声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法技术方案

本发明专利技术公开了一种声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法。该声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法包括以下步骤：步骤一，采用小波分析进行信号去噪；步骤二，选用小波进行再分解，并进行信号重构，以完成特征信号提取；步骤三，采用BP神经网络对采集到的声发射信号进行严重度的模式识别；以及步骤四，将声发射信号的严重程度按提取的特征信号分为多个等级进行安全评价。该声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法使得该声发射塔吊安全检测系统能够实现早期损伤的预警，对损伤的扩展能够监测，采样率和转换率均高，能够实现高精度、高灵敏度测量。

Signal processing method for safety detection system of Acoustic Emission Tower Crane

The invention discloses a signal processing method for an acoustic emission tower crane safety detection system. The signal processing method of the acoustic emission tower crane safety detection system includes the following steps: Step 1, wavelet analysis is used to denoise the signal; step two, the wavelet is used to decompose the signal, and the signal is reconstructed to complete the extraction of the characteristic signal; step three, the acoustic emission signal collected by the BP neural network is used seriously. Degree recognition and step four, the severity of AE signals are classified into several grades according to the extracted feature signals for safety evaluation. The signal processing method of the acoustic emission tower crane safety detection system makes the safety detection system of the acoustic emission tower crane can realize early warning of damage, monitoring the expansion of the damage, high sampling rate and high conversion rate, and can achieve high precision and high sensitivity measurement.

【技术实现步骤摘要】
声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法
本专利技术涉及塔吊安全检测领域，特别涉及一种声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法。
技术介绍
塔吊是一种常用的起重设备，在使用中长期受多种载荷的作用，其承载焊接结构是容易发生损伤的部位，近年来已有很多关于塔吊安全事故的报道，因此塔吊的的安全性非常重要。塔吊检测主要以停机定检、监检为主，检查内容主要包括：安装全过程的文件检查、资料核对、现场检查及人员检查等。常规检测耗时耗力，无法及时检测到运行过程中所产生的损伤和扩展。同时，即使常规检测合格后，依然存在运行中的损伤事故风险。目前除了常规检测手段，技术上追求能够对塔吊进行实时检测并实现预警，从而避免发生重大安全事故。以下介绍一种塔吊安全检测系统的设计方案，但在工程实际中，仍然是常规手段的检测为主。常规手段的检测的一种塔吊安全检测系统的主要组成，电源系统、风速传感器、形变测量模块、温湿度传感器、倾角传感器、电机模块以及人机交互模块。系统启动后，风速传感器、温湿度传感器、倾角传感器将所测得的测量值，传送至主控；经主控与风力预设值、塔身倾角预设值(相关国家标准规定：风力大于6级时停止工作，塔身倾斜度小于2/1000)等对比，若测量值小于预设值，系统工作；若该值大于预设值，系统报警。系统运行后，能够不断测量变形等测量值，测量值超出预设值即发出报警，从而实现安全监测目的。人机交互模块实现实时显示，方便驾驶员直观监测运行过程。此技术方案能够实现对塔吊运行过程中的宏观状态，如：环境风速、变形量、倾斜量等实现监测，但这只是塔吊工作的最低安全保证。塔吊事故中存在很大比例的断裂等严重事故，是承载结构及局部应力集中等引起的，这些易发事故的部位更值得关注，因为承载的原因，事故发生的非常快速且严重，常规检测及以上方案的检测不能发现隐含的损伤和损伤的扩展，进而不能实现更有效的早期预警。现有塔吊安全检测技术中，常规检测技术含量低，不能发现隐含损伤及预警，只能做基本的安全检查，确保塔吊的安装、操作、维护等符合安全规定；上文介绍的一种安全检测技术方案，利用多传感器检测塔吊的变形量等物理参数，对于塔吊这种大型起重设备，测量值易受多种因素干扰，且只能保证最低的安全条件，实际应用意义不大。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种步骤简单合理的声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法，该声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法使得该声发射塔吊安全检测系统能够实现早期损伤的预警，对损伤的扩展能够监测，采样率和转换率均高，能够实现高精度、高灵敏度测量。为实现上述目的，本专利技术提供了一种声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法，该声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法包括以下步骤：步骤一，采用小波分析进行信号去噪；步骤二，选用小波进行再分解，并进行信号重构，以完成特征信号提取；步骤三，采用BP神经网络对采集到的声发射信号进行严重度的模式识别；以及步骤四，将声发射信号的严重程度按提取的特征信号分为多个等级进行安全评价。优选地，上述技术方案中，步骤一采用Db14小波基函数进行三层小波分解。优选地，上述技术方案中，步骤二选用Db14小波进行五层分解。优选地，上述技术方案中，步骤三采用最高单频频率参数和最高单频幅值参数两个进行综合识别。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：该声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法使得该声发射塔吊安全检测系统利用声发射技术实现精密测量，对大量的数据进行去噪、提取特征等优化处理，实现实时处理并得出有用的信息，并在信号处理基础上，实现早期损伤的预警，对损伤的扩展能够监测，采样率和转换率均高，能够实现高精度、高灵敏度测量。附图说明图1为本专利技术的声发射塔吊安全检测系统的结构示意图。图2为本专利技术的声发射塔吊安全检测系统的工控机结构示意图。图3为本专利技术的声发射塔吊安全检测系统的数据处理及分析模块的信号处理流程图。图4为本专利技术的声发射塔吊安全检测系统的数据处理及分析模块的数据样本处理流程图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。如图1所示，根据本专利技术具体实施方式的声发射塔吊安全检测系统的具体结构包括：声发射传感器1、前置放大器2、数据采集卡3和工控机4，其中，被测对象5的表面经处理后，使用耦合剂与声发射传感器1连接，经传输电缆连接前置放大器2、数据采集卡3、工控机4，通过工控机4设置采集参数。开始采集数据后，将采集的数据输送到工控机4，调用工控机4的功能模块实现处理、分析及结果输出。具体来讲，声发射传感器1采用北京声华SRI150型传感器，内置40dB前放，主要参数：使用温度：-20～50℃；接口：BNC侧面；频率范围：60kHz～400kHz(金属材料产生的声发射大部分是在超声范围，声发射的频率多在100～300kHz)；谐振频率：150kHz；灵敏度峰值：＞115dB；防护等级：IP66。SRI150型传感器参数满足塔吊金属母材声发射范围，声发射信号很微弱。前置放大器2与声发射传感器1连接，用于放大声发射传感器1采集的声发射信号，优选的，前置放大器2为40dB放大器，内置在所选用的SRI150型传感器内部，其安装、接线、携带方便，减少了噪声环节。信号传输方案采用电缆线，经济实用。数据采集卡3是声发射检测系统的核心部件，其性能决定了整个系统的性能。数据采集卡3包括：NI9223C系列模块和NIcDAQ-9171单槽USB采集机箱，实现工程现场的便捷采集方案。NI9223C系列模块具有4个差分通道，每通道1MS/s同步采样率；±10V测量范围，16位分辨率，精度0.00306V；-40到70℃工作温度范围，5g抗振动，50g抗冲击。同时为了能够实现便携式方案，数据采集卡模块配合NIcDAQ-9171CompactDAQ单槽USB采集机箱，实现工程现场的便捷采集方案。该结构具有体积小、易携带，高采样率、16位高精度，在性能参数上实现了最优匹配，兼顾了速度和精度。同时，数据采集卡加机箱的组合，轻易能够实现将来的系统升级扩容，只需换一个多卡槽机箱，此数据采集卡可重复使用，并可配不同性能参数的数据采集卡或其他信号处理模块。如图2所示，工控机4包括：数据采集存储模块6、数据处理及分析模块7和结果显示及输出模块8。数据采集存储模块是系统的基础功能，具有选择存储路径、选择采集通道、设置采集参数等；数据处理及分析模块具有参数分析、信号去噪和特征信号提取等功能；结果显示及输出模块为提供良好的操作及交互界面。其中，数据采集存储模块具有连续采集模式和触发采集模式，连续采集即为正常的连续采样采集数据，触发采集可一定程度解决数据量过大的问题，通过合理设置阈值，能够在产生触发信号的情况下开始将信号写入文件。设置采集参数包括：通道选择、输入范围、采样频率等。文件存储格式选择了NI主推的一种二进制记录文件TD本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用小波分析进行信号去噪；步骤二，选用小波进行再分解，并进行信号重构，以完成特征信号提取；步骤三，采用BP神经网络对采集到的声发射信号进行严重度的模式识别；以及步骤四，将声发射信号的严重程度按提取的特征信号分为多个等级进行安全评价。

【技术特征摘要】
1.一种声发射塔吊安全检测系统的信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，采用小波分析进行信号去噪；步骤二，选用小波进行再分解，并进行信号重构，以完成特征信号提取；步骤三，采用BP神经网络对采集到的声发射信号进行严重度的模式识别；以及步骤四，将声发射信号的严重程度按提取的特征信号分为多个等级进行安全评价。2.根据权利要求1所述的声发射塔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振兴，王卫新，刘毅夫，许龙迪，彭景祥，张皞，孙磊，魏燕，
申请(专利权)人：北京城建北方建设有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11