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(shí)，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(gè)問題，需要實(shí)時(shí)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(shí)、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(dòng)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(shí)，由于應(yīng)力積聚突然斷裂造成的損失，同時(shí)也為了解決現(xiàn)有檢測技術(shù)中存在的問題，而設(shè)計(jì)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(lì)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(lì)模塊與信號接收模塊根據(jù)磁場激勵(lì)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(lì)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(lì)信號輸出、雙譜耦合分析、計(jì)算應(yīng)力值和實(shí)時(shí)采集繪制信號曲線等功能。本發(fā)明所述的磁場激勵(lì)模塊，包括:勵(lì)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(jì)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(dòng)程序單元、Qt/Embedded控制單元。
[0007]所述的磁場激勵(lì)模塊，核心在于函數(shù)信號發(fā)生器單元，為勵(lì)磁線圈單元提供脈沖、正弦和直流等頻率可調(diào)的激勵(lì)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(jì)了可調(diào)電阻，調(diào)節(jié)激勵(lì)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(shí)還能夠根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)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(jì)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(jì)B (w1; w2)，然后雙譜對角切片單元對雙譜估計(jì)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(shí)加快信號處理的時(shí)間，確保信號處理的實(shí)時(shí)性。
[0011]所述的Qt/Embedded控制單元，軟件程序中開辟了一個(gè)新的線程用于控制磁場激勵(lì)模塊與信號處理模塊的分時(shí)工作，同時(shí)該單元主程序?qū)崿F(xiàn)在顯示模塊上繪制動(dòng)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(jì)靈活，運(yùn)用函數(shù)信號發(fā)生器作為激勵(lì)信號系統(tǒng)，能夠根據(jù)不同需求產(chǎn)生不同的激勵(lì)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(jì)檢測流程，設(shè)計(jì)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(lì)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(lì)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(lì)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(jì)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(dòng)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(lì)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(lì)模塊
(1)與信號接收模塊(2)根據(jù)磁場激勵(lì)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(lì)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