[發明專利]一種基于漏磁信號估計鋼絲繩檢測速度與位移的方法

有效

• 申請號: 202110022358.4
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112833761B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 劉志亮;周建國;左明健
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01B7/02
• 分類號: G01B7/02;G01P3/54;G01N27/83
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

1.一種基于漏磁信號估計鋼絲繩檢測速度與位移的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、采集漏磁場信號

對鋼絲繩勵磁至飽和，然后使用Y路霍爾傳感器以等時間采樣率f_s采集鋼絲繩表面的漏磁場信號S(y)，y＝1,2,…,Y；

(2)、利用高斯窗分割漏磁場信號

利用高斯窗將每一路S(y)分割成多個長度為winL的單元漏磁信號S_y(n)，n＝1,2,…，每個S_y(n)至少包括兩個以上的完整股波信號，即式中，f_s為等時間采樣率，str_mean為取實際平均檢測速度時的股波頻率；

(3)、對單元漏磁信號進行去趨勢處理

利用變分模態分解算法對S_y(n)進行模式分解，分解后，去除第一項分量，再對其它項分量求和，得到每一路去趨勢后的單元漏磁信號SD_y(n)；

(4)、獲取有效檢測信號

計算每一路SD_y(n)的能量E和過零率ZCR，再代入至狀態特征值函數并求解，若其中某一路SD_y(n)存在狀態特征值函數f(E,ZCR)＜a，a為給定閾值，則認為鋼絲繩停止檢測，并舍棄所有通路中對應的S_y(n)；若所有路信號滿足f(E,ZCR)≥a，則保留所有通路中對應的S_y(n)，記為有效檢測信號SW_y(n)，并儲存在有效信號檢測集Ψ；

(5)、獲取最優股波信號

在有效信號檢測集Ψ中，計算每一路SW_y(μ)的特征值，包括方均根值RMS、方差S²、峭度K和峰值因子C，μ＝1,2,…,U，U表示有效信號檢測集Ψ中保留的有效檢測信號總數；

再將上述特征值代入至股波表征函數f(RMS,S²,K,C)＝y₁×RMS+y₂×S²+y₃×C-y₄×K并求解，式中，y₁、y₂、y₃、y₄為給定系數，若某一路SW_y(μ)的股波表征函數f(RMS,S²,K,C)的值最大，則將該路有效檢測信號記為最優選的股波信號ds(κ)，κ＝1,2,…N，N表示檢測信號集合Ψ中保留的有效檢測信號總數；

(6)、對股波信號進行小波分解

對股波信號ds(κ)進行連續小波變換，得到時頻矩陣W(f,b)；

式中，小波母函數ψ(s)為：

式中，s＞0，s₀為常數，一般取6；

(7)、計算瞬時頻率矩陣

計算時頻矩陣W(f,b)相對于時移因子b的偏導矩陣然后帶入至重分配關系式式中，w(f,b)為瞬時頻率矩陣，f為瞬時頻率，i為虛數單位；

(8)、利用貪婪算法尋找股波瞬時頻率曲線

(8.1)、設置前后向加窗的貪婪算法的前后向加窗窗長；

(8.2)、對瞬時頻率矩陣w(f,b)使用前后向加窗的貪婪算法，找到一條連續變化且幅值最大的股波瞬時頻率曲線，記為str(κ)，求解瞬時頻率曲線str(κ)的一階差分Δstr(κ-1)，若Δstr(κ-1)≥g，g為給定的頻率跳變閾值，則舍棄該曲線，并在w(f,b)上將該曲線的所有數據歸零；然后將前后向的窗長增加一倍，再次使用前后向加窗的貪婪算法重新搜索瞬時頻率曲線str(κ)，并以此類推，直到找到滿足條件的曲線為止；

(9)、估算鋼絲繩的瞬時檢測速度vt(κ)＝str(κ)×q，式中，q為鋼絲繩最外層股間隙，單位米每股(m/股)；股波瞬時頻率str(κ)單位股每秒(股/s)，瞬時速度vt(κ)單位米每秒(m/s)；

(10)、獲取準確檢測速度與位移

使用零相移滑動平均方法去除瞬時檢測速度中的噪聲影響，得到更加準確的實時檢測速度v(κ)；

然后根據實時檢測速度v(κ)計算鋼絲繩的實時檢測位移dis(κ)；