[發明專利]一種鋼絲繩斷絲損傷識別方法及系統

有效

• 申請號: 201910581645.1
• 申請日: 2019-06-30
• 公開（公告）號: CN110231395B
• 公開（公告）日: 2021-01-19
• 發明（設計）人: 朱宏平;翁順;王盟;孫燕華;木威威;杜榮武;陳志丹;李佳靖
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N27/84
• 分類號: G01N27/84;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發明公開了一種基于小波變換和神經網絡的鋼絲繩斷絲損傷識別方法，屬于土木工程結構檢測領域。該方法包括以下步驟：首先，運用鋼絲繩探測儀檢測未知斷絲數目的鋼絲繩，提取檢測到的漏磁信號并記錄鋼絲繩直徑、鋼絲繩探測儀運行速度等參數；然后，利用小波變換的多分辨率特征和奇異性檢測能力，對提取的檢測到的漏磁信號進行連續小波變換，記錄變換后的小波系數峰峰值；接著，將記錄的峰峰值以及鋼絲繩直徑等特征值導入已經訓練好的神經網絡；最后，得到神經網絡輸出的參數，即可完成鋼絲繩斷絲數目的定量損傷識別。通過本發明，實現了鋼絲繩斷絲數目的定量識別，具有較強的實用性。

技術領域

本發明屬于土木工程結構檢測領域，涉及一種鋼絲繩斷絲損傷識別方法及系統，更具體地，涉及一種基于小波變換和神經網絡的鋼絲繩斷絲損傷識別方法及系統。

背景技術

鋼絲繩作為工程材料或器件已廣泛應用于我國基礎建設項目當中，隨著社會生產建設的迅猛發展，鋼絲繩的生產和需求不斷增長，其生產效率和速度也迅速提高。鋼絲繩在作業過程中受環境腐蝕、不確定性交變荷載、機械沖擊、磨損等影響，會出現斷絲等損傷。

傳統的鋼絲繩無損檢測方法有磁粉檢測(MPI)、滲透檢測(PT)、渦流檢測(ECT)、漏磁檢測(MFL)及超聲檢測(UT)等。磁粉與滲透檢測效率較低，多為人工手動配合得以完成；渦流檢測方法只能檢測鋼絲繩表面或近表面損傷，且與超聲一樣存在著激勵與檢測頻率之間的匹配掃描速度難以提高的問題；漏磁檢測作為一種高效而強有力的探傷技術，已被廣泛應用于各種鐵磁性材料的檢測，目前，在全世界范圍內鋼絲繩的快速探傷方法與設備中，漏磁檢測技術與相應的設備占有超80％的份量。鋼絲繩探測儀也是基于漏磁原理而研發的設備。

鋼絲繩探測儀在鋼絲繩斷絲位置處會產生缺陷漏磁場，鋼絲繩斷絲越多，其缺陷漏磁場越大，所獲得的漏磁信號峰峰值也越大。然而，鋼絲繩探測儀只能定性的分析鋼絲繩斷絲損傷情況，而無法定量的分析出鋼絲繩的斷絲數目。而且，檢測信號易受外界噪聲等因素影響，導致信號峰峰值不明顯。

由此可見，傳統的鋼絲繩無損檢測方法大多數都只能檢測出鋼絲繩是否出現斷絲，而無法準確判斷斷絲的數目。

發明內容

針對現有技術的缺陷或改進需求，本發明提供了一種基于小波變換和神經網絡的鋼絲繩斷絲損傷識別方法及系統，其目的在于充分利用小波變換的多分辨率特征和奇異性檢測能力，有效濾除外界干擾信號的影響，并且將鋼絲繩斷絲處信號放大，使峰峰值更明顯，以及利用神經網絡強大的自學習、自組織和自適應性，根據對已有的斷絲數據訓練，由此完成鋼絲繩斷絲數目的定量識別。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種鋼絲繩斷絲損傷識別方法，包括離線訓練步驟和在線檢測步驟，其中：

所述離線訓練步驟包括：

(1)將大量已知斷絲數目的鋼絲繩作為訓練樣本，將鋼絲繩直徑、鋼絲繩探測儀運行速度、鋼絲繩探測儀檢測到的漏磁信號對應的小波系數峰峰值，這三種特征量作為輸入層參數，將對應的鋼絲繩斷絲數目作為輸出層參數，對選定的神經網絡進行訓練，直至神經網絡的輸出結果在允許誤差范圍內，得到訓練好的神經網絡；

所述在線檢測步驟包括：

(2)針對未知斷絲數目的待測鋼絲繩，提取鋼絲繩探測儀檢測到的漏磁信號并記錄鋼絲繩直徑、鋼絲繩探測儀運行速度；

(3)對提取的漏磁信號進行連續小波變換，得到小波系數峰峰值；

(4)將步驟(2)記錄的鋼絲繩直徑、鋼絲繩探測儀運行速度和步驟(3)得到的小波系數峰峰值導入步驟(1)得到的訓練好的神經網絡，得到神經網絡輸出的參數，即為待測鋼絲繩的斷絲數目。

進一步地，步驟(3)包括如下子步驟：

(3.1)選取復Morlet小波作為小波母函數，表達式為：