摘要：應(yīng)用漏磁方法檢測鐵磁性材料原理和虛擬儀器技術(shù)，引用美國NI公司的DAQ數(shù)據(jù)采集模塊組合，借助小波變換的分析處理方法和具有強大函數(shù)庫的LabVIEW圖形化編程系統(tǒng)，研究MBV鋼絲繩芯膠帶監(jiān)控儀器，對鋼絲繩芯強力膠帶進行在線無損檢測和實時監(jiān)控，能定性、定量的診斷出鋼絲繩的缺陷和接頭間距等狀況。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；鋼絲繩芯膠帶；監(jiān)控儀器；研究

1 目前現(xiàn)狀

鋼絲繩芯膠帶運輸機是目前煤礦、冶金、港口、大型化工、鋼鐵企業(yè)和水利工程的重要運輸設(shè)備，具備運輸效率高、速度快、距離長、負載重等特點，一旦鋼絲繩芯膠帶的出現(xiàn)接頭抽動和斷帶事故，極易造成嚴重的經(jīng)濟損失和人員傷亡。特別是在煤礦中運輸膠帶具有環(huán)境差、接頭多的特點，由于決定膠帶整體強度、剛度的內(nèi)部縱向排列的鋼絲繩，常常因膠帶破損發(fā)生銹蝕、斷絲、磨損、變形，尤其是每百米接頭處的鋼絲繩，因使用中的拉伸外力或膠結(jié)質(zhì)量問題引起交錯、位移，造成膠帶的大斷裂，該現(xiàn)象更容易發(fā)生。

目前國內(nèi)外對鋼絲繩芯膠帶在線無損檢測作了大量的研究與試驗，在國內(nèi)有Ｘ射線透視儀、電渦流檢測儀、探片預(yù)置檢測儀，這些方法對研究工作起了很大推動作用，但對鋼絲繩芯膠帶在線無損檢測沒能從根本上解決；在國外研制的SPF膠帶檢測儀是利用目前公認的最佳的檢測鋼絲繩的方法--磁檢測法，但是SFP檢測儀實屬非信息時代的產(chǎn)品，基本思路還是應(yīng)用傳統(tǒng)儀器進行信號處理，對無限不確定長、接頭復(fù)雜、多根密集并列的鋼絲繩芯膠帶檢測數(shù)據(jù)的處理，易出現(xiàn)漏檢與誤判，并遠遠不能滿足實際檢測。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，基于美國國家儀器公司（National Instruments）提出了軟件取代傳統(tǒng)儀器的虛擬儀器的新概念，并推出了圖形化編程環(huán)境的Lab VIEW軟件。利用漏磁和聚磁原理，成功地研制了虛擬儀器技術(shù)的MBV鋼絲繩芯膠帶監(jiān)控儀器，從而解決了鋼絲繩芯膠帶在線無損檢測的根本需求。

MBV鋼絲繩芯膠帶監(jiān)控儀器是采用永久磁鋼為勵磁裝置，將通過傳感器中的膠帶的鋼絲繩瞬間磁化到飽和，當鋼絲繩有缺陷和接頭時即會產(chǎn)生漏磁信號，并利用陣列式的磁敏元件獲得最佳缺陷信號，采用內(nèi)置于計算機中虛擬儀器的電子模塊，將檢測的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，壓縮并輸入計算機實時顯示鋼絲繩的缺陷和接頭，運用專用軟件進行定性、定量的分析處理并出具檢測報告。

2 硬件研制

根據(jù)1989年《NDT International》文獻提供資料和歐美日俄發(fā)達國家產(chǎn)品介紹，磁檢測法是目前世界公認的最可靠檢測鋼絲繩方法，因此傳感器利用漏磁和聚磁原理，并運用霍爾效應(yīng)原理進行設(shè)計的。

由于膠帶中的鋼絲繩是深埋于橡膠之中，采用平鋪式的永久磁鋼為勵磁機構(gòu)，建立的強大磁場，能穿透導(dǎo)磁率幾乎近于空氣的橡膠層，當膠帶快速通過傳感器時，瞬間形成磁鋼和鋼絲繩之間貫通的足夠強度的磁回路。但鋼絲繩缺陷和接頭所產(chǎn)生的漏磁信號同樣穿過橡膠覆蓋層向四周擴散，以致傳感器中的磁敏元件捕捉的缺陷信號是很小的。于是利用聚磁原理設(shè)有左右平等對置在適當位置的銜鐵（材料為工業(yè)純鐵）將擴散的很小的缺陷的漏磁信號集中并獲得放大的效果。運用霍爾效應(yīng)的對偶特性，將高精度的霍爾元件實施交叉陣列法布置，以便獲得缺陷信號的最大信噪比。

鋼絲繩芯皮帶中的多根鋼絲繩并列排列，間距小，特別是最易發(fā)生鋼絲繩抽動的接頭處，間距更小，選用普通的轉(zhuǎn)換模塊難以滿足高頻率、多通道信號收集與轉(zhuǎn)換。采用美國國家儀器公司（NI）的虛擬儀器技術(shù)的電子信號調(diào)理模數(shù)轉(zhuǎn)換組合從而解決了這一問題，也就是即測即用DAQ模塊，PCI－6224M，將該數(shù)據(jù)采集板組合直接嵌入計算機擴展插槽，組成完整的虛擬儀器硬件模塊系統(tǒng)，一旦被嵌入后，軟件直接運行在數(shù)據(jù)采集卡進行實時應(yīng)用。這樣，就真正實現(xiàn)了實時控制，即可獲得較好的多路多型式的鋼絲繩缺陷和位移的數(shù)字信號。

3軟件設(shè)計

基于虛擬儀器技術(shù)的軟件應(yīng)滿足于儀器控制和數(shù)據(jù)采集與分析處理，因此在小波變換分析的基礎(chǔ)上，運用Lab VIEW圖形化編程系統(tǒng)為軟件對象進行圖形化的組合操作，以達到數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示與數(shù)據(jù)存儲等功能。

利用Lab VIEW內(nèi)置的編譯器進行直觀明了的前面板用戶界面和流程圖式的編程設(shè)計。由于LabVIEW使用圖形化編程語言——G語言，產(chǎn)生的程序是框圖的形式，是一個3D的圖形控件，增加了模塊化和可視化的特性；并借助其特有的動態(tài)連續(xù)跟蹤方式和交互式的圖形化前面板(如下圖)來控制系統(tǒng)，可以連續(xù)、動態(tài)地觀察數(shù)據(jù)信號及其變化情況，探測正常信號中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象并顯示所得的結(jié)果。

數(shù)據(jù)采集之后，充分利用小波變換的方法和LabVIEW中強大的函數(shù)功能庫，對原始數(shù)據(jù)進行比對提煉，有效地消除了高頻噪音及低頻漂移。同時方便地求出有關(guān)的峰值等數(shù)據(jù)，有些數(shù)據(jù)甚至比常規(guī)儀器讀數(shù)甚至高出一個數(shù)量級的精度。

由于采集的鋼絲繩缺陷特征信號中是伴隨相鄰多根密集并列的，且鋼絲繩缺陷特征中存有大量的寄生信號，運用小波變換的多分辨率特點對轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號進行時頻分析方法，隨即對膠帶中鋼絲繩的真實缺陷特征信號與寄生信號進行分析，剔除其他的寄生信號。經(jīng)反復(fù)試驗，并借助于DAQ板的庫函數(shù)和LabVIEW內(nèi)容豐富的高級分析庫，對膠帶中鋼絲繩的對接、搭接、銹蝕、斷絲、斷股信號以及真實缺陷特征信號與寄生信號進行處理、統(tǒng)計、曲線擬合以及復(fù)雜的分析工作，再通過LabVIEW循環(huán)比較法對鋼絲繩多根密列信號的比對，最終識別受檢鋼絲繩的真實缺陷信號。同樣從真實的缺陷信號中選取需要定量計算的信號特征——鋼絲繩接頭信號，并根據(jù)其采樣頻率計算出缺陷的實際空隙量。

軟件共設(shè)置參數(shù)設(shè)置、在線檢測、波形分析、檢測結(jié)果、文件轉(zhuǎn)換、退出系統(tǒng)等六項主程序。參數(shù)設(shè)置是系統(tǒng)進行檢測與處理的各項系數(shù)和信息；在線檢測是對儀器控制和數(shù)據(jù)采集；波形分析是對采集的信號進行回放和分析比對；檢測結(jié)果是對數(shù)據(jù)進行自動處理分析的定性、定量的結(jié)果顯示；文件轉(zhuǎn)換是存盤數(shù)據(jù)的過濾；退出系統(tǒng)是結(jié)束并退出整個系統(tǒng)。

4 實際應(yīng)用

MBV鋼絲繩芯膠帶監(jiān)控儀器首先在華亭硯北煤礦的主斜井膠帶上得以應(yīng)用，該膠帶型號為ST/S4000，全長2750m，寬1200mm，內(nèi)有鋼絲繩芯68根，直徑為9.mm，采用三階接頭硫化工藝全，運行速度4.8m/s。

儀器傳感器應(yīng)安裝在平整、振幅較小的位置，一般選擇在回程膠帶的兩個滾筒之間固定安放。預(yù)先設(shè)置好所需參數(shù)，進入在經(jīng)線檢測功能項，在膠帶運行同時進行采樣，當檢測到缺陷時計算機自動將數(shù)據(jù)信號存儲到指定的文件夾。采樣結(jié)束后，進入檢測結(jié)果中定性、定量地查看缺陷結(jié)果，并獲得檢測報告。

系統(tǒng)對所檢測的缺陷信號數(shù)據(jù)進行自動處理分析，并用綠色和紅色的線段對鋼絲繩接頭之間的距離或缺陷的長度進行標注，綠色為檢測通道的數(shù)據(jù)值在設(shè)定閾值之內(nèi)，否則顯示為紅色。根據(jù)分析的結(jié)果并詳細地將每一通道的數(shù)據(jù)進行定量計算，生成數(shù)據(jù)表格（如表1）。

系統(tǒng)并根據(jù)每次檢測的數(shù)據(jù)進行比對分析，將每一標定的原始接頭的基準與檢測的數(shù)據(jù)進行對比處理，計算每組數(shù)據(jù)的變化情況，生成整段接頭的橫向區(qū)域的變化曲線的走勢圖，即而對對該區(qū)域的接頭做出評估報告。

綜合上述所言，整個系統(tǒng)運用磁檢測與先進的虛擬儀器技術(shù)，并利用美國國家儀器公司的數(shù)據(jù)采集與控制模塊和LabVIEW軟件開發(fā)平臺來實現(xiàn)整個檢測過程，能夠準確地對鋼絲繩芯膠帶進行在線檢測和實時監(jiān)控，捕捉膠帶中鋼絲繩芯的各種缺陷與接頭的變化狀況，并提出可行性評估報告。

參考文獻

[1]王政《中國煤礦安全監(jiān)察體系》，北京，煤炭工業(yè)出版社，2005

[2]董信林《基于虛擬儀器技術(shù)的MTC鋼絲繩電腦探傷儀》，中國鍋爐壓力容器安全，2005 增刊

[3]田信龍《鋼絲繩安全的技術(shù)研究》，中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2007年6月