滑轮系统；
该U型滑轮系统包括4个U型滑轮，分成两组，每组包括2个U型滑轮，分别设置在弱磁检测装置的上下两端，并通过弱磁检测装置的上下两端的滑轮支架进行固定，2个U型滑轮的U型凹槽的开口呈相对设置，形成中空限位区域，中空限位区域用于固定钢丝绳，运行状态下，钢丝绳从上端的U型滑轮的中空限位区域穿入，经过弱磁检测装置后从下端的U型滑轮的中空限位区域穿出；
滑轮支架开设有多个通孔，柔性绳穿过通孔将弱磁检测装置悬挂在起重机上。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该系统还包括：
远程在线监测单元，所述远程在线监测单元包括：触摸屏模块，云平台；
所述触摸屏模块，用于接收钢丝绳的在线监测数据并存储到本地，以在触摸屏上实时呈现钢丝绳的状态；
所述云平台上部署有数据库软件，所述数据库软件用于对钢丝绳的在线监测数据进行远程存储和管理，以形成钢丝绳监测的历史数据。
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