CN204302225U

CN204302225U - 钢丝绳在线检测信号预处理装置

Info

Publication number: CN204302225U
Application number: CN201420734275.3U
Authority: CN
Inventors: 田劼; 王红尧; 孟国营; 周俊莹; 吴淼; 薛光辉; 张晞; 李国华
Original assignee: China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT; China University of Mining and Technology Beijing CUMTB
Priority date: 2014-11-28
Filing date: 2014-11-28
Publication date: 2015-04-29
Anticipated expiration: 2024-11-28

Abstract

本实用新型提出一种钢丝绳在线检测信号预处理装置，包括：设置在钢丝绳上的至少一个探伤传感器，其中，每个钢丝绳上设置一个探伤传感器；与至少一个探伤传感器相连，用于采集至少一个探伤传感器的检测信号的采集装置；与采集模块相连的处理器，处理器对检测信号进行抗干扰处理，得到输出信号。本实用新型的装置能够实时、有效地对钢丝绳的损伤程度进行判断，具有效率高、准确度高、可靠性好的优点。

Description

钢丝绳在线检测信号预处理装置

技术领域

本实用新型涉及煤矿安全检测技术领域，特别涉及一种钢丝绳在线检测信号预处理装置。

背景技术

煤矿主、副井提升系统是煤矿生产的“咽喉”，钢丝绳是煤矿主、副井提升系统的关键组成部分。钢丝绳长期使用会因疲劳、环境潮湿等原因出现“断丝”、“磨损”、“锈蚀”等现象，因而存在安全隐患。为避免钢丝绳断绳事故的发生，国内外许多专家学者曾经研究了一系列钢丝绳损伤自动检测手段，其中只有电磁检测法得到了实践和推广，是公认的相对可靠的检测方法，但还存在不足，其仅作为人工手摸的补充检测方法。煤矿提升钢丝绳的检测目前仍然是一个世界性难题，这其中的重要原因之一是缺乏实用可靠的钢丝绳在线检测信号预处理装置。

目前的钢丝绳信号预处理装置通常只针对单个传感器输出的电压信号进行处理，且信号调理方法简单，仅包括信号的整形、放大、低通滤波等环节。部分钢丝绳在线检测系统的信号预处理采用了小波滤波方法，但该环节主要在上位机完成，增加了上位机的运算量，无法保证钢丝绳在线检测信号在上位机的实时识别、显示与报警，且小波滤波方法主要对高频噪声进行滤除，煤矿提升钢丝绳检测过程中，受运行速度和张力的影响，钢丝绳会产生抖动使检测信号发生漂移，小波滤波方法对随速度变化的低频漂移信号并不敏感且计算量大，常常不能够及时滤除，而对后续信号的定量识别产生影响，从而产生判断误差。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述相关技术中的技术问题之一。

为此，本实用新型的目的在于提供一种钢丝绳在线检测信号预处理装置，该装置能够实时、有效地对钢丝绳的损伤程度进行判断，具有效率高、准确度高、可靠性好的优点。

为了实现上述目的，本实用新型提出了一种钢丝绳在线检测信号预处理装置，包括：设置在钢丝绳上的至少一个探伤传感器，其中，每个钢丝绳上设置一个探伤传感器；与所述至少一个探伤传感器相连，用于采集所述至少一个探伤传感器的检测信号的采集装置；与所述采集模块相连的处理器，所述处理器对所述检测信号进行抗干扰处理，得到输出信号。

根据本实用新型的钢丝绳在线检测信号预处理装置，通过处理器对探伤传感器的检测信号进行抗干扰处理，以对检测信号中的多种干扰信号进行有效抑制，从而输出稳定性好、准确度高的信号。进而，该装置能够实时、有效地对钢丝绳的损伤程度进行判断，具有效率高、准确度高、可靠性好的优点。

另外，根据本实用新型上述的钢丝绳在线检测信号预处理装置还可以具有如下附加的技术特征：

在一些示例中，所述处理器由FPGA、ARM和DSP组成。

在一些示例中，所述探伤传感器的检测信号包括：16路或32路的电压信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。

在一些示例中，所述采集装置包括24位AD转换芯片，用于实现16路或32路的电压信号的并行采集。

在一些示例中，其中，所述处理器的输出信号包括：RS232信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型一个实施例的钢丝绳在线检测信号预处理装置的结构框图；

图2为根据本实用新型另一个实施例的钢丝绳在线检测信号预处理装置的结构示意图；

图3为根据本实用新型一个实施例的钢丝绳在线检测信号的预处理方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

以下结合附图描述根据本实用新型实施例的钢丝绳在线检测信号预处理装置。

图1是根据本实用新型一个实施例的钢丝绳在线检测信号预处理装置的结构框图。如图1所示，该装置100包括至少一个探伤传感器110、采集装置120和处理器130。

其中，至少一个探伤传感器110设置在提升钢丝绳上，并且，每个钢丝绳上设置一个探伤传感器110。

采集装置120与至少一个探伤传感器110相连，用于采集至少一个探伤传感器110的检测信号。也就是说，如果至少一个探伤传感器110为多个，则可同时对多根煤矿提升钢丝绳上的多路探伤传感器110的检测信号进行采集，提高了采集效率。

在本实用新型的一个实施例中，探伤传感器120的检测信号例如包括：16路或32路的电压信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。也就是说，采集装置120支持不同厂家生产的探伤传感器输出的多种形式的检测信号，应用范围广，可扩展性强。

进一步地，在一些示例中，如图2所示，采集装置120例如包括24位AD转换芯片，用于实现16路或32路的电压信号的并行采集。其中，最小信号例如可采集到100uV以下的微弱电压信号，也即，采集精度高。

处理器130与采集装置120相连，用于对采集装置120采集的检测信号进行抗干扰处理，得到输出信号。

在一些示例中，如图2所示，处理器130例如由FPGA、ARM和DSP组成硬件结构。更为具体地，处理器内嵌入uc/osII实时操作系统保证运算的实时性。具体而言，如图2所示，ARM+DSP芯片内采用离散数字形态变换和快速小波变换相结合的算法，对在线检测信号进行滤波处理。该算法通过开闭、闭开运算和自适应处理方法，构建自适应加权组合滤波器对随速度变化的钢丝绳在线检测的低频漂移信号、低频绳股漏磁场信号、工频干扰信号进行抑制。在上述处理基础上，通过小波分解与重构方法对检测信号中的高频噪声、绳股漏磁场信号进行抑制。最终对钢丝绳在线运行时因晃动产生的漂移信号，以及绳股漏磁场信号、工频干扰信号、高频噪声等多种干扰，尤其是随速度变化的低频漂移信号、绳股漏磁场信号、工频干扰信号进行有效抑制，从而使检测信号的稳定性和可靠性提高，进而使得判断结果更加准确。

在一些示例中，处理器130的输出信号也可采用多种形式，便于与不同厂家生产的基于PC机或嵌入式系统的信号定量识别平台接口。具体地，如图2所示，处理器130的输出信号包括RS232信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。

作为一个具体示例，如图3所示，钢丝绳在线检测信号的预处理方法包括以下步骤：

步骤S301，采集钢丝绳在线检测信号。

步骤S302，根据在线检测信号通过离散数字形态变换抑制随速度变化的低频漂移信号、低频绳股漏磁场信号和工频干扰信号，其中，离散数字形态变换通过自适应加权组合的开、闭形态滤波器实现抑制。

步骤S303，通过小波变换第一层分解抑制高频噪声和绳股漏磁场信号。

步骤S304，对处理后的信号进一步通过离散数字形态变换抑制随速度变化的低频漂移信号、低频绳股漏磁场信号和工频干扰信号。

步骤S305，通过小波变换第二层分解抑制高频噪声和绳股漏磁场信号。

步骤S306，对处理后的信号继续进一步通过离散数字形态变换抑制随速度变化的低频漂移信号、低频绳股漏磁场信号和工频干扰信号。

需要说明的是，如图3所示，本实用新型上述实施例的中间处理步骤与上述步骤类似，为了减少冗余，此处不再赘述。

步骤S307，通过小波变换第六层分解抑制高频噪声和绳股漏磁场信号。

综上，根据本实用新型的钢丝绳在线检测信号预处理装置，通过处理器对探伤传感器的检测信号进行抗干扰处理，以对检测信号中的多种干扰信号进行有效抑制，从而输出稳定性好、准确度高的信号。进而，该装置能够实时、有效地对钢丝绳的损伤程度进行判断，具有效率高、准确度高、可靠性好的优点。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种钢丝绳在线检测信号预处理装置，其特征在于，包括：

设置在钢丝绳上的至少一个探伤传感器，其中，每个钢丝绳上设置一个探伤传感器；

与所述至少一个探伤传感器相连，用于采集所述至少一个探伤传感器的检测信号的采集装置；以及

与所述采集装置相连的处理器，所述处理器对所述检测信号进行抗干扰处理，得到输出信号。

2.根据权利要求1所述的钢丝绳在线检测信号预处理装置，其特征在于，所述处理器由FPGA、ARM和DSP组成。

3.根据权利要求1所述的钢丝绳在线检测信号预处理装置，其特征在于，其中，所述探伤传感器的检测信号包括：16路或32路的电压信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。

4.根据权利要求3所述的钢丝绳在线检测信号预处理装置，其特征在于，所述采集装置包括24位AD转换芯片，用于实现16路或32路的电压信号的并行采集。

5.根据权利要求1所述的钢丝绳在线检测信号预处理装置，其特征在于，其中，所述处理器的输出信号包括：RS232信号、CAN总线信号、RS-485信号、LonWorks总线信号、无线WiFi信号、无线Zigbee信号和蓝牙信号。