基于多分辨分析的钢丝绳LF检测

　　1　引言

　　在钢丝绳LF(Localized Fault局部缺陷)检测过程中,断丝漏磁信号的频率成份十分复杂,这就要求断丝检测的信号处理方法不仅能从多个频段上滤出干扰成份,而且为了确定断丝的具体位置,在频率处理的同时还要保持信号在空间域的分辨率。多分辨小波分析可以聚焦到信号的不同细节上,通过检查不同尺度下的变化情况来研究信号特征,这使它非常适合分析由于钢丝绳局部损伤引起的局部非平稳信号,下面予以介绍。

　　2　多分辨率分析

　　多分辨分析的思想[1]就是把L2-函数f写成逐次逼近且有极限,每次逼近是f的光滑形式,即具有越来越集中的光滑函数,而且这种逐次逼近用的是不同的分辨率,因此,称作多分辨分析。多分辨率分析是只对低频进行进一步分解,而高频部分则不予考虑。

　　设Vj表示分解中的低频部分Aj,Wj表示分解中的高频部分Dj。若令fj∈Vj代表分辨率为2-j的函数f∈L2(R)的逼近(即函数f的低频部分或“粗糙像”),而dj∈Wj代表逼近的误差(即函数f的高频部分或“细节”部分),则有

　　3　LF型缺陷检测的原理

　　钢丝绳LF检测原理如图1所示。利用励磁装置(2对稀土材料永磁铁)将钢丝绳磁化到一定的磁场强度后,如果钢丝绳中存在断丝,在断口处磁力线将发生扭曲并产生向外扩散的漏磁场。由福斯特模型可知,断丝数量越多,漏磁场越强;再利用基于聚磁检测技术的漏磁检测装置检测被集中后的漏磁场,获得LF型缺陷对应的漏磁场信号并将其转化为电信号,通过对电信号的标定、分析,建立传感器模型,利用这一模型进行反演,由此便可计算出钢丝绳断丝的数量和部位。

4　信号的消噪[2]及奇异性检测

　　钢丝绳断丝检测时,通过磁电传感器把漏磁信号转换成电信号,用超低功耗单片机MSP430采集而成为断丝信号,由于钢丝绳绳股效应、检测时位置脉冲编码器的抖动、断丝头产生的冲击以及检测现场的噪声等的干扰,需要对采集的信号进行处理。运用多分辨分析对检测信号进行小波分解,信号中低频部分代表信号发展趋势,随着尺度的增加,时间分辨率的降低,对信号的这种发展趋势会表现得更明显。如果信号本身中包含很陡的变化,那么在多尺度小波变换的低频部分中,显示的信号越来越不像原始信号,因为它将信号本身的陡峭变化当作高频滤掉了。如图2所示一组实验数据形成的波形图,其消噪方法为:将原始信号进行4层分解,低频信号A1、A2、A3、A4越来越接近原始信号,说明信号的噪声部分包含在高频部分D1、D2、D3、D4中,可以以门限阈值等形式对小波系数进行处理,然后对信号进行重构,即可以达到消噪的目的。从中可以发现:对原始信号进行多尺度分解与重构,断丝信号的信息大都包含在A1、A2、A3、A4,而D4小波分解的数据的绝对值很小,可视为高频干扰,剔除D4后对A1、A2、A3、A4进行重构,重构的信号比原始信号更光滑,较好地避免了由于干扰而造成的断丝误判。