钢丝绳在线智能检测系统的设计与实现
文章编号：１００１－９９４４（２０１２）０７—００４６—０４
钢丝绳在线智能检测系统的设计与实现
钟小勇．张小红
（江西理工大学理学院，赣州３４１０００）
摘要：钢丝绳的完好程度直接关系到人身和设备安全。针对目前钢丝绳检测中自动化程度 低及安全性评估较为薄弱的状况．采用霍尔元件阵列检测钢丝绳表面漏磁场，以数字信号 处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为控制核心．设计并实现了钢丝绳在线智能检测系统。试验及应用表 明：该系统性能稳定可靠，适应较为恶劣的现场检测环境，能够在线自动识别钢丝绳缺陷， 并对钢丝绳状况做出定量评估。 关键词：钢丝绳；检测；缺陷；漏磁场；数字信号处理器 中图分类号：ＴＰ２７４ 文献标志码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｏｎｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｗｉｒｅ
Ｒｏｐｅ
ｚＨ０ＮＧ Ｘｉａｏ．ｙｏｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｘｉａｏ—ｈｏｎｇ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｊｉａｎｇｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｚｈｏｕ ３４１０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｈａｓ ｄｉｒｅｃｔ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ｌｉｖｅｓ ａｎｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ０ｆ ｔｈｅ ｌＯＷ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｌｅｖｅｌ ａｎｄ ｗｅａｋ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｅｘｉｓｔｅｄ ｉｎ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅｓ，ａ ｏｎｌｉｎｅ ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔａｋｅｓ ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ｗｉｔｈ Ｈａｌｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｒｒａｙ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｌｅａｋａｇｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ ａｒｏｕｎｄ ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｓｔａｂｌｅ，ｒｅｌｉａｂｌｅ ａｎｄ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｈａｒｓｈ ｆｉｅｌｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｃａｎ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｏｎｌｉｎｅ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｅ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ；ｆａｕｌｔ；ｌｅａｋａｇｅ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ；ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ
钢丝绳作为承载的重要部件，广泛应用于提
升、起重和牵引系统之中。设备运行时，钢丝绳会不 断受到磨擦、反复缠绕等机械运动，以及锈蚀等环 境因素影响，产生各种缺陷ｌ１１，从而导致其承载能力
降低。一旦发生断裂，后果将是严重的。因此，对钢 丝绳进行监测十分必要ｌ】－２］。目前，多数企业依然采
用人工手摸目测的检测方法，钢丝绳检测及安全性 评估较为薄弱。虽然钢丝绳缺陷检测与分析技术取
得了一定的进展，现有的检测手段仍然存在效率低、 自动化水平不高等问题［２－３１。 本文在深入研究钢丝绳无损检测技术及实验的 基础上．结合嵌入式系统及智能化信息处理等技术，
设计了以数字信号处理器ＴＭＳ３２０Ｆ２８ｌ２为核心的
钢丝绳在线智能检测系统。经港口、矿山等一些部门
收稿日期：２０１２一Ｏ１—３１：修订日期：２０１２－０２—０７ 基金项目：国家自然科学基金项目（１１０６２００２）；江西省自然科学基金项目（２０１０ＧＺＳ００８３） 作者简介：钟小勇（１９６４一），男，教授级高级工程师，研究方向为传感技术、无损检测、嵌入式系统；张小红（１９６６一），女，教 授，研究方向为细胞神经网络、非线性动力学系统理论。
口 Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ＆Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ ２０１２（７）
的使用，取得了较为满意的效果。
１ 检测原理 钢丝绳由多股钢丝螺旋形捻制而成，每股又包
含众多的单根钢丝，是一种铁磁性构件。利用钢丝 绳导磁性能良好的特性．本系统检测原理采用电磁
检测法。如图１所示。当钢丝绳通过传感器时，传感 器中的永磁体将被检钢丝绳段局部磁化至饱和状
态。如果钢丝绳存在缺陷，如裂纹、断丝和磨损等， 由于非铁磁性物质的磁导率远比钢丝绳本身小，缺
陷处磁阻增大，从而使通过该区域的磁场发生畸 变。缺陷附近将产生扩散漏磁场 。缺陷的状况将
在漏磁场的特征参数中有所反映，磁敏感检测元件 搜集钢丝绳周围的漏磁场信息。经过磁电转换后成 为包含缺陷信息的电信号。对此信号进行处理、分
析和反演，即可得到钢丝绳的缺陷情况。
Ｉ Ｉ叶，， 俐
蚕，＇－，Ｉ奏，。 — 钢丝绳
三芎ｉ薯＝＝＝＝ 暑＝＝ ＇ｃ皇＝＝＝ ＝＝＝：
Ｊ’哥Ｉ口Ｊ箬 卜
图１ 传感器检测原理示惹图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｎｓｏｒ’Ｓ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
１．１ 检测元件
目前，对漏磁场的检测可采用霍尔元件、感应
线圈、磁通门等元件。与其它检测元件相比，霍尔元 件输出电压与速度无关，体积小，分辨力高。考虑现
场检测时。钢丝绳运行速度难以控制均匀，会产生 晃动，本系统检测元件采用霍尔元件。另外，现场钢
丝绳表面的油垢往往较多，霍尔元件输出信号不受 其影响。单片霍尔元件搜索的范围有限，系统采用 多片霍尔元件均匀布置于钢丝绳的周向组成阵列。
所需检测元件的最少个数Ⅳｍ 仰 Ｖｍｉｎ一－
式中：Ｄ为被检钢丝绳直径；ＡＢ为单个检测元件的
检测范围。 由于检测现场往往存在大量的干扰嘲，选取检
测元件的个数大于Ⅳｍｉ ，以提高信噪比。 对不同的钢丝绳缺陷，霍尔元件输出信号波形
自动化与仪表２０１２（７） 可用下式来描述：
ｇ（ｐ，Ｗ，Ｓ）＝ （ ，Ｚ，ｄ， ｄ， ， ） （２） 式中：Ｐ为检测到缺陷信号的峰值，ｍＶ；Ｗ为缺陷信 号的宽度，ｍｍ；ｓ为缺陷信号的面积； 为缺陷区域 产生的漏磁场分布函数，与缺陷减少量△４、缺陷发
生的长度ｌ、缺陷产生的部位ｄ、缺陷区域内的磁导 率 、钢丝绳的磁导率 和磁化强度 有关。． 为 传感器的性能参数，它与传感器结构有关。 １．２缺陷信号特征量 霍尔元件检测到的钢丝绳缺陷漏磁信号，如图 ２所示。缺陷漏磁信号的峰和两个谷组成一个波动。
该信号经过后续电路处理，用漏磁信号的特征量对 缺陷进行定性和定量判别，得出钢丝绳的完好状况。
０Ｖ ／
八 Ｄ
√
＼ 『＼
图２检测元件输出信号渡形图 Ｆｉｇ．２ Ｏｕｔｐｕｔ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｇｎａｌ
钢丝绳损伤分析识别特征量的选取主要考虑以 下几方面因素。 ①信号的峰值：由于断丝附近存在信号局部峰 值，这部分信号的绝对峰值常常高于正常钢丝绳的
股波漏磁信号。因此．可根据一个捻距内峰值的大 小粗略判断该捻距内有无断丝及断丝的位置。
－－ｍａｘ｛ｙ（ｋ）｝，ｋ＝ｌ，２，…，ｎ （３） ②信号的峰峰值：局部异常信号的波峰与波谷
间幅值之差的绝对值即为信号的峰峰值。该因素消 除信号轴线所产生的影响，可粗略判断钢丝绳断丝 的根数。
：Ｉｍａｘ｛ｙ（ｋ）｝－ｒａｉｎ｛ｙ（ｋ））ｌ （４） ③波宽：为了更好地描述缺陷信号的状态以及
钢丝绳损伤的程度，除考虑幅度方面的因素外。还应 考虑空间分布情况。波宽是衡量损伤宽度的主要指
标，同一位置不同的断丝根数会引起波宽的不一致。
定义阈值电压 处的波宽为
＝ ㈩Ｊ＇ｃ ｋ ｛ （５）
④波形下面积：定义为一个波动内信号的面积。
它与波动信号的均值有关，且综合了信号幅度和宽 度两方面的因素。在定量识别中用来表征缺陷的幅
度和深度。
５ ∑Ｊｒ（ｋ）一ｍｉｎ｛ｙ（ｋ）１］ （６） ｋ＝ｌ 为了提高效率，使用信号的峰值、峰峰值等特 征量对信号做出初步的定性判断，然后再进行较复
杂的定量分析。
２系统硬件电路设计
系统硬件框图如图３所示。
图３系统硬件框图 Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ
传感器中检测元件输出的信号经信号调理后进
行ＭＤ转换。考滤到钢丝绳有直径粗细各种型号，其
缺陷信号动态范围非常宽，ＭＤ转换器采用高精度 的外接芯片。 Ｄ转换后的数字信号送至 ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２，按一定的算法进行在线智能分析、处
理。当检测到缺陷时，系统实时显示并呜叫报警。系 统通过多路选择电路对传感器检测阵列中的多路检
测元件进行依次循环检测。薄膜键盘用于输入参数 和命令；而存储器用于存储输入的参数，缺陷判断依
据算法及各种数据。以ＤＳＰ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为核心的 在线智能处理系统既可独立工作。又可通过接口，向
上位机传送数据，实现存档、历史数据查询等功能。 ２．１信号调理电路
信号调理电路包括阻容耦合、信号放大和用于 抑制高频干扰的二阶巴特沃斯低通滤波器，如图４ 所示。电路采用ＴＩ公司生产的低电压、低功耗、轨至
轨输出四运算放大器ＴＬＶ２２５４，适合电池供电的场 合及现场探伤。霍尔检测元件ＵＧＮ３５１５工作电压
口 范围４．５ Ｖ一６ Ｖ，对应外界磁场为０时的静态输出电 压为２．５ Ｖ左右。为了消除各霍尔元件静态输出电
压不一致带来的测量误差．将其输出经阻容ＲＣ耦 合到放大器输入端。
图４信号调理电路 Ｆｉｇ．４ Ｓｉｇｎａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ ２．２ Ａ／Ｄ转换电路设计 如前所述，缺陷信号动态范围很宽，且需在线处 理数据，系统采用ＡＤ公司生产的ＡＤ７６６３。ＡＤ７６６３
是一个采用ＣＭＯＳ工艺、１６位、２５０ＫＳＰＳ逐次逼近型
的模数转换器，＋５ Ｖ直流电压供电，功耗为３５ ｍＷ。 它提供串行输出和并行输出两种接口方式，本设计
选用１６位并行输出方式。Ａ，Ｄ转换电路如图５所示。
＋ＪＬ 工 ＡＶＤＤ ０ＶＤＤ Ｙ 。兀０ＬＬＦＴｌ ０ＩｌＦ ＣＮＶｓＴ ’ ＶＤＤ ＸＦ ｌＯＱｎ 寺 ＡＧＮＤ ＢＵＳＹ ＸＩＮ１ —— Ｌ 工 ＤＶＤＤ 陬 ＺＣＸＡ１
ＸＡｌ １１０ＬＬ盯ｌＯｎｌ＇ ＤＧＮＤ －１Ｉ 卜＿＿ ＸＡｌ： 面
＂１］００ｎＦ１４７ｊｒ ＣＳ ＸＡ１： ＲＥＦ ＩＮＡ ＡＤ７６６３ ７４ＬＳ１３８ ＲＤ ＸＲＤ ＲＥＦＧＮＤ
ＬｕＯＴＧ￣ ＡＤ８０１１ Ｄ［１５：０】ＸＤ［１ ＩＮＣ ＳＥＲ，ＰＡＲ０ＧＮＤ
０Ｂ，２Ｃ ＩＮＧＮＤ ＰＤ ＩＮＢ ＲＥＳＥＴ ＩＮＤ ＢＹＴＥＳＷＡＰ
图５ Ａ，Ｄ转换电路 Ｆｉｇ．５ ＮＤ ｃｏｎｖｅｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ
系统选用高精度基准电源ＡＤ７８０为ＡＤ７６６３ 提供２．５ Ｖ模拟电压基准。ＡＤ７６６３的输入阻抗为
轨道式智能巡检机器人的系统设计与研究
轨道式智能巡检机器人的系统设计与研究
摘要：针对传统人工巡检工作量大、人力成本高、时效性低的问题，设计了一种用于轨道运行的斜对称智能巡检机器人系统。该设计的智能巡检机器人包括运行轨道、行动机构、从动机构、编码轮机构、检测机构及无线充电机构，其通过斜对称的结构设计能够保持运行结构平衡稳定，而且运动灵活性高，负载能力强，适应兼容性强；通过射频识别标记和霍尔传感器标记以及可适应轨道的编码轮机构，可以做到准确实时的定位、充电及计算移动位移。同时通过双光谱MINI云台的多角度拍摄和热成像获取，加上各类检测传感器，提高了机器人整体的应用范围，更好地对不同场景进行实时检测，从而实现高清视频、红外热图像和环境数据采集等功能。
关键词：轨道；巡检机器人；平衡结构；驱动机构；图像与数据采集
0 引言
随着物联网、大数据、人工智能等技术的发展，机器人越来越充斥各行各业，机器人的市场和产业规模也越来越壮大。在核电、火电、煤矿、化工、油田、冶金等行业中，巡检机器人的需求也越来越大。这可能成为巡检机器人很快“上岗”的又一推动因素。传统人工巡检盘点缺点有：工作量大、人手不够，时效性不高，人工巡检盘点费时费力，无法做到大数据计算分析提前预警，巡检盘点任务项目多、巡检盘点目标物活动速度快等因素导致巡检任务无法完成。固定式监控盘点缺点：存在着一定范围的视觉盲点，人工巡检配合少量环境监控器监控的方式容易因监测不到位而造成部分设备缺陷或异常发展，甚至引发设备障碍和故障，影响电网安全供电。相对于人工巡检，智能轨道巡检机器人具有可全天候运行和对恶劣环境的适应性更强的优势。根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自主启动完成例行巡检任务，根据报警级别、事项来源等分类存储并实现智能告警，有效的减轻运维人员工作量，提高巡检效率。挂轨巡检机器人适用于室内或者厂房内，按架设的轨道行驶，无法自主导航、识别。轮式巡检机器人整体尺寸太大，四个轮子的运动方式有移动性好、平稳性高、适应性强的优势，但是狭小的空间就受限了。
钢丝绳断丝检测系统虚拟仪器设计研究
第２期
２０１３年２月 组合机床与自动化加工技术
Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍａｃｈｉｎｅ Ｔｏｏｌ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ＮＯ．２
Ｆｅｂ．２０１３
文章编号：１００１—２２６５（２０１３）０２—００２５—０５
钢丝绳断丝检测系统虚拟仪器设计研究木
窦志娟，钱晓耀，王敏华，钟俞静
（中国计量学院质量与安全工程学院，杭州 ３１００１８）
摘要：电磁检测应用于钢丝绳断丝损伤检测，最关键的技术是对漏磁信号的采集、分析处理及定量识
别。文章在对电磁检测技术、信号分析处理技术和虚拟仪器技术研究基础上，利用ＬａｂＶＩＥＷ完成钢
丝绳损伤检测系统的软件设计，包括检测信号的采集，基于小波理论的滤波处理，特征值提取，基于
ＢＰ神经网络的损伤定量识别四部分。最后，通过实验验证了此检测系统的有效性，为钢丝绳电磁检
测提供了新思路。
关键词：漏磁检测；钢丝绳；虚拟仪器；ＢＰ神经网络
中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｖｉｒｔｕａｌ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｓｔｅｅｌ Ｒｏｐｅ Ｄａｍａｇｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ
ＤＯＵ Ｚｈｉ—ｊｕａｎ，ＱＩＡＮ Ｘｉａｏ－ｙａｏ，ＷＡＮＧ Ｍｉｎ—ｈｕａ，ＺＨＯＮＧ Ｙｕ—ｊｉｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｊｉｌｉａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１００１８，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｋｅｙ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｉｓ ｔｈｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｌｅａｋａｇｅ ｓｉｇｎａ１．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ—
缝纫机在线监测系统的设计与实现
缝纫机在线监测系统的设计与实现
摘要：本文主要介绍了一种基于物联网技术的缝纫机在线监测系统，该系统能够实时监测缝纫机的工作状态，并对故障进行自动诊断和报警。文章介绍了系统的硬件结构、软件设计以及通信协议等方面的内容，并对系统进行了试验验证。试验结果表明，该系统可以成功实现对缝纫机的在线监测和故障检测，提高了缝纫生产的效率和安全性。
关键词：缝纫机；物联网技术；在线监测；自动诊断；报警
1.引言
随着现代工业自动化程度的不息提高，缝纫机在纺织行业中的应用也越来越广泛。然而，由于缝纫机工作时涉及到多个部件的协同运作，一旦出现故障，就会造成生产效率降低，甚至引发安全事故。因此，如何提高缝纫机的工作效率和安全性，已成为制约纺织产业进步的一个重要因素。
目前，传统的缝纫机监测方法主要是通过人工巡检和维护来实现。这种方法存在着监测不准时、误判率高、无法实现对绝大部分隐蔽故障的监测等问题，无法满足现代化工业对高效、安全、可靠生产的要求。为此，本文提出了一种基于物联网技术的缝纫机在线监测系统，该系统能够实时监测缝纫机的工作状态，并对故障进行自动诊断和报警，提高了缝纫生产的效率和安全性。
2.系统设计
2.1 系统硬件设计
系统硬件主要由缝纫机传感器、数据采集器、平台、报警器等部分组成。其中，传感器通过安装在缝纫机各部件上，实时采集缝纫机的温度、震动、电流、电压等工作参数。数据采集器则负责将传感器采集到的数据通过无线传输模块上传至平台。平台接受数据并通过自主研发的算法进行分析、处理，同时依据故障类型发送报警信息。报警器则负责接收报警信息并准时发出警示。
2.2 系统软件设计
系统软件主要包括平台端和客户端两部分。平台端软件通过使用JavaEE技术开发，实现了数据的接受、存储、计算和分析，同时还提供了详尽的故障诊断报告和维护建议。客户端则通过H5技术开发，支持多种终端设备的使用，并提供了缝纫机的实时监测和故障查询功能。
地下管线智能监测系统设计与实现
地下管线智能监测系统设计与实现
近年来，地下管线的建设已经成为了城市建设的必要条件，各类管线的密集建设使得地下管道系统变得越来越庞大、复杂、难以管理。同时，一系列管道破裂、漏水、爆炸等事故也频繁发生，使得地下管道的安全问题受到了广泛关注。因此，如何对地下管线进行可靠监测就成为了当前亟需解决的问题之一。本文将介绍一种基于物联网技术的地下管线智能监测系统，该系统可以对管线进行智能监测，并能自动分析管道数据，实现对管道状态的实时监测和维护。
一、系统结构
地下管线智能监测系统主要由传感器部分、数据传输部分和应用软件三个部分组成。传感器部分包括节点传感器和基站传感器，节点传感器主要负责采集地下管道的温度、压力、流速、水质等数据，并将采集的数据通过Zigbee无线传输给基站传感器。基站传感器负责采集节点传感器数据，并将其通过4G网络传输给数据处理中心。数据传输部分主要负责将基站传感器传输过来的数据进行预处理，并将处理后的数据上传至云端。应用软件主要包括数据监测软件、管线管理软件和移动客户端软件，数据监测软件主要负责对采集的数据进行实时监测，管线管理软件主要负责对管道进行状态管理和维护，移动客户端软件主要用于管道管理人员进行移动端管理。 二、系统设计
1. 传感器设计
节点传感器是地下管线智能监测系统中最核心的组件之一，其可靠性和精度对整个系统的效果起着决定性作用。传感器采用了新型的多层数字温湿度传感器，该传感器外部可用防护壳进行IP67级别的防护，能够在严苛的工业环境下工作。传感器工作电压范围为DC 3.3V到5.5V，采用高稳定性的晶振，具有较长的使用寿命。数据的处理和传输采用Zigbee无线传输技术，通信距离为100米左右，在普通城市场景下无建筑物遮挡可以达到200米左右。
2. 数据传输设计
数据传输部分主要负责将采集到的数据上传至云端，并完成后续处理任务。本系统采用了4G网络进行数据传输，4G网络提供了稳定、高速的数据传输方式，具有较强的适应性和普及率，并且可以满足管道数据传输的实时性和准确性要求。在数据传输之前，系统需要对采集数据进行预处理，包括数据格式转换、数据压缩、冗余数据过滤等操作，以确保数据传输的可靠性。
钢丝绳无损探伤仪研究
龙源期刊网
钢丝绳无损探伤仪研究
作者：邱宇 朱承建
来源：《电子世界》2013年第13期
【摘要】为了保证钢丝绳的安全运行和最大化利用，针对目前钢丝绳在线无损检测难度大、检测设备精度低、使用不方便、检测结果容易受到钢丝绳运动速度影响等缺限，本文设计了一种基于磁通和漏磁检测原理的便携式钢丝绳无损探伤仪，详细介绍了其检测原理、硬件设计以及软件设计方案。现场应用结果表明：该便携式钢丝绳无损探伤仪具有使用方便、检测精度高、对钢丝绳运动速度不敏感等优点。
【关键词】钢丝绳；探伤仪；LF；LMA；LPC1768
1.引言
钢丝绳作为煤矿工程提升、起重、运输设备中的“高度危险构件”，被视为该领域中的“生命线”[1]。由于所处的工况环境十分恶劣，随着使用次数的增加，钢丝绳在使用过程中会发生断丝、磨损甚至骤断。由于缺少科学可靠的检测设备，钢丝绳的使用安全一直是重大设备管理中的“盲点”或“危险源”。目前钢丝绳检测大多采用人工检测或定期更换的方法[2]。
人工检测大部分情况下仅能处理常见的钢丝绳折断、波浪形、笼状畸形、绳股挤出、钢丝挤出、绳径局部变大或缩小、钢丝绳被压扁、扭结、弯折等故障，而定期更换造成资源浪费，增加企业生产成本的同时却并不能有效确保钢丝绳的使用安全[3][4]。许多断绳事故就发生在换绳之前，甚至有些新绳刚使用就发生了断绳事故[5]。上述两类方法对于处理钢丝绳内部断丝、磨损、锈蚀等问题效果不好，尤其是断丝和金属截面积损失两种故障根本无法察觉[6]。
另外，随着经济的高速发展，矿企所用的钢丝绳数量及种类越来越多，传统的定期换绳和人工目测检查已远不能满足现代化矿企生产工作的要求，迫切需要一种高精度、高可靠性的智能化钢丝绳检测系统。
本文通过使用电磁检测技术，针对工矿企业研制了一款简单、便携、可靠的钢丝绳无损探伤仪，可以有效的实现钢丝绳LF（局部损失）和LMA（横截面积损失）故障监测，判别钢丝绳故障性质，定量分析断丝位置、断丝数量以及对磨损性质、磨损位置和磨损程度进行分析。极大地提高了钢丝绳故障检测的准确性，确保了钢丝绳的正常可靠运行。
基于Mallat小波分析算法的钢丝绳断丝故障检测方法研究
２ｏ１１年５月 第５期 电子测试 ＥＬＥｃＴＲＯＮＩＣ ＴＥＳＴ Ｍ＃ｙ２０１１ Ｎｏ．５
基于Ｍａｌｌａｔｄ￣波分析算法的钢丝绳断丝
故障检测方法研究★
乔铁柱，郑雅琼
（太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室，太原０３００２４）
摘要：针对钢丝绳断丝检测过程中，故障信号不明显而且存在干扰，本文介绍了一种基于Ｍａｌｌａｔ／］ｘ波分析算法 的钢丝绳断丝故障检测方法，论述了其检测原理和实现方法。在分析了钢丝绳断丝信号的特征后，利用霍尔元
件获取漏磁场信号，通过以ＤＳＰ为核心的测试系统，在不同分辨率下，根据信号和噪声的特点，实现Ｍａｌａｔｔ］ｘ
波分析算法对钢丝绳断丝故障信号的去噪，使故障点更加明显。经实验结果表明，该方法能够明显提高对钢丝
绳断丝故障判断的准确性，对于钢丝绳故障分析具有十分重要的意义。
关键词：ＭａＩｌａｔ／Ｊ＼波；钢丝绳；断丝；漏磁检测；ＤＳＰ
中图分类号：ＴＰ３９ 文献标识码：Ａ
Ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｆａｕｌｔ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ
ｍａｌｌａｔ ｗａｖｅｌｅｔ
Ｑｉａｏ Ｔｉｅｚｈｕ，Ｚｈｅｎｇ Ｙａｑｉｏｎｇ
（Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ Ｋｅｙ Ｌａｂ ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ，Ｔａｉｙｕａｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｉｙｕａｎ ０３００２４，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｍａｉｎｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ｂｒｏｋｅｎ ｗｉｒｅｓ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｗａｖｅｌｅｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｔｓ
ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ａｆｔｅｒ ｃａｐｔｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｗｉｔｈ ｓｅｎｓｏｒ，ｉｔ ｃａｎ ｄｅｔｅｃｔ ｓｉｇｎａｌｓ ｃｏｌｅｃｔｅｄ ａｔ ｄｉｆｅｒｅｎｔ
输电线路在线监测系统的设计与实现
输电线路在线监测系统的设计与实现
输电线路在线监测系统是指利用现代通信、计算机、传感器技术等手段，对输电线路的绝缘状态、温度、振动等参数进行实时监测和数据采集，并通过无线通信技术将数据传输到监测中心进行分析和处理的一种系统。
该系统的设计与实现需要考虑以下几个方面：
1. 传感器选择与布置：选择合适的传感器对线路的各个参数进行实时监测，如绝缘状态可以使用电容传感器，温度可以使用温度传感器，振动可以使用加速度传感器等。在布置传感器时要考虑线路的特性以及安全因素。
2. 数据采集与处理：利用数据采集卡或者嵌入式计算机等设备对传感器采集到的数据进行处理和存储，可以采用实时数据库对数据进行管理，并设置合适的数据采样间隔和存储容量。
3. 无线通信技术：选用合适的无线通信技术将采集到的线路数据传输到监测中心进行分析和处理。可以选择基于GPRS、3G、4G、LoRa等通信技术，并考虑通信距离、通信速率、功耗等因素。
4. 监测中心建设：监测中心是系统的核心部分，需要建立完善的数据库，利用数据分析和处理算法对传感器采集到的数据进行实时分析和判断。可以设计用户界面用于数据展示和报警处理，并实现与其他系统的数据交互。
5. 安全性与可靠性保障：由于输电线路是国家重要的基础设施，监测系统需要具备一定的安全性和可靠性。可以采用多级权限管理，数据加密传输，备份和灾备机制等手段进行保护。
在实际应用中，可以通过搭建小型试验线路和实际线路进行测试和验证，逐步完善和改进系统的设计和功能。还应根据实际需要考虑系统成本、维护、升级等方面的因素，从而设计出高效、稳定、可靠的输电线路在线监测系统。
输电线路在线监测系统的设计与实现 2
输电线路在线监测系统的设计与实现
输电线路在线监测系统是一种用于实时监测输电线路运行状态并及时提供报警和故障信息的系统。它通过安装在输电线路上的传感器来采集线路的各种参数，如电流、电压、温度等，并将这些数据传输到监测中心进行处理和分析。
该系统的设计与实现包括以下几个关键步骤：
1. 传感器选择及布局：根据实际需要选择合适的传感器，并合理布局在输电线路上。常用的传感器有电流传感器、电压传感器、温度传感器等。传感器的选择应考虑到其测量精度、工作温度范围、抗干扰能力等因素。布局时应根据线路的重要性和长度，合理分配传感器数量和位置。
2. 数据采集和传输：传感器采集到的数据需要进行采样和传输。采样过程中需要滤除噪声和干扰，保证数据的准确性和可靠性。传输过程中可以使用有线或无线通信方式，将数据传输到监测中心。有线通信可以使用光纤或电缆，无线通信可以使用无线传感网或卫星通信。
3. 数据处理和分析：监测中心接收到传感器传输的数据后，需要进行数据处理和分析。处理过程中可以进行数据的滤波、修正和变换等操作，以提高数据的质量和可用性。分析过程中可以采用数学模型和算法，对各种参数进行综合分析和评估，判断线路的运行状态和潜在故障。
4. 报警和故障处理：监测中心根据分析结果，及时发出报警和故障信息。报警可以采用声音、光信号等方式，提醒相关人员注意和处理。故障处理可以根据故障的性质和位置，进行远程或现场检修，以保证线路的安全运行。
5. 数据存储和查询：监测系统需要将采集到的数据进行存储，并提供查询和回放功能。存储可以采用数据库或文件系统，查询可以通过界面或命令行进行，方便用户对历史数据进行分析和评估。
6. 系统优化和维护：监测系统在实际应用中需要不断优化和维护。可以通过对传感器的定期校准和维护，保证其准确性和可靠性。对监测系统的算法和模型也需要进行不断改进和优化，以提高监测的效果和准确性。
矿用钢丝绳损伤检测系统关键技术的研究
煤炭工程 ２００８年第３期
矿用钢丝绳损伤检测系统关键技术的研究
彭克青，华钢
（中国矿业大学信电学院，江苏徐州２２１００８）
摘要：文章介绍了钢丝绳缺陷检测系统的原理，以及实现检测系统的结构组成，并详细介
绍了各部分的设计。该系统可以实时、在线、定量的检测钢丝绳的损伤，对损伤的判定较目前的
手段更为科学、准确、合理。
关键词：损伤检测；霍尔传感器；信号处理
中图分类号：ＴＤ５３２ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１—０９５９（２００８）０３－００８８－０２
Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ
ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｕｓｅｄ ｉｎ ｍｉｎｅ——ｈｏｉｓｔ
ＰＥＮＧ Ｋｅ—Ｑｉｎｇ，ＨＵＡ Ｇａｎｇ （Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｕｚｈｏｕ，２２１００８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖｅｒｙ ｐａｒｔ
ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ，Ｔｈｅ ｒｅａｌ ｔｉｍｅ，ｏｎ—ｌｉｎｅ，ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｓ ｏｆｆｅｒｅｄ ｆｏｒ ｓｙｓｔｅｍ
ｏｆ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｎｔ ｆｏｒ ｗｉｒｅ ｒｏｐｅ ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ，ｎｉｃｅｔｙ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ、