基于虚拟仪器的钢丝绳断丝检测系统研究与开发

摘要

钢丝绳是工程中应用极为广泛的一种挠性构件,随着钢丝绳使用的越来越广泛,由钢丝绳断绳引发的安全事故也日益增多,因此,研究钢丝绳的无损检测技术有着非常重要的现实意义。本文以钢丝绳断丝缺陷检测为目标,在了解国内外学者有关钢丝绳断丝检测方面的研究和钢丝绳结构的基础上,分析了钢丝绳的断丝形式及其特征,依据钢丝绳具有强导磁能力的特性,采用电磁检测方法和虚拟仪器技术实现了钢丝绳的断丝检测,并开发出钢丝绳断丝检测虚拟仪器系统。论文分析了钢丝绳断丝局部缺陷(Localized Fault,简称LF)漏磁检测方法的原理,讨论了钢丝绳的磁化方式以及各种磁化方式的磁化特性及其优缺点,确定了基于永磁特性的钢丝绳励磁方案和钢丝绳励磁磁路的结构及相关的磁路参数,选择了磁性材料,分析了磁化强度,设计出钢丝绳励磁器,成功实现了钢丝绳的励磁。建立了基于霍尔元件的钢丝绳断丝检测方案,设计出检测系统硬件电路,构建了钢丝绳断丝检测系统,成功实现了断丝信号的获取,实验表明,所设计的系统可以满足钢丝绳断丝检测的要求。由于钢丝绳断丝损伤信号是一随机出现的局部异常信号,通常叠加于背景噪声信号之上,其频率成份比较复杂,论文采用小波变换方法对断丝损伤信号进行预处理,研究了信号的特征,分析提取了断丝信号的特征参数,建立了钢丝绳断丝定量识别的RBF神经网络模型。采用虚拟仪器技术,开发出基于LABVIEW环境的钢丝绳断丝检测虚拟仪器系统,该系统把数据采集、数据处理和断丝状态识别等功能集成于一体,具有操作方便、灵活性高、可视化效果好的优点。大量实验结果表明,所开发的基于虚拟仪器的钢丝绳断丝检测系统可以较好地用于断丝状态的检测,断丝检出率大于90％。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.1.1 课题的提出

1.1.2 课题研究的目的及意义

1.2 钢丝绳无损检测的现状和发展史

1.2.1 钢丝绳无损检测的现状

1.2.2 关于电磁检测原理与技术

1.2.3 钢丝绳无损检测技术的发展史

1.3 本文的主要研究工作

2 钢丝绳的结构与电磁检测

2.1 钢丝绳结构

2.1.1 钢丝绳的组成

2.1.2 钢丝绳的类型

2.2 钢丝绳断丝缺陷及报废标准

2.2.1 钢丝绳断丝及其特征

2.2.2 钢丝绳断丝数报废标准

2.3 钢丝绳电磁无损检测原理

2.3.1 铁磁材料的磁滞回线

2.3.2 LF型缺陷检测原理

2.4 本章小结

3 钢丝绳的磁化与励磁器设计

3.1 钢丝绳的磁化方式

3.1.1 同轴磁化方式

3.1.2 极间磁化方式

3.2 改进的励磁器设计

3.2.1 励磁磁路结构的确定

3.2.2 励磁磁路中磁性材料的选择

3.2.3 励磁回路的磁路参数确定

3.2.4 励磁回路中磁化强度的选择

3.3 本章小结

4 钢丝绳断丝损伤漏磁检测器的设计

4.1 检测元件的选取

4.1.1 霍尔元件的工作原理

4.1.2 独立霍尔元件

4.1.3 集成霍尔元件

4.2 霍尔元件的布置

4.3 霍尔元件输出信号的处理

4.4 检测器电路板的设计与调试

4.5 本章小结

5 钢丝绳断丝损伤信号处理

5.1 钢丝绳断丝损伤信号的预处理

5.1.1 钢丝绳断丝检测信号分析

5.1.2 小波滤波原理

5.1.3 基于小波变换的滤波消噪方法

5.2 钢丝绳断丝损伤的定量识别

5.2.1 神经网络的基本概念与特征

5.2.2 神经网络模型的建立

5.3 本章小结

6 钢丝绳断丝检测虚拟仪器的设计

6.1 虚拟仪器概述

6.1.1 虚拟仪器的概念及特点

6.1.2 虚拟仪器的组成

6.2 断丝检测系统的硬件构成

6.3 断丝检测系统的软件环境

6.3.1 CCS简介

6.3.2 虚拟仪器开发环境——LABVIEW简介

6.4 断丝检测虚拟仪器系统总体方案

6.5 上位机程序的开发

6.5.1 串行通讯

6.5.2 数据采集

6.5.3 数据显示与保存

6.5.4 数据回放与数据处理

6.5.5 钢丝绳断丝检测虚拟仪器系统整体结构

6.6 下位机程序的开发

6.6.1 AD程序的开发

6.6.2 SCI程序的开发

6.7 检测实验

6.8 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 发展与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文