CN110203794B - 一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，属于故障检测技术领域，包括如下步骤：在多根钢丝绳上安装夹持装置，通过励磁装置对多根钢丝绳进行励磁处理；利用检测装置采集钢丝绳上的磁场信息，由放大器和采集板卡对磁场信息进行预处理形成目标信号；分别用小波和改进的移动平均值法对目标信号进行处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均得到最终信号。在LabView***中将最终信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警。本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，操作步骤简单，检测精度较高，检测出的结果可参考性较强。
Description
技术领域
本发明属于故障检测技术领域，更具体地说，是涉及一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法。
背景技术
钢丝绳作为工程承载的关键构件广泛应用于矿山、客货运索道、吊桥、建筑和港口等国民经济建设的诸多领域，在长期作业过程中受环境腐蚀、不确定***变载荷、机械冲击和磨损等的影响，会出现断丝、磨损、锈蚀等损伤，日积月累导致强度降低甚至突然断裂，安全事故时有发生。钢丝绳的安全状态对于相关行业的生产和人员生命安全至关重要。钢丝绳的检测工作是必不可少的。现有的钢丝绳检测装置结构复杂，检测精度较低，检测出的结果并不能够很好反应钢丝绳的损坏程度，从而无法检测人员提供有力的数据支持。
发明内容
本发明的目的在于提供一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，旨在解决检测装置结构复杂，检测精度较低，检测出的结果可参考性较差的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种钢丝绳故障检测方法，包括如下步骤：
在多根钢丝绳上安装夹持装置，通过励磁装置对多根所述钢丝绳进行励磁处理；
利用检测装置采集所述钢丝绳上的磁场信息，由放大器和采集板卡对所述磁场信息进行预处理形成目标信号；
分别用小波和改进的移动平均值法对所述目标信号进行处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均得到最终信号；
在LabView***中将所述最终信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警。
进一步地，所述夹持装置包括：
扣件座，两端设有插槽；和
扣件，两端设有与所述插槽配合的插头，且所述扣件座与所述扣件之间形成用于容纳所述钢丝绳的容纳腔；
多个夹紧件，对称设置在所述容纳腔内，用于夹紧所述钢丝绳。
进一步地，所述夹紧件包括：
支撑板，一端固定在所述扣件座和所述扣件的内壁上；和
滚轮，与所述支撑板的另一端铰接，且所述滚轮外周面设有用于与所述钢丝绳抵接的凹槽。
进一步地，还包括：
多个螺纹柱，垂直固定在所述扣件座和所述扣件的外壁上；和
转动套，与所述螺纹柱螺纹连接；
所述夹紧件借助所述螺纹柱对所述扣件座和扣件的紧固力将所述钢丝绳夹紧。
进一步地，所述励磁装置包括：
环形导磁座；
两组永磁体，一组固定设置在所述环形导磁座上端的内壁上，另一组固定在所述环形导磁座下端的内壁上，每组所述永磁体对称分布且极性相同，不同组所述永磁体极性相反；和
导磁体，与每个所述永磁体一一对应，固定设置在所述永磁体的内壁上；
所述导磁体借助所述永磁体产生的磁场将所述钢丝绳励磁。
进一步地，所述检测装置包括：
两个PCB板，位于两组所述永磁体之间，且垂直插接在所述环形导磁座的内壁上，所述PCB板上并排开设有多个同规格的凹槽，两个所述凹槽拼接成围设在所述钢丝绳外周的检测环；和
多个霍尔元件，均匀分布在所述检测环上。
进一步地，所述霍尔元件通过所述PCB板上的电器元件与所述放大器电连接。
进一步地，所述放大器的型号为LM224。
进一步地，所述小波采用db10小波基。
进一步地，所述改进的移动平均值法包括以下步骤：
连续采样N次，并将波形数据分别存储在对应数组Xi[M]中(其中i＝1,2,…,N)；
进行一次新的采样(i>N),即Xi＝1[j]＝Xi[j](其中i＝2,3,…，N)，其中XN[M]用于存储最新一次波形数据值；
求取N个波形数据平均值并存储于数组X[M]中，即
(其中j＝1,2,3,…,M)；
根据各数组的加权系数，求取加权平均值，即
计算相邻信号电平的方差S2,即
当S2<1，则认为区间是近似平稳的，窗口大小确定为n；若S2>1则减小n的取值，直至区间近似平稳或n的取值减小至1为止。
本发明提供的钢丝绳故障检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，通过夹持装置将多跟钢丝绳夹持稳定，从而降低了在钢丝绳运动过程中因晃动对检测结果的影响，并且通过励磁装置将多跟钢丝绳进行励磁，由检测装置检测泄露的磁场信号，并通过放大器对检测到的磁场信号进行放大，并由采集板卡对放大后的信号并进行存储得到目标信号。将目标信号分别用小波和改进的移动平均值法对存储的信号进行处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均得到最终信号，并在LabView***中将最终信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及所述钢丝绳损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警。通过小波和改进的移动平均值法的去噪处理后，既避免了小波处理时无法解决信号毛刺的问题，又降低了移动平均值法信号失真度较大的问题，通过将处理后的信号在LabView***中进行分析处理，通过分析波形特征并与数据库中的特征点进行比较，确定故障类型以及程度的高低，结合LabView***中的阈值提醒功能，从而方便检测人员及时掌握钢丝绳的运行状态，并能准确对故障信息进行处理与预警，从而降低了事故发生的频率，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的过程流程图；
图2为本发明实施例提供的夹紧装置的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的夹紧装置的左视图；
图4为本发明实施例提供的励磁装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的两个PCB板连接示意图；
图6为本发明改进移动平均法算法流程图。
图中：图中：1、钢丝绳；2、扣件座；3、扣件；4、滚轮；5、转动套；6、螺纹柱；7、环形导磁座；8、永磁体；9、导磁体；10、PCB板；11、霍尔元件；12、支撑板。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1-6，现对本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法进行说明，包括如下步骤：在多根钢丝绳1上安装夹持装置，通过励磁装置对多根钢丝绳1进行励磁处理；利用检测装置采集钢丝绳1上的磁场信号，由放大器和采集板卡对采集到的信号进行预处理并传输至PC机进行存储；分别用小波和改进的移动平均值法对存储的信号进行去噪处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均；在LabView***中将所得到信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及钢丝绳1损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警。
本发明提供的钢丝绳1故障检测方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，通过夹持装置将多跟钢丝绳1夹持稳定，从而降低了在钢丝绳1运动过程中因晃动对检测结果的影响，并且通过励磁装置将多跟钢丝绳1进行励磁，由检测装置检测泄露的磁场信号，并通过放大器对检测到的磁场信号进行放大，并由采集板卡对放大后的信号进行存储得到目标信号。将目标信号分别用小波和改进的移动平均值法对存储的信号进行去噪处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均得到最终信号，并在LabView***中将最终信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及钢丝绳1损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警。通过小波和改进的移动平均值法的去噪处理后，既避免了小波处理时无法解决信号毛刺的问题，又降低了移动平均值法信号失真度较大的问题，通过将处理后的信号在LabView***中进行分析处理，通过分析波形特征并与数据库中的特征点进行比较，确定故障类型以及程度的高低，结合LabView***中的阈值提醒功能，从而方便检测人员及时掌握钢丝绳1的运行状态，并能准确对故障信息进行处理与预警，从而降低了事故的发生频率，提高了安全性。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，请参阅图2-3，夹持装置包括：扣件3座2、扣件3、和多个夹紧件；扣件3座2两端设有插槽；扣件3两端设有与插槽配合的插头，且扣件3座2与扣件3之间形成用于容纳钢丝绳1的容纳腔；多个夹紧件，对称设置在容纳腔内，用于夹紧钢丝绳1。扣件3与扣件座2通过插头与插槽固定，扣件3与扣件座2均设有用于容纳钢丝绳1的凹槽，两构件拼接从而形成了用于多跟钢丝绳1穿过的通道，而紧固件可设置为4个，在扣件3的外表面同平面设置2个，在扣件座2的外表面同平面对应设置2个，在扣件3与扣件座2之间固定设置有夹紧件，夹紧件对称分布在钢丝绳1的两侧，通过扣件座2和扣件3将多跟钢丝绳1夹紧固定。该夹持装置安装简单，拆卸方便，并且扣件座3和扣件2在扣合时有调节余量，通过将钢丝绳1夹紧，从而减少在钢丝绳1运行过程中产生的晃动，降低了其他干扰因素对实验结果的影响，保证了检测的精度。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，请参阅图2-3，夹紧件包括：支撑板12和滚轮4；支撑板12一端固定在扣件座2和扣件3的内壁上；滚轮4与支撑板12的另一端铰接，且滚轮4外周面设有用于与钢丝绳1抵接的凹槽。多个夹紧件对称设置在扣件座2和扣件3内表面的长度方向上，端部铰接有用于与钢丝绳1转动抵接的滚轮4，且滚轮4外周面设有用于收纳钢丝绳1的凹槽；夹紧件端部设有与钢丝绳1接触的滚轮4，在滚轮4上开设有凹槽，增大了滚轮4与凹槽的接触面积，降低了钢丝绳1轴向的晃动，该装置拆卸简便，固定牢靠，可极大降低钢丝绳1的晃动对实验结果的影响。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，请参阅图2-3，还包括：多个螺纹柱6和转动套5；多个螺纹柱6垂直固定在扣件座2和扣件3的外壁上；转动套5与螺纹柱6螺纹连接；夹紧件借助转动套5将钢丝绳1夹紧。螺纹柱6可为4个，在扣件座2外壁上固定连接2个，在扣件3外壁上固定连接有2个，转动套5与螺纹柱6螺纹连接，紧固件包括螺纹柱6与转动套5，通过转动转动套5直至与钢丝绳1井道口的侧壁抵接，从而将扣件3与扣件座2固定在钢丝绳1井道口上，同时旋转对面两侧的转动套5，钢丝绳1被夹紧，减少了在电梯运行过程中产生的晃动，同时降低了对实验结果的影响。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，请参阅图4，励磁装置包括：两个环形导磁座7、两组永磁体8和多个导磁体9；两个环形导磁座7拼接形成用于收纳多个钢丝绳1的收纳腔；两组永磁体8一组固定设置在环形导磁座7的上端的内壁上，另一组固定在环形导磁座7的下端的内壁上，每组永磁体8对称分布且极性相同，不同组永磁体8极性相反。多个导磁体9，与每个永磁体8一一对应，固定设置在永磁体8的内壁上。导磁体9借助不同组永磁体8形成的励磁回路将钢丝绳1励磁。在夹持装置对钢丝绳1夹紧之后，在夹持装置的上方安装励磁装置，两个环形导磁座7用于对内部的永磁体8提供支撑，环形导磁座7垂直放置，两个环形导磁座7之间为用于钢丝绳1穿过的空腔，在环形导磁座7的上端固定设有一组永磁体8，而在下端固定设置有另一组永磁体8。每组永磁体8的极性相同，而不同组永磁体8的极性相反，从而可形成磁场回路，在永磁体8上固定安装有导磁体9，导磁体9的侧面与钢丝绳1的距离较近，并且每个永磁体8上均安装有一个导磁体9，从而便于将永磁体8产生的磁场传导出去，通过用磁体可以对钢丝绳1进行永久的励磁，并且励磁过程不耗费能源，磁场借助导磁体9传输至钢丝绳1，并且在钢丝绳1运动过程中，仍然能够持续的励磁，从而便于检测出钢丝绳1的故障信息。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，请参阅图4-5，检测装置包括：两个PCB板10和多个霍尔元件11；两个PCB板10水平设置在两组永磁体8之间，PCB板10通过连接杆与环形导磁座7的内壁连接，且PCB板10上并排开设有多个同规格的凹槽，两个凹槽拼接成围设在钢丝绳1外周的检测环；多个霍尔元件11均匀分布在检测环上；霍尔元件11借助PCB板10上的电器元件与放大器电连接。PCB板10通过环形导磁座7上方的插接孔插接在环形导磁座7上，在钢丝绳1被励磁之后，即进行漏磁检测，PCB板10上开设有凹槽，凹槽内半圆形且圆心与钢丝绳1的轴心重合，两个PCB板10拼接成与钢丝绳1同心的检测环，检测环上安装多个沿钢丝绳1外周均匀分布的霍尔元件11，通过霍尔元件11检测泄露的磁场信息，并且霍尔元件11与PCB板10上的电器元件电连接，将磁场信号传导至放大器上，PCB板10上的霍尔元件11距离钢丝绳1距离较短，便于捕捉足够强度额磁场信息，在检测完成之后，只需将PCB从环形导磁座7上抽出即可，方便安装并且检测效果良好，霍尔元件11周向阵列在钢丝绳1钢丝绳1周围，全方位检测，无漏检，检测结果准确，沿钢丝绳1周向分布的霍尔元件11可为6个，每个PCB开设的凹槽上均安装有3个霍尔元件11，从而组成绕钢丝绳1周向的检测环，便于从各个方向检测磁场信号，单根钢丝绳1采用永磁体8双回路励磁，此回路中两块磁铁的N，S极反向放置，此装置由若干单根钢丝绳1的励磁检测装置组合而成，每根钢丝绳1之间均设置有隔磁板，单根钢丝绳1磁路之间互不干扰。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，放大器的型号为LM224。霍尔元件11将采集到的故障信号经过放大器LM224预处理后，使采集到的信号能够进行放大处理，从而便于后续的采集与处理。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，采集板卡为NI采集板卡，该板卡能够及时存储大量的波形信息，信号损耗率较小，通过NI采集板卡将信号传输至PC机。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，小波采用db10小波基，本发明选用db10小波基进行5层分解，db10小波基具有近似对称性、正交性、紧支性，在信号消噪处理中有很好的应用，5层分解信号的信噪比相对较高，分解层数太多，信号的失真度较大，分解层数太少去噪效果不明显。
本发明中，由于小波基的不同，对应的信号处理能力和处理方式均有差异。可根据不同钢丝绳运行状态选用不同的小波基，在数据库中记录不同使用年限所对应的小波基的类型，从而实现针对性的信号处理。
本发明中，故障类型为断丝、磨损和锈蚀，均为钢丝绳1易于发生的故障类型，并将断丝、磨损和锈蚀的故障特征信息输入值数据库中，可根据时域波形的不同，从而判断钢丝绳1为何种故障类型，概括了钢丝绳1多数故障类型，方便后期对比分析。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，特征信息包含峰值、峰峰值、波形宽度和波形下面积，通过对比以上信息，可以较为准确确定钢丝绳1发生故障的类型。钢丝绳1的损伤形式多为外层断丝，磨损和锈蚀故障的最终体现形式也是断丝，对经过消噪和光滑处理后的信号提取信号特征，特征类型包括钢丝绳1直径、钢丝直径、峰值、峰峰值、波形宽度和波形下面积，选择多个信号特征更有利于对钢丝绳1断丝故障准确判定，提取到的信号特征与数据库中不同断丝程度的数据特征进行对比，可以确定出断丝程度，钢丝绳1阈值的设定是需要根据钢丝绳1直径来确定的，从断丝超出设定阈值的特征点进行标记发出预警通知，以及时更换问题钢丝绳1，保证电梯的安全运行。
本发明中，对得到的最终信号可进行改进的ITD分解和切片双谱分析，改进ITD分解可由Newton插值法来模拟信号的包络线，Newton插值法可降低在对钢丝绳1检测过程中所产生的噪声信号，进而提高了信号的可识别度，同时在改进ITD分解后由切片双谱进行频谱分析，由于断丝和腐蚀等故障类型所产生的信号的波形信息不同，对应的频率也不同，经过改进ITD和切片双谱能够准确判别出钢丝绳1所产生的故障类型，从而为检测人员提供有力的数据支持。
作为本发明提供的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法的一种具体实施方式，预设阈值根据钢丝绳1的直径确定，在数据库中分别存储有不同钢丝绳1直径的阈值，可根据现场钢丝绳1的直径灵活方便地选择。
本发明还提供改进的移动平均值法，包括以下步骤：
连续采样N次，并将波形数据分别存储在对应数组Xi[M]中(其中i＝1,2,…,N)；
进行一次新的采样(i>N),即Xi＝1[j]＝Xi[j](其中i＝2,3,…，N)，其中XN[M]用于存储最新一次波形数据值；
求取N个波形数据平均值并存储于数组X[M]中，即
(其中j＝1,2,3,…,M)；
根据各数组的加权系数，求取加权平均值，即：
计算相邻信号电平的方差S2,即
当S2<1，则认为区间是近似平稳的，窗口大小确定为n；若S2>1则减小n的取值，直至区间近似平稳或n的取值减小至1为止。
本发明提供的一种改进的移动平均值法能够在合理抑制不同频段不同时间的信号背景噪声的情况下，根据求出的加权平均值求取出的波形信号能够更好地保留原始信号的固有频率并保留真值，并且滤波的灵敏度较高，得到的加权平均值X是根据各个数组乘以各自的加权系数求得，避免了直接取均值时有效波形被过滤的情况，从而能够更全面的展示信号的原有特征。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本实用发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
在多根钢丝绳上安装夹持装置，通过励磁装置对多根所述钢丝绳进行励磁处理；
利用检测装置采集所述钢丝绳上的磁场信息，由放大器和采集板卡对所述磁场信息进行预处理形成目标信号；
分别用小波和改进的移动平均值法对所述目标信号进行处理，并将两种方法确定的信号进行求和取平均得到最终信号；
在LabView***中将所述最终信号的特征信息与数据库进行比较，确定故障类型以及损坏的程度，对超过预设阈值的特征点进行记录并预警；
所述改进的移动平均值法包括以下步骤：
连续采样N次，并将波形数据分别存储在对应数组Xi[M]中(其中i＝1,2,…,N)；
进行一次新的采样(i>N),即Xi＝1[j]＝Xi[j](其中i＝2,3,…，N)，其中XN[M]用于存储最新一次波形数据值；
求取N个波形数据平均值并存储于数组X[M]中，即
(其中j＝1,2,3,…,M)；
根据各数组的加权系数，求取加权平均值，即：
计算相邻信号电平的方差S2,即
当S2<1，则认为区间是近似平稳的，窗口大小确定为n；若S2>1则减小n的取值，直至区间近似平稳或n的取值减小至1为止。
2.如权利要求1所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述夹持装置包括：
扣件座，两端设有插槽；
扣件，两端设有与所述插槽配合的插头，且所述扣件座与所述扣件之间形成用于容纳所述钢丝绳的容纳腔；和
多个夹紧件，对称设置在所述容纳腔内，用于夹紧所述钢丝绳。
3.如权利要求2所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述夹紧件包括：
支撑板，一端固定在所述扣件座和所述扣件的内壁上；和
滚轮，与所述支撑板的另一端铰接，且所述滚轮外周面设有用于与所述钢丝绳抵接的凹槽。
4.如权利要求2所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，还包括：
多个螺纹柱，垂直固定在所述扣件座和所述扣件的外壁上；和
转动套，与所述螺纹柱螺纹连接；
所述夹紧件借助所述螺纹柱对所述扣件座和扣件的紧固力将所述钢丝绳夹紧。
5.如权利要求1所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述励磁装置包括：
环形导磁座；
两组永磁体，一组固定设置在所述环形导磁座上端的内壁上，另一组固定在所述环形导磁座下端的内壁上，每组所述永磁体对称分布且极性相同，不同组所述永磁体极性相反；和
导磁体，与每个所述永磁体一一对应，固定设置在所述永磁体的内壁上；
所述导磁体借助所述永磁体产生的磁场将所述钢丝绳励磁。
6.如权利要求5所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述检测装置包括：
两个PCB板，位于两组所述永磁体中间，且垂直插接在所述环形导磁座的内壁上，所述PCB板上并排开设有多个同规格的凹槽，两个所述凹槽拼接成围设在所述钢丝绳外周的检测环；和
多个霍尔元件，均匀分布在所述检测环上。
7.如权利要求6所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述霍尔元件通过所述PCB板上的电器元件与所述放大器电连接。
8.如权利要求1所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述放大器的型号为LM224。
9.如权利要求1所述的一种曳引式电梯钢丝绳故障检测方法，其特征在于，所述小波采用db10小波基。
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