基于模糊识别方法的钢丝绳缺陷损伤检测的研究

　　1　引　　言

　　实现对钢丝绳缺陷损伤的定量检测,要解决二大问题:一是有效获取缺陷信号;二是对缺陷信号的处理。在获取缺陷信号方面,多用“电磁检测法”。运 用外施磁场将钢丝绳轴向磁化,磁化后的钢丝绳表面形成漏磁场。由于钢丝绳缺陷处和无缺陷处的物质磁导率不同,其缺陷处漏磁场的密度和分布与缺陷状态密切相 关。用磁敏感元件(霍尔元件、磁通门等)检测此漏磁场信号,即可获得有关钢丝绳缺陷的信息。这种电磁检测方法比其它方法具有明显优点而被广泛采用 [1～2]。

　　在缺陷信号处理方面,文献[3～4]从不同角度通过建立并求解缺陷漏磁场数学模型来辨识钢丝绳缺陷损伤。文献[5]采用基于时序分析的模式识别 方法对钢丝绳缺陷损伤进行定量判定,其准判率有所提高。但事实上,由于钢丝绳结构复杂,其缺陷类型及缺陷损伤程度难以用数学模型精确描述,或者是缺陷模式 样本无严格归属,加之钢丝绳检测现场工作环境恶劣,各种外界干扰也严重影响到对钢丝绳的定量判定。因此,目前的这些钢丝绳缺陷信号处理方法在实用化方面还 有相当距离。

　　本文提出用模糊识别方法对钢丝绳缺陷损伤进行定量分析,在此基础上研制成功一种模糊型钢丝绳缺陷检测仪。试验表明,用模糊方法识别钢丝绳缺陷损伤,有它独特的优点,并且钢丝绳缺陷损伤定量判定准确程度也较高。

　　2　钢丝绳缺陷损伤的模糊性

　　钢丝绳缺陷损伤类型基本分为二大类:局部缺陷(Localized Fault,简称LF型)和截面损耗(Loss ofMatellic Area,简称LMA型)。通常为简化分析,将LF型缺陷等效为断丝,LMA型缺陷等效为周向磨损,如图1所示。对于这二种缺陷类型实际上是难以精确划分 的。轻微的LMA缺陷可能被认为是LF型;而在绳轴方向有一定扩展的LF缺陷也可能被认为是LMA型。在对钢丝绳缺陷损伤程度定量判定时,也存在着类似的 模糊性。如断丝1根和2根之间没有确定性界限,导致缺陷损伤的错判和漏判。这从诸多文献报导的各种类型钢丝绳损伤仪准判率不高,缺乏实用性足以证明。

　　3　模糊型钢丝绳缺陷检测仪结构以及缺陷信号特征量

　　我们研制的模糊型钢丝绳缺陷检测仪结构原理如图2所示。检测传感器内壁沿圆周方向均匀布置6路磁通门探头检测通道,传感器输出的检测信号经 8098单片机ACH口采样获得。其采样得到的6路缺陷信号如图3(a)所示。图中坐标:X轴——绳周方向(传感器检测通道);Y轴——绳长方向(缺陷信 号宽度);Z轴——绳法向(缺陷信号幅值)。

　　显然,不同缺陷类型及损伤程度其信号的变化形状在各通道的反映是不同的,因而在信号处理中必须综合考虑全部6路通道的状况。为此定义如下3个特征量。