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原文传递一种提升机钢丝绳断丝检测实验系统及其检测方法

专利名称：	一种提升机钢丝绳断丝检测实验系统及其检测方法
摘要：	一种提升机钢丝绳断丝检测实验系统及其检测方法，包括底板、第一支撑装置、第二支撑装置、第三支撑装置和检测装置；钢丝绳依次绕设在左边一对支撑轮、左边张紧轮、驱动轮、右边张紧轮、右边一对支撑轮的外侧并形成闭环；检测装置包括励磁装置和检测组件；励磁装置设置在钢丝绳上；霍尔传感阵列依次与调理装置、信号采集装置、信号采集装置连接；其相应的检测方法通过改进非局部均值去噪方法对多个尺度信号进行去噪，采用粒子群优化后的支持向量机模型对断丝进行定量识别；本提升机钢丝绳断丝检测实验系统及其检测方法，对钢丝绳不同工况下信号采集和分析，实现断丝的定量识别，具有检测速度快、非接触等优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	枣庄学院
发明人：	张晓光;李丹丹;任世锦;孙正;卢纪丽;徐桂云;李辉
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-11T00:00:00+0800
申请号：	CN201910526967.6
公开号：	CN110320265A
代理机构：	徐州市淮海专利事务所
代理人：	胡亚辉
分类号：	G01N27/82(2006.01);G;G01;G01N;G01N27
申请人地址：	277160 山东省枣庄市市中区北安路1号
主权项：	1.一种提升机钢丝绳断丝检测实验系统，其特征在于，包括底板(1)、第一支撑装置、第二支撑装置、第三支撑装置和检测装置(6)；所述第一支撑装置为一对，并对称设置在底板(1)左右两端，每组第一支撑装置包括竖直设置在底板(1)上的第一支撑柱(21)和一对上下布置并转动安装在第一支撑柱(21)上的支撑轮(22)；所述第二支撑装置设置在底板(1)中部，包括竖直设置在底板(1)上的第二支撑柱(31)和转动安装在第二支撑柱(31)上的驱动轮(33)，所述驱动轮(33)与驱动电机连接；所述第三支撑装置为一对，一对第三支撑装置左右设置在第二支撑装置两侧，并位于一对第一支撑装置之间，每组第三支撑装置包括竖直设置在底板(1)上的第三支撑柱(41)和上下滑动并通过锁紧杆(43)锁紧固定的张紧轮(42)，所述张紧轮(42)转动设置；钢丝绳(5)依次绕设在左边一对支撑轮(22)、左边张紧轮(42)、驱动轮(33)、右边张紧轮(42)、右边一对支撑轮(22)的外侧并形成闭环；所述检测装置(6)设置在钢丝绳(5)上，包括励磁装置(61)、检测组件(62)、信号采集装置(63)和信号处理装置(64)；所述励磁装置(61)设置在钢丝绳(5)上，检测组件(62)靠近励磁装置(61)并位于钢丝绳(5)移动方向一侧，所述检测组件(62)包括支撑环(621)、霍尔传感阵列(623)和调理装置(622)；所述支撑环(621)套筒在钢丝绳(5)上，所述霍尔传感阵列(623)与调理装置(622)均设置在支撑环(621)上，霍尔传感阵列(623)依次与调理装置(622)、信号采集装置(63)、信号处理装置(64)连接。 2.根据权利要求1所述的提升机钢丝绳断丝检测实验系统，其特征在于，所述检测组件(62)为多组，并圆周均匀分布在支撑环(621)上，所述霍尔传感阵列(623)包括三个霍尔传感器，三个霍尔传感器两两空间相互垂直。 3.根据权利要求1或2所述的提升机钢丝绳断丝检测实验系统，其特征在于，所述驱动轮(33)上方转动安装压轮(32)，所述压轮(32)上下滑动设置在第二支撑柱(31)上，并通过锁紧装置锁紧固定。 4.根据权利要求3所述的提升机钢丝绳断丝检测实验系统，其特征在于，所述第一支撑柱(21)上设有上下布置贯穿槽(26)，一对支撑轮(22)转动对应安装在一对在支撑轴(24)上，一对支撑轴(24)滑动设置在贯穿槽(26)内，并且一端分别设有固定块(23)，一对固定块(23)之间通过压缩弹簧(25)连接。 5.一种提升机钢丝绳断丝检测方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：确定钢丝绳(5)长度和直径；第二步：钢丝绳(5)先经过励磁装置(61)进行励磁处理，霍尔传感阵列(623)对励磁后的钢丝绳(5)上的磁场转化为电压信号输出，并由调理装置(622)整形和放大，再传送至信号采集装置(63)中形成漏磁信号x(n)；第三步：利用可调品质因子Q小波变换对漏磁信号x(n)进行多尺度分解，其中分解过程如下： (1)根据谱峭度的大小选择最优的可调品质因子Q和冗余度r； (2)根据谱峭度的大小选Q小波变换进行漏磁信号x(n)分解，把漏磁信号x(n)分解为多个尺度； (3)通过改进非局部均值去噪方法对第三步(2)中的多个尺度信号进行去噪； (4)根据第三步中(3)的去噪小波系数和逼近系数重构原始信号第四步：对重构原始信号的特征提取，提取信号的峰值、信号波宽、波形面积、模糊熵、峭度、钢丝绳(5)直径、钢丝直径、波峰角和峰值作为特征量，并生成数据样本X＝[x1,x2,…,xN]；第五步：采用鲁棒稀疏范数主成分分析把X＝[x1,x2,…,xN]投影到主成分空间，消除数据样本中冗余特征和非高斯噪声的影响，算法流程为输入：由第四步得到的特征值原始数据X＝[x1,x2,…,xN]，稀疏度k以及主成分数量d，阈值ε；输出：主成分pi，i＝1,2,…,d； Step1.记p0＝0∈RD，且m＝1； Step2.令 Step3.计算数据集的主成分pm： 1)初始化pt(0)，并规格化pt(0)＝pt(0)/\|\|pt(0)\|\|2，j＝0； 2)若q≤1且存在则pt(j)＝(pt(j)+Δ)/\|\|pt(j)+Δ\|\|2，Δ是一个随机扰动数； 3)计算pt(j)的迭代表达式：首先计算目标函数Fq(pt(j))的梯度：其中sgn(a)为符号函数，令其中λ是中第k+1个最大的元素，(λ)+定义如下那么pt(j)的迭代形式可写为如下形式 pt(j+1)＝a(j)/\|\|a(j)\|\| 4)如果\|Fq(pt(j))-Fq(pt(j+1))\|＞ε，则j＝j+1转到第五步中的2)；否则 pm-1＝pt(j)，m＝m+1； Step4.如果m＝d，算法结束，输出主成分p1,p2,…,pd；否则转到第五步中的step2；令P＝[p1,p2,…,pd]，对新的数据x，LqSPCA降维后的数据为 z＝PTx 第六步：针对不同断丝根数的钢丝绳(5)进行试验，并根据第二步至第五步分别生成对应的钢丝绳(5)断丝数据样本，采用粒子群优化的支持向量机训练，输入特征值样本，输出断丝根数，进行断丝定量识别，粒子群优化的支持向量机的算法流程为： 1)选择训练集和测试集，数据预处理初始化种群和速度； 2)用训练集训练支持向量机网络，计算初始度函数； 3)适应度是否满足终止条件； 4)满足条件，输出最优惩罚参数C和核函数的参数σ； 5)不满足条件，更新粒子速度和位置，跳回第六步中的2)； 6)利用最优参数训练支持向量机； 7)采用训练好的网络对采集的断丝特征值进行预测，输出断丝根数；第七步：完成钢丝绳(5)检测。 6.根据权利要求5所述的一种提升机钢丝绳断丝检测方法，其特征在于，所述谱峭度定义为其中，f是频率，C4x(f)和S2x(f)分别表示漏磁信号x(n)在频率f处的4阶谱累积量和2阶谱瞬时矩，其定义形式如下： S2nx(f)＝E{\|H(t,f)\|2n}S2nx 其中，E(·)表示数学期望，H(t,f)是使用如下表示对信号x(t)分解得到的时间-频率复包络，即 dZy(f)为正交谱递增。 7.根据权利要求5所述的一种提升机钢丝绳断丝检测方法，其特征在于，所述模糊熵的计算方法如下： (1)对规格化时间序列给定嵌入维数m、相似度容忍度r以及指数函数梯度n，构建相空间 (2)定义与之间的距离 i,j＝1,2,…,N-m+1，i≠j (3)使用模糊函数计算与之间的相似度 (4)定义平均线速度函数 (5)对m+1，重复上述步骤(1)-(4)得到相似度然后计算原始信号的模糊熵如下： (6)对数据集长度N有限时，模糊熵计算方法如下：。 8.根据权利要求5所述的一种提升机钢丝绳断丝检测方法，其特征在于，所述非局部均值去噪方法为：假设f(k)被噪声n(k)破坏，含噪信号x(k)为 x(k)＝f(k)+n(k) 第i时刻的去噪信号为所有点的加权平均值，即 W(i,j)＝exp(-D(i,j)/ρ2)exp(-\|x(i)-x(j)\|2/g2) 其中，W(i,j)为权重，C(i)是一个归一化因子，为去噪结果，x()为分解的尺度信号；其中σ是噪声标准偏差； NΔ是局部块样本值的大小， Di其中是TQWT获得的系数；c'＝0.6； N(i)表示目标样本的搜索窗口，N(i)＝2K+1，K是半宽，邻域的大小NΔ＝2P+1； D(i,j)＝\|\|x(Δi)-x(Δj)\|\|2。
所属类别：	发明专利