[发明专利]一种基于漏磁信号估计钢丝绳检测速度与位移的方法

权利要求书

1.一种基于漏磁信号估计钢丝绳检测速度与位移的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、采集漏磁场信号

对钢丝绳励磁至饱和，然后使用Y路霍尔传感器以等时间采样率f_s采集钢丝绳表面的漏磁场信号S(y)，y＝1,2,…,Y；

(2)、利用高斯窗分割漏磁场信号

利用高斯窗将每一路S(y)分割成多个长度为winL的单元漏磁信号S_y(n)，n＝1,2,…，每个S_y(n)至少包括两个以上的完整股波信号，即式中，f_s为等时间采样率，str_mean为取实际平均检测速度时的股波频率；

(3)、对单元漏磁信号进行去趋势处理

利用变分模态分解算法对S_y(n)进行模式分解，分解后，去除第一项分量，再对其它项分量求和，得到每一路去趋势后的单元漏磁信号SD_y(n)；

(4)、获取有效检测信号

计算每一路SD_y(n)的能量E和过零率ZCR，再代入至状态特征值函数并求解，若其中某一路SD_y(n)存在状态特征值函数f(E,ZCR)＜a，a为给定阈值，则认为钢丝绳停止检测，并舍弃所有通路中对应的S_y(n)；若所有路信号满足f(E,ZCR)≥a，则保留所有通路中对应的S_y(n)，记为有效检测信号SW_y(n)，并储存在有效信号检测集Ψ；

(5)、获取最优股波信号

在有效信号检测集Ψ中，计算每一路SW_y(μ)的特征值，包括方均根值RMS、方差S²、峭度K和峰值因子C，μ＝1,2,…,U，U表示有效信号检测集Ψ中保留的有效检测信号总数；

再将上述特征值代入至股波表征函数f(RMS,S²,K,C)＝y₁×RMS+y₂×S²+y₃×C-y₄×K并求解，式中，y₁、y₂、y₃、y₄为给定系数，若某一路SW_y(μ)的股波表征函数f(RMS,S²,K,C)的值最大，则将该路有效检测信号记为最优选的股波信号ds(κ)，κ＝1,2,…N，N表示检测信号集合Ψ中保留的有效检测信号总数；

(6)、对股波信号进行小波分解

对股波信号ds(κ)进行连续小波变换，得到时频矩阵W(f,b)；

式中，小波母函数ψ(s)为：

式中，s＞0，s₀为常数，一般取6；

(7)、计算瞬时频率矩阵

计算时频矩阵W(f,b)相对于时移因子b的偏导矩阵然后带入至重分配关系式式中，w(f,b)为瞬时频率矩阵，f为瞬时频率，i为虚数单位；

(8)、利用贪婪算法寻找股波瞬时频率曲线

(8.1)、设置前后向加窗的贪婪算法的前后向加窗窗长；

(8.2)、对瞬时频率矩阵w(f,b)使用前后向加窗的贪婪算法，找到一条连续变化且幅值最大的股波瞬时频率曲线，记为str(κ)，求解瞬时频率曲线str(κ)的一阶差分Δstr(κ-1)，若Δstr(κ-1)≥g，g为给定的频率跳变阈值，则舍弃该曲线，并在w(f,b)上将该曲线的所有数据归零；然后将前后向的窗长增加一倍，再次使用前后向加窗的贪婪算法重新搜索瞬时频率曲线str(κ)，并以此类推，直到找到满足条件的曲线为止；

(9)、估算钢丝绳的瞬时检测速度vt(κ)＝str(κ)×q，式中，q为钢丝绳最外层股间隙，单位米每股(m/股)；股波瞬时频率str(κ)单位股每秒(股/s)，瞬时速度vt(κ)单位米每秒(m/s)；

(10)、获取准确检测速度与位移

使用零相移滑动平均方法去除瞬时检测速度中的噪声影响，得到更加准确的实时检测速度v(κ)；

然后根据实时检测速度v(κ)计算钢丝绳的实时检测位移dis(κ)；