试谈神经网络钢丝绳断丝检测与虚拟仪器开发

论文导读：4励磁器励磁能力的检测31-333.2钢丝绳断丝损伤检测器设计33-423.2.1霍尔元件的磁敏感特性33-343.2.2集成霍尔元件的特性参数34-353.2.3霍尔元件布置方式和数量选择35-383.2.4检测器结构设计38-393.2.5信号预处理电路39-413.2.6信号调理电路41-423.3本章小结42-43第四章钢丝绳断丝损伤信号采集系统设计43-574.1数据
摘要：钢丝绳用途广泛，在矿山、冶金、交通运输、港口、旅游等行业发挥着非常关键的作用。钢丝绳复杂的结构和恶劣的工作环境使其在利用中容易出现磨损、锈蚀、疲劳、断丝等各种损伤，导致其强度下降，造成安全隐患。运转中的钢丝绳一旦断裂，会造成非常严重的人员伤亡和经济损失。由此，钢丝绳无损检测成为了既有论述作用又有实用价值的重要探讨课题，具有重要的社会作用和经济作用。本论文着重探讨钢丝绳断丝损伤这一损伤形式。在浅析和论述钢丝绳断丝损伤形式以及漏磁检测原理的基础上，深入地探讨了钢丝绳励磁及检测技术、断丝损伤信号处理策略及神经网络定量识别技术，由此，开发了钢丝绳断丝损伤识别虚拟仪器系统。首先，以论述上浅析了钢丝绳断丝漏磁检测原理及其漏磁场特点，建立了等效磁路模型，在此基础上，研制了永磁式周向均匀励磁的励磁器，通过试验验证了励磁器的磁化能力；选用线性集成霍尔元件检测断丝漏磁场信号，浅析了霍尔元件布置方式及数量对检测结果的影响，进而设计了检测器及信号预处理系统，实现了钢丝绳断丝源信号的检测，消除部分干扰信号。其次，利用小波浅析法在处理非平稳信号上的优势，建立了解决小波多层分解后各层高频系数量化不足的可变阈值方程，在此基础上开发了小波消噪算法滤除钢丝绳断丝损伤中的高频干扰信号，通过在LabVIEW中调用Matlab程序，以软件代替硬件实现了钢丝绳断丝损伤信号的消噪。再次，探讨了钢丝绳断丝损伤信号特点量，提出了小波能量这一新的特点量，并给出了计算方程，基于LabVIEW开发了信号特点量提取算法，并利用Matlab神经网络工具箱建立了钢丝绳断丝损伤定量识别的多层BP神经网络模型，结合LabSQL和Access数据库技术，在LabVIEW中利用数据库强大的数据容量实现了网络的大规模训练，并验证了网络的准确性和稳定性。最后，以美国NI公司PXI-6281多功能数据采集卡为基础，开发了钢丝绳断丝损伤信号采集系统，在此基础上，利用可视化软件LabVIEW开发了整套钢丝绳断丝检测虚拟仪器系统。该系统由数据采集和存储子系统，信号处理子系统，数据库子系统等几个部分组成，这三大子系统既可以单独作用完成用户所需的特定功能，也可共同作用实现钢丝绳断丝检测的整个历程，所以，此系统人机界面友好，操作方便，功能强大，检测自动化程度高，实现了钢丝绳断丝损伤检测的功能一体化和智能化，极大地方便了工程中钢丝绳的断丝损伤检测。关键词：断丝损伤论文漏磁检测论文信号处理论文特点量论文数据采集论文小波浅析论文神经网络论文虚拟仪器论文
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Abstract9-11
第一章 绪论11-19

1.1 课题来源11

1.2 课题概述11-13

1.2.1 课题的提出11-12

1.2.2 探讨的目的及作用12-13

1.3 钢丝绳无损检测的国内外探讨近况及其进展走势13-16

1.3.1 国外进展概况13-15

1.3.2 国内进展概况15

1.3.3 进展走势15-16

1.4 本论文探讨的主要内容16-19

第二章 钢丝绳断丝损伤漏磁检测原理19-25

2.1 钢丝绳损伤形式19-20

2.2 钢丝绳断丝损伤漏磁场浅析20-23

2.1 铁磁材料的磁化特性20-22

2.2 钢丝绳断丝损伤漏磁场特点及影响因素22-23

2.3 钢丝绳断丝漏磁检测原理23-24

2.4 本章小结24-25

第三章 励磁器及检测器设计25-43

3.1 钢丝绳断丝损伤励磁器设计25-33

3.

1.1 励磁磁路结构的确定25-26

3.

1.2 励磁器的材料选择和尺寸确定26-27

3.

1.3 励磁器等效磁路模型浅析27-31

3.

1.4 励磁器励磁能力的检测31-33

3.2 钢丝绳断丝损伤检测器设计33-42
3.

2.1 霍尔元件的磁敏感特性33-34

3.

2.2 集成霍尔元件的特性参数34-35

3.

2.3 霍尔元件布置方式和数量选择35-38

3.

2.4 检测器结构设计38-39

3.

2.5 信号预处理电路39-41

3.

2.6 信号调理电路41-42

3.3 本章小结42-43
第四章 钢丝绳断丝损伤信号采集系统设计43-57
4.1 数据采集系论文导读：集和存储模块1007.5.2报警模块100-1017.5.3波形回放模块1017.5.4峰值位置检测模块101-1027.5.5信号处理浅析模块102-1087.5.6数据库管理模块108-1177.6生成可执行文件117-1207.6.1运用程序的生成117-1197.6.2程序安装包的生成119-1207.7Web上发布程序120-1237.8虚拟系统可行性验证123-1247.9本章小节124-125第八
统介绍43-44

4.2 数据采集系统设计案例44-56

4.

2.1 数据采集系统硬件设计44-47

4.

2.2 数据采集系统软件设计47-56

4.3 本章小结56-57
第五章 钢丝绳断丝损伤信号小波浅析57-75

5.1 小波论述概述57-59

5.2 小波消噪原理59-61

5.3 小波消噪算法61-68

5.

3.1 阈值的选取规则61-62

5.

3.2 阈值函数的选取62-64

5.

3.3 算法探讨64-68

5.4 小波能量68-73

5.5 本章小结73-75

第六章 钢丝绳断丝损伤定量识别75-95

6.1 神经网络概述75-76

6.2 BP 神经网络76-80

6.

2.1 BP 网络结构77-78

6.

2.2 BP 网络的学习历程78-80

6.3 BP 神经网络的 Matlab 实现80-83
6.

3.1 BP 神经网络设计历程80-82

6.

3.2 BP 神经网络泛化82-83

6.4 钢丝绳断丝损伤定量检测 BP 神经网络模型的建立83-86
6.

4.1 输入参数选择83-85

6.

4.2 输出参数的确定85-86

6.

4.3 神经网络模型的建立86

6.5 神经网络模型的训练及其测试86-94
6.

5.1 神经网络的训练86-93

6.

5.2 神经网络的测试与结果浅析93-94

6.6 本章小结94-95
第七章 基于 LabVIEW 的钢丝绳断丝检测虚拟仪器开发95-125

7.1 虚拟仪器概述95-97

7.

1.1 虚拟仪器的概念和特点95-96

7.

1.2 虚拟仪器的构成及分类96-97

7.2 LabVIEW 概述97-98

7.3 钢丝绳断丝检测虚拟仪器系统开发的总体案例98-99

7.4 系统制约面板开发99-100

7.5 系统各功能模块开发100-117

7.

5.1 数据采集和存储模块100

7.

5.2 报警模块100-101

7.

5.3 波形回放模块101

7.

5.4 峰值位置检测模块101-102

7.

5.5 信号处理浅析模块102-108

7.

5.6 数据库管理模块108-117

7.6 生成可执行文件117-120
7.

6.1 运用程序的生成117-119

7.

6.2 程序安装包的生成119-120

7.7 Web 上发布程序120-123

7.8 虚拟系统可行性验证123-124

7.9 本章小节124-125

第八章 结论与展望125-127
8.1 工作总结125
8.2 工作展望125-127
参考文献127-131
攻读硕士学位期间发表的学术论文131-133
致谢133