一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種針對采煤機(jī)鉆具的應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，特別是一種基于雙譜分析解決雜散電磁場干擾、對應(yīng)力損傷進(jìn)行定量評估的無損檢測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鉆式采煤機(jī)是適合薄煤層開采的采煤裝備，薄煤層開采不僅對提高煤炭資源的利用率，降低資源浪費(fèi)起到重要作用，而且有利于煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。由于煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤巖分界不確定，且煤層中有矸石，當(dāng)鉆式采煤機(jī)鉆頭遇到巖層或矸石時，鉆具受力突然增大，應(yīng)力在鉆具中的連接處或缺陷處容易發(fā)生積聚，造成鉆具的斷裂。要解決這個問題，需要實(shí)時監(jiān)測采煤機(jī)鉆具的受力情況，但是到目前為止，還缺乏有效方法直接測量鉆具的應(yīng)力。因此，如何實(shí)時、準(zhǔn)確地監(jiān)測鉆式采煤機(jī)鉆具的應(yīng)力狀態(tài)對保證煤礦生產(chǎn)效率和礦井安全生產(chǎn)具有重要意義。
[0003]針對應(yīng)力的檢測，通常的檢測方法可大致分為有損檢測和無損檢測兩種方式。有損檢測必須破壞材料結(jié)構(gòu)，這就會對鋼結(jié)構(gòu)造成不必要的損傷。對于很多已經(jīng)投入生產(chǎn)的鋼結(jié)構(gòu)材料，有損檢測會破壞其固有構(gòu)造影響受力平衡，有損檢測就暴露了其在工程檢測領(lǐng)域的局限性，已經(jīng)漸漸被淘汰。因此，對應(yīng)力的無損檢測特別是磁測法在應(yīng)力檢測應(yīng)用中越發(fā)凸顯其重要性。在針對鐵磁體材料的檢測方法中，漏磁無損檢測技術(shù)由于具有高可靠性、高檢測效率、高自動化、無污染等特點(diǎn)，在鐵磁體材料的應(yīng)力檢測、損傷評估等領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。磁檢測方法(ZL01143445.7)利用鐵磁性材料表面磁場強(qiáng)度變化來側(cè)量其內(nèi)部的應(yīng)力分布，該檢測信號極容易受到環(huán)境電磁干擾，影響檢測的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:為了減少采煤機(jī)鉆具在采掘時，由于應(yīng)力積聚突然斷裂造成的損失，同時也為了解決現(xiàn)有檢測技術(shù)中存在的問題，而設(shè)計了一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)，通過磁測應(yīng)力實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)鉆具的無損檢測，并通過雙譜分析對采煤機(jī)鉆具應(yīng)力積聚進(jìn)行定量評估，減少采煤機(jī)鉆具斷裂事故的發(fā)生。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下:
[0006]本發(fā)明的一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)包括:磁場激勵模塊、信號接收模塊、信號處理模塊、雙譜分析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、處理器模塊、顯示模塊和系統(tǒng)軟件模塊等部分；所述的磁場激勵模塊與信號接收模塊根據(jù)磁場激勵信號相適配，所述信號接收模塊與信號處理模塊連接，所述信號處理模塊與雙譜分析模塊連接，所述雙譜分析模塊與顯示模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊連接，所述處理器模塊與磁場激勵模塊、雙譜分析模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和顯示模塊連接，所述系統(tǒng)軟件模塊通過處理器模塊實(shí)現(xiàn)激勵信號輸出、雙譜耦合分析、計算應(yīng)力值和實(shí)時采集繪制信號曲線等功能。本發(fā)明所述的磁場激勵模塊，包括:勵磁線圈單元和信號發(fā)生器單元；所述的信號接收模塊，包括:多路磁敏探頭檢測陣列單元、定位監(jiān)測單元和定位編碼單元；所述雙譜分析模塊包括:波形提取單元、雙譜估計單元、對角切片單元、狀態(tài)函數(shù)分析單元、定量評估單元組成；所述的系統(tǒng)軟件模塊，包括:嵌入式Linux操作系統(tǒng)單元、驅(qū)動程序單元、Qt/Embedded控制單元。
[0007]所述的磁場激勵模塊，核心在于函數(shù)信號發(fā)生器單元，為勵磁線圈單元提供脈沖、正弦和直流等頻率可調(diào)的激勵信號，為系統(tǒng)提供所需用的信號源；為了保證信號的可測性，加入功率放大器對信號源信號進(jìn)行放大，該放大裝置具有穩(wěn)定性高和失真度低的性能指標(biāo)；為了保證其可調(diào)性，設(shè)計了可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)激勵大小。
[0008]所述的信號接收模塊，該模塊的多路磁敏探頭檢測陣列單元能準(zhǔn)確檢測到鉆具由于裂紋、應(yīng)力集中等引起的漏磁場畸變信號，檢測輸出漏磁場諧波在不同位置的數(shù)值大小，同時還能夠根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計多路探頭提高檢測的檢測效率和鉆具損傷的全面性；定位監(jiān)測單元實(shí)現(xiàn)對磁敏探頭的拓?fù)浞植己投ㄎ?；定位編碼單元進(jìn)行測距定位，將定位信息轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出。
[0009]所述信號處理模塊，通過開閉運(yùn)算和自適應(yīng)處理構(gòu)建開、閉濾波器，對所述在線檢測信號進(jìn)行第一級濾波處理，能夠有效濾除頻率通道外的環(huán)境磁場噪聲。
[0010]所述雙譜分析模塊由波形提取單元、雙譜估計單元、對角切片單元、狀態(tài)函數(shù)分析單元和定量評估單元組成。該雙譜分析模塊的特征體現(xiàn)在三個方面:諧波提取、分析辨識和定量分析；對在線檢測信號進(jìn)行多尺度分解提取特征信號幅頻特性，雙譜估計單元采用雙譜分析法對漏磁場波形信息進(jìn)行處理，得到雙譜估計B (w1; w2)，然后雙譜對角切片單元對雙譜估計進(jìn)行雙譜對角切片，再由定量分析單元處理切片獲得評估函數(shù)J = f(m, F, k)。有效抑制采煤機(jī)鉆具檢測中的多種干擾，保留漏磁場諧波信號，以便做特征性分析，提高了諧波響應(yīng)精確性，同時加快信號處理的時間，確保信號處理的實(shí)時性。
[0011]所述的Qt/Embedded控制單元，軟件程序中開辟了一個新的線程用于控制磁場激勵模塊與信號處理模塊的分時工作，同時該單元主程序?qū)崿F(xiàn)在顯示模塊上繪制動態(tài)曲線和人機(jī)交互平臺的操作響應(yīng)。
[0012]相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是:
[0013]1、本發(fā)明能夠適應(yīng)生產(chǎn)現(xiàn)場的檢測環(huán)境，無需對被檢對象表面進(jìn)行處理，可以實(shí)現(xiàn)無接觸，無損傷快速檢測；
[0014]2、本發(fā)明設(shè)計靈活，運(yùn)用函數(shù)信號發(fā)生器作為激勵信號系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同需求產(chǎn)生不同的激勵信號，使其在不同的環(huán)境中都能發(fā)揮作用；提供了規(guī)范性代碼包，降低了程序冗余度，可自行設(shè)計檢測流程，設(shè)計監(jiān)控?fù)Q面，提高了系統(tǒng)的在線性和可靠性；提供了更加友好的人機(jī)交互平臺，使系統(tǒng)操作簡便，系統(tǒng)運(yùn)行簡單、可靠，具有廣泛的實(shí)用性。
[0015]3、本發(fā)明將磁測應(yīng)力技術(shù)與雙譜分析方法相結(jié)合，使漏磁場波形信息定量化，獲得應(yīng)力積聚狀態(tài)的定量化參數(shù)，從而獲取應(yīng)力積聚定量分布函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對應(yīng)力損傷的定量評估，提高了檢測結(jié)果的可靠性和直觀性；
[0016]4、雙譜分析能夠有效地濾除環(huán)境噪音干擾，凸顯出漏磁場的諧波頻率，更好的獲取漏磁場諧波信號，提高了檢測系統(tǒng)的精確性；
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2是本發(fā)明磁場激勵模塊的組成部分。
[0019]圖3是本發(fā)明信號接收模塊的組成部分。
[0020]圖4(a)是本發(fā)明信號處理模塊的組成部分，圖4(b)是本發(fā)明信號處理模塊的信號前置放大單元電路圖，圖4(c)是本發(fā)明信號處理模塊的有源濾波單元電路圖。
[0021]圖5(a)是本發(fā)明雙譜分析模塊的組成部分，圖5(b)是本發(fā)明雙譜分析模塊的工作流程圖。
[0022]圖6是本發(fā)明系統(tǒng)軟件模塊的程序框架。
[0023]圖中:1-磁場激勵模塊；2_信號接收模塊；3_信號處理模塊；4_雙譜分析模塊；5_數(shù)據(jù)存儲模塊；6_處理器模塊；7_顯示模塊；8_系統(tǒng)軟件模塊；11_信號發(fā)生器單元；11A-信號發(fā)生器電源部分；11B-二極管(11B) ;11C-可變電阻；11D-電容；11E-功率放大器；11F-函數(shù)信號發(fā)生器；12_勵磁線圈單元；21_多路磁敏探頭檢測陣列單元；22_定位監(jiān)測單元；23_定位編碼單元；31_信號前置放大單元；32_有源濾波單元；41_波形提取單元；42_雙譜估計單元；43_對角切片單元；44_狀態(tài)函數(shù)分析單元；45_定量評估單元組成；81-Qt/Embedded控制單元；82_驅(qū)動程序單元；83_嵌入式Linux操作系統(tǒng)單元；81A_查找子單元；81B-定義子單元；81C-事件設(shè)置子單元；81D-觸發(fā)子單元；81E_執(zhí)行子單元。
[0024]具體實(shí)施方法
[0025]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
[0026]如圖1所示，本發(fā)明的一種基于雙譜分析的采煤機(jī)鉆具應(yīng)力監(jiān)測系統(tǒng)。主要由磁場激勵模塊(1)、信號接收模塊(2)、信號處理模塊(3)、雙譜分析模塊(4)、數(shù)據(jù)存儲模塊(5)、處理器模塊(6)型號為ARM920T核心的S3C2440、顯示模塊(7)型號為DC10600B070_05TF/NW串口組態(tài)屏和系統(tǒng)軟件模塊(8)等部分組成；所述的磁場激勵模塊
(1)與信號接收模塊(2)根據(jù)磁場激勵信號相適配，所述信號接收模塊(2)與信號處理模塊(3)連接，所述信號處理模塊(3)與雙譜分析模塊(4)連接，所述雙譜分析模塊(4)與顯示模塊(7)和數(shù)據(jù)存儲模塊(5)通過處理器模塊(6)連接，所述處理器模塊(6)與磁場激勵模塊(1)、雙譜分析模塊(4)、數(shù)據(jù)存儲模塊(5)和顯示模塊(7)連接，所述系統(tǒng)軟件模塊
(8)通過處理器模