本發(fā)明涉及鋼絲繩損傷檢測方法，特別涉及一種鋼絲繩外層損傷漏磁檢測定量算法。

背景技術(shù)：

目前漏磁檢測為鋼絲繩檢測常用的有效方法，一般是對(duì)鋼絲繩進(jìn)行強(qiáng)勵(lì)磁至飽和，通過鋼絲繩表面分布的磁傳感器陣列檢測鋼絲繩表面的磁信號(hào)，通過磁信號(hào)的異常，即漏磁信號(hào)，結(jié)合相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理和定量方法對(duì)鋼絲繩損傷進(jìn)行定量分析。本發(fā)明主要是針對(duì)鋼絲繩漏磁檢測的數(shù)據(jù)處理和定量計(jì)算部分。

傳統(tǒng)的對(duì)損傷的定量計(jì)算一般將定量計(jì)算問題作為分類問題，制作標(biāo)準(zhǔn)傷樣本通過標(biāo)準(zhǔn)傷的磁信號(hào)特征和實(shí)際損傷尺寸結(jié)合bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，用于損傷的定量計(jì)算，該方法存在的問題是對(duì)于超出樣本的損傷，該方法檢測結(jié)果會(huì)出現(xiàn)較大誤差，傳統(tǒng)的方法如果應(yīng)用于實(shí)際檢測則需要大量的損傷樣本，需要制作大量的標(biāo)準(zhǔn)傷或在大量的檢測中不斷的對(duì)訓(xùn)練的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練完善。同時(shí)傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定量方法對(duì)磁化因素沒有涉及，當(dāng)檢測探頭磁化條件變化或檢測鋼絲繩磁化材料屬性變化之后，之前訓(xùn)練的網(wǎng)絡(luò)難以適用。這就造成了漏磁檢測的定量困難的問題。也有一些定量方法采用有限元仿真來獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的樣本，用于定量計(jì)算。但是有限元方法計(jì)算時(shí)需要大量的時(shí)間，同時(shí)該方法也沒能解決磁化條件問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種鋼絲繩外層損傷漏磁檢測定量算法，旨在針對(duì)鋼絲繩漏磁檢測時(shí)，采用多路磁傳感器獲取磁信號(hào)后對(duì)于損傷難以定量的問題。特別涉及對(duì)螺旋結(jié)構(gòu)鋼絲繩的外層斷絲精確定量計(jì)算方法。

本發(fā)明提供一種鋼絲繩外層損傷漏磁檢測定量算法，包括以下步驟：

s1.檢測鋼絲繩的條件，并根據(jù)檢測出的條件建立數(shù)值計(jì)算參數(shù)；

s2.將上述數(shù)值計(jì)算參數(shù)代入磁偶極子模型函數(shù)計(jì)算漏磁場矢量理論值；

s3.通過計(jì)算的漏磁場矢量理論值計(jì)算檢測方向信號(hào)的信號(hào)特征，獲得波形的峰峰值vpp和峰峰寬wpp作為檢測信號(hào)特征量；

s4.基于上述磁偶極子模型采用數(shù)值模擬建立一系列不同尺寸損傷和檢測信號(hào)特征量的樣本，訓(xùn)練rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行兩者的映射；

s5.制作至少兩個(gè)實(shí)際損傷樣本，檢測出其真實(shí)漏磁信號(hào)，計(jì)算真實(shí)信號(hào)的峰峰值和峰峰寬，記為(vppi,wppi)i＝1,2,...,n；

s6.根據(jù)實(shí)際損傷樣本尺寸，采用上述理論模型計(jì)算理論漏磁信號(hào)的特征值：(vppi,wppi)i＝1,2,...,n；

s7.通過映射關(guān)系建立數(shù)值模擬計(jì)算信號(hào)特征，記為vppi、wppi和實(shí)際損傷樣本信號(hào)特征vppi、wppi之間的映射關(guān)系

s8.通過s7中的映射關(guān)系將檢測的實(shí)際損傷的信號(hào)特征轉(zhuǎn)化為數(shù)值模擬計(jì)算的信號(hào)特征；

s9.將s8中計(jì)算的模擬信號(hào)特征代入s4中訓(xùn)練的定量計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算損傷的信息。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中的鋼絲繩檢測條件為：鋼絲繩直徑dwr、外層斷絲直徑dw、損傷長度ld、損傷斷絲根數(shù)nd、軸向采樣間隔δx、一周傳感器數(shù)目ns、傳感器所在圓周直徑ds。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中，不同尺寸損傷包括損傷長度ld、損傷斷絲根數(shù)nd。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中建立數(shù)值模型的計(jì)算參數(shù)具體為：

根據(jù)鋼絲繩直徑dwr和傳感器所在圓周直徑ds計(jì)算提離lf和檢測采樣點(diǎn)參數(shù)坐標(biāo)：提離

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s1中，若為傳感器周向排布的漏磁檢測系統(tǒng)，將周向排布的傳感器檢測柱面展開為平面進(jìn)行處理，則柱坐標(biāo)系可以等價(jià)為直角坐標(biāo)系：

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系軸向坐標(biāo)x為：xi(i＝0,1,2,...,n)，其中：其中n一般取5～10，其中柱坐標(biāo)系軸向坐標(biāo)x等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系x′軸坐標(biāo)；

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系3周向坐標(biāo)c為：zj(j＝0,1,2,...,m)，其中：其中柱坐標(biāo)系周向坐標(biāo)c等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系z(mì)′軸坐標(biāo)；

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系徑向坐標(biāo)r為：yk＝lf，其中柱坐標(biāo)系徑向坐標(biāo)r等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系的y′軸坐標(biāo)；

檢測采樣點(diǎn)為一個(gè)(n+1)×(m+1)的點(diǎn)陣平面。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s2中，三維磁偶極子模型方程為

式中：為漏磁場矢量；m為和磁化因素相關(guān)的比例系數(shù)；為檢測傳感器所在空間位置和磁荷單元位置之間的空間矢量；s為磁荷單元所在的曲面，同時(shí)也是損傷和磁化方向垂直的兩個(gè)面。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，設(shè)m＝1，即將上述數(shù)值計(jì)算參數(shù)帶入磁偶極子模型函數(shù)計(jì)算檢測點(diǎn)的漏磁場矢量理論值:其中：

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s3中，以陣列傳感器檢測軸向漏磁信號(hào)hx或徑向漏磁信號(hào)hy進(jìn)行周向加和式中的hij為hx或hy，獲得波形的峰峰值vpp和峰峰寬wpp作為檢測信號(hào)的特征量。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s4中的rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行映射的關(guān)系式為所述步驟s7中的vppi、wppi和實(shí)際損傷樣本信號(hào)特征vppi、wppi之間的映射關(guān)系若映射關(guān)系采用線性關(guān)系，則提取步驟s5中任意兩個(gè)實(shí)際樣本，根據(jù)求解若映射關(guān)系采用非線性關(guān)系，則提取步驟s5中一系列實(shí)際損傷樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得映射關(guān)系

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟s5中，若螺旋結(jié)構(gòu)鋼絲繩需要對(duì)實(shí)際檢測信號(hào)濾波，先濾除股波信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近特征量和損傷尺寸的關(guān)系，對(duì)于不在訓(xùn)練樣本之內(nèi)的損傷也有很好的定量計(jì)算能力；不需要大量的實(shí)際損傷作為樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)濟(jì)省時(shí)；采用數(shù)值模型而非有限元模型建立樣本，建立訓(xùn)練樣本時(shí)計(jì)算時(shí)間短。

附圖說明

圖1是本發(fā)明中周向排布的傳感器檢測柱面展開為平面的示意圖；

圖2是本發(fā)明一種鋼絲繩外層損傷漏磁檢測定量算法的流程圖；

圖3是本發(fā)明中建立數(shù)值模擬信號(hào)和實(shí)際損傷樣本信號(hào)之間線性映射的流程圖；

圖4是本發(fā)明中建立數(shù)值模擬信號(hào)和實(shí)際損傷樣本信號(hào)之間非線性映射的流程圖；

圖5是本發(fā)明為hx周向和信號(hào)的vpp和wpp的關(guān)系圖；

圖6是本發(fā)明為hy周向和信號(hào)的vpp和wpp的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明主要是對(duì)于鋼絲繩漏磁檢測的信號(hào)處理和定量計(jì)算過程。本方法基于三維磁偶極子模型，采用文獻(xiàn)中的模型方程：

式中：為漏磁場矢量；m為和磁化因素相關(guān)的比例系數(shù)；為檢測傳感器所在空間位置和磁荷單元位置之間的空間矢量；s為磁荷單元所在的曲面，同時(shí)也是損傷和磁化方向垂直的兩個(gè)面。

另外本發(fā)明基于徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由moody和darken于1988年提出了一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，屬于前向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型，它能夠以任意精度逼近任意連續(xù)函數(shù)?；趶较蚧窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行函數(shù)逼近、曲面擬合等。

本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理過程如下：

step1：根據(jù)檢測的條件：鋼絲繩直徑dwr、外層斷絲直徑dw、損傷長度ld、損傷斷絲根數(shù)nd、軸向采樣間隔δx、一周傳感器數(shù)目ns、傳感器所在圓周直徑ds等，建立數(shù)值模型的計(jì)算參數(shù)：

根據(jù)鋼絲繩直徑dwr和傳感器所在圓周直徑ds計(jì)算提離lf和檢測采樣點(diǎn)(傳感器采樣空間點(diǎn))參數(shù)坐標(biāo)：

提離

如圖1，對(duì)于傳感器周向排布的漏磁檢測系統(tǒng)，可將周向排布的傳感器檢測柱面1展開為平面2進(jìn)行處理，則圖中所示柱坐標(biāo)系3可以等價(jià)為直角坐標(biāo)系4：

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系3軸向坐標(biāo)x(等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系x′軸坐標(biāo))為：xi(i＝0,1,2,...,n)，其中：其中n一般取5～10。

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系3周向坐標(biāo)c(等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系z(mì)′軸坐標(biāo))為：zj(j＝0,1,2,...,m)，其中：

檢測采樣點(diǎn)在柱坐標(biāo)系3徑向坐標(biāo)r(等價(jià)模型中直角坐標(biāo)系的y′軸坐標(biāo))為：yk＝lf。

檢測點(diǎn)根據(jù)實(shí)際檢測情況確定為一個(gè)(n+1)×(m+1)的點(diǎn)陣平面。

step2：設(shè)將上述數(shù)值計(jì)算參數(shù)帶入磁偶極子模型函數(shù)計(jì)算檢測點(diǎn)的漏磁場矢量理論值:其中：

計(jì)算得到hx,hy,hz均為(n+1)×(m+1)的矩陣。

step3：通過計(jì)算的漏磁場矢量理論值計(jì)算檢測方向的信號(hào)某些信號(hào)特征，本發(fā)明一般以陣列傳感器檢測軸向漏磁信號(hào)hx或徑向漏磁信號(hào)hy進(jìn)行周向加和(式中的hij為hx或hy)，獲得波形的峰峰值和峰峰寬(vpp,wpp)作為檢測信號(hào)的特征量，如圖2。

step:4：基于上述磁偶極子模型采用數(shù)值模擬建立一系列不同尺寸損傷(長度和根數(shù))和檢測信號(hào)特征量(信號(hào)波形峰峰值和峰峰寬，記為vpp,wpp)的樣本，訓(xùn)練rbf神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兩者的映射如圖3和圖4中對(duì)vpp和wpp的定義。

step5：制作至少兩個(gè)實(shí)際損傷樣本，檢測出其真實(shí)漏磁信號(hào)，計(jì)算真實(shí)信號(hào)的峰峰值和峰峰寬，記為(vppi,wppi)i＝1,2,...,n。對(duì)于螺旋結(jié)構(gòu)鋼絲繩需要對(duì)實(shí)際檢測信號(hào)濾波，濾除股波信號(hào)。

step6.根據(jù)實(shí)際損傷樣本尺寸，采用上述理論模型計(jì)算理論漏磁信號(hào)的特征值：(vppi,wppi)i＝1,2,...,n；

step7.通過線性映射關(guān)系(線性或非線性)建立數(shù)值模擬計(jì)算信號(hào)特征，記為vppi、wppi和實(shí)際損傷樣本信號(hào)特征vppi、wppi之間的映射關(guān)系其中采用線性映射關(guān)系只需要兩個(gè)實(shí)際樣本，根據(jù)求解而采用非線性映射關(guān)系，需要一系列樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，獲得映射關(guān)系其中非線性映射關(guān)系最終結(jié)果更為精確；

step8：通過step7中的映射關(guān)系將檢測的實(shí)際損傷的信號(hào)特征(vpp，wpp)轉(zhuǎn)化為數(shù)值模擬計(jì)算的信號(hào)特征(vpp,wpp)。

step9：將step8中計(jì)算的模擬信號(hào)特征代入step4中訓(xùn)練的定量計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，計(jì)算損傷的實(shí)際尺寸。

本發(fā)明的有益效果：

1)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逼近特征量和損傷尺寸的關(guān)系，不是采用分類問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于不在訓(xùn)練樣本之內(nèi)的損傷也有很好的定量計(jì)算能力；

2)本方法不需要大量的實(shí)際損傷作為樣本訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)濟(jì)省時(shí)；

3)采用數(shù)值模型而非有限元模型建立樣本，建立訓(xùn)練樣本時(shí)計(jì)算時(shí)間短；

4)根據(jù)磁偶極子數(shù)值模擬計(jì)算建立定量計(jì)算網(wǎng)絡(luò)時(shí)，沒有磁化因素參數(shù)，在step5時(shí)才將實(shí)際磁化因素和數(shù)值模擬關(guān)系建立起來，所以訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)不含磁化因素。在磁化條件改變時(shí)，只需要制作兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)損傷樣本，網(wǎng)絡(luò)可繼續(xù)使用。

以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。