洪靈

（浙江碩和機(jī)器人科技股份有限公司，浙江 金華 321000）

主元分析方法是一種基于多元統(tǒng)計(jì)手段的故障處理手段，能夠根據(jù)原始數(shù)據(jù)在空間環(huán)境中的存儲(chǔ)格式，構(gòu)造全新的潛隱變量區(qū)間，再聯(lián)合映射空間內(nèi)的主要變化信息，確定執(zhí)行系統(tǒng)中標(biāo)量數(shù)據(jù)的提取統(tǒng)計(jì)特征。由于新的映射空間受到原始變量與數(shù)據(jù)變量的共同影響，故主元分析信息的存儲(chǔ)格式必須滿足線性組合要求[1-2]。因此，若以電導(dǎo)渦流體系作為執(zhí)行參考系統(tǒng)，則必須考慮主元分析數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)受限問題。

隨著單位時(shí)間內(nèi)平均電量輸出水平的不斷提升，電渦流導(dǎo)向孔會(huì)出現(xiàn)明顯的半封閉傳輸行為。為避免上述情況的發(fā)生，傳統(tǒng)EWMA濾波系統(tǒng)通過感知上下機(jī)位間電量差的方式，提取導(dǎo)向孔偏心距的實(shí)值厚度水平，再聯(lián)合下級探傷模塊，確定深孔中心偏斜差量的具體指標(biāo)數(shù)值。但這種方法所表現(xiàn)出的偏心距探傷準(zhǔn)度過低，始終不能達(dá)到預(yù)期參數(shù)水平。為解決此問題，設(shè)計(jì)基于主元分析方法的新型智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)，并借助電渦流傳感器的硬件設(shè)備，確定自適應(yīng)檢測的實(shí)際控限范圍。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)硬件運(yùn)行環(huán)境由電渦流傳感器、超聲發(fā)射接收放大電路、壓控增益模塊3部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 電渦流傳感器

電渦流傳感器位于智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)中部，由電纜輸出線、傳輸線路板、導(dǎo)向螺母等多個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成。其中，檢測插頭直接與超聲發(fā)射接收放大電路相連，可借助電纜輸出線將交流電子運(yùn)送至其他元件設(shè)備中，在此情況下，電源指示燈、檢測指示燈均處于常亮狀態(tài)。電渦流線路能夠疏導(dǎo)探頭殼體中的殘留電子，并經(jīng)由傳感線路板傳輸至導(dǎo)向螺母中，從而達(dá)到擴(kuò)充電渦流導(dǎo)向孔傳輸流量的目的[3-4]。電渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 電渦流傳感器結(jié)構(gòu)圖

1.2 超聲發(fā)射接收放大電路

超聲發(fā)射接收放大電路是智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)中的唯一電子供應(yīng)模塊，由初級放大回路、電渦流CP機(jī)、IC1AT89S51等多個(gè)結(jié)構(gòu)共同組成[5-6]。交流電子經(jīng)由超聲輸入端進(jìn)入電路主體，首先進(jìn)入IC1AT89S51設(shè)備，再按照導(dǎo)向孔檢測角度的變化情況，選擇性地建立與放大回路的等效連接，在確保偏心距數(shù)值量不發(fā)生改變的前提下，聯(lián)合發(fā)射接收器，將未完全利用的交流電子傳輸至電渦流CP主機(jī)中，最終借助超聲電子輸出端，反饋回系統(tǒng)的核心檢測主機(jī)[7-8]。超聲發(fā)射接收放大電路圖如圖2所示。

圖2 超聲發(fā)射接收放大電路圖

1.3 壓控增益模塊

壓控增益模塊作為超聲發(fā)射接收放大電路的下級負(fù)載結(jié)構(gòu)，受到最上端接正電源與接負(fù)電源的直接控制。在控制桿前向平移的情況下，電子導(dǎo)向孔持續(xù)擴(kuò)張，偏心距調(diào)節(jié)芯片與增益處置芯片逐漸向中間位置趨近，直至壓控調(diào)節(jié)元件的形變量完全等于偏心距的實(shí)際檢測數(shù)值；在控制桿后向平移的情況下，電子導(dǎo)向孔持續(xù)收縮，偏心距調(diào)節(jié)芯片與增益處置芯片逐漸向兩端位置趨近，直至壓控調(diào)節(jié)元件的真實(shí)形變量完全等于零[9]。壓控增益模塊結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在各級硬件執(zhí)行設(shè)備的支持下，按照電量數(shù)據(jù)壓縮及信息提取、主元分析偏心量計(jì)算、自適應(yīng)檢測控限的處理流程，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的軟件運(yùn)行環(huán)境搭建，兩相結(jié)合，完成基于主元分析方法的智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

圖3 壓控增益模塊結(jié)構(gòu)圖

2.1 電量數(shù)據(jù)壓縮及信息提取

電量數(shù)據(jù)壓縮及信息提取是智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)中的重要執(zhí)行處理環(huán)節(jié)，以主元分析動(dòng)量的確定作為初始步驟，可聯(lián)合電渦流傳感器、壓控增益模塊等硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)，控制主元輸入設(shè)備與偏心距檢測元件間的實(shí)際間隔數(shù)值[10-11]。在超聲發(fā)射接收放大電路始終保持定量輸出的情況下，壓控增益模塊的控制桿設(shè)備會(huì)出現(xiàn)持續(xù)前傾的變化趨勢，從而使導(dǎo)向孔偏心距實(shí)值不斷擴(kuò)張，直至等于傳感線路板能負(fù)載的最大輸出數(shù)值。在此過程中，偏心距轉(zhuǎn)角的數(shù)值水平也隨之增大，直至完全滿足主元分析方法的實(shí)際應(yīng)用條件[12]。電量數(shù)據(jù)信息的具體壓縮提取流程為：首先，確定主元分析動(dòng)量，將動(dòng)量結(jié)果分別輸入電渦流傳感器和壓控增益模塊中，得到實(shí)際間隔數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果控制桿設(shè)備，保持其前傾狀態(tài)，最后，實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)壓縮及信息提取。

2.2 主元分析偏心量計(jì)算

主元分析偏心量直接決定了智能導(dǎo)向孔的擴(kuò)張程度，受到電子數(shù)據(jù)總量、控距檢測參數(shù)的直接影響[13-14]。電子數(shù)據(jù)總量常表示為 f，在既定檢測時(shí)間內(nèi)，可隨系統(tǒng)信息輸出條件的增加而不斷累積，但不對智能導(dǎo)向孔的實(shí)際存在狀態(tài)設(shè)置明確限制，即能夠完全適應(yīng)偏心距的延長與縮短行為。控距檢測參數(shù)常表示為d˙，與壓控增益模塊的處理行為保持相同的變化趨勢，具有較強(qiáng)的檢測分析適應(yīng)性。聯(lián)立上述物理量，可將主元分析偏心量的計(jì)算結(jié)果表示為：

其中，y代表智能導(dǎo)向孔的擴(kuò)張參量，λ代表既定檢測時(shí)間系數(shù)，e代表偏心距檢測系統(tǒng)所負(fù)載的電子輸出條件。

2.3 自適應(yīng)檢測控限

自適應(yīng)檢測控限是基于主元分析方法的智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)搭建的末尾設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，受到上部處置權(quán)限、下部處置權(quán)限的共同影響[15-16]。假設(shè)導(dǎo)向孔偏心距的實(shí)際偏移條件為p，在此情況下，上部處置權(quán)限制約了檢測距離的最大位移水平，而下部處置權(quán)限制約了檢測距離的最小位移水平。在不考慮其他作用影響的情況下，自適應(yīng)檢測控限的分布范圍越廣，系統(tǒng)電渦流導(dǎo)向孔的封閉狀態(tài)也就越明顯。聯(lián)立公式（1），可將自適應(yīng)檢測的控限表達(dá)式定義為：

其中，u1代表偏心距檢測的上部處置權(quán)限，u0代表偏心距檢測的下部處置權(quán)限，A代表主元分析方法的最大作用系數(shù)，l代表導(dǎo)向孔偏移向量，w代表偏心量的實(shí)值計(jì)算條件。至此，完成所有軟硬件系統(tǒng)環(huán)境的搭建，實(shí)現(xiàn)基于主元分析方法智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)的順利應(yīng)用。

3 系統(tǒng)實(shí)用性檢測

為驗(yàn)證基于主元分析方法的智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)的實(shí)效性，設(shè)計(jì)如下對比實(shí)驗(yàn)。選取兩臺(tái)執(zhí)行狀態(tài)完全相同的控制主機(jī)作為實(shí)驗(yàn)應(yīng)用設(shè)備，其中實(shí)驗(yàn)組主機(jī)搭載新型智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)，對照組系統(tǒng)搭載EWMA濾波系統(tǒng)，在既定檢測時(shí)間內(nèi)，分別記錄相關(guān)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的具體變化情況。

3.1 檢測環(huán)境搭建

通過人工干預(yù)的方式，更改接入實(shí)驗(yàn)主機(jī)的檢測系統(tǒng)型號，多次調(diào)節(jié)各項(xiàng)電力指標(biāo)，使輸出系數(shù)條件逐漸趨于理想數(shù)值水平[17]，再借助核心控制主機(jī)記錄各項(xiàng)檢測應(yīng)用指標(biāo)的實(shí)際數(shù)量值。

3.2 深孔中心偏斜差量

深孔中心偏斜差量直接影響電渦流導(dǎo)向孔的半封閉水平，通常情況下，前者數(shù)值越大，后者封閉越明顯。圖4、圖5反應(yīng)了在40 min檢測時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對照組深孔中心偏斜差量的具體變化情況。

圖4 實(shí)驗(yàn)組深孔中心偏斜差量

圖5 對照組深孔中心偏斜差量

對比圖4、圖5可知，實(shí)驗(yàn)組、對照組深孔中心偏斜差量均呈現(xiàn)階段性波動(dòng)的變化趨勢，單從極限數(shù)值的角度來看，實(shí)驗(yàn)組最大值僅達(dá)到30%，遠(yuǎn)低于對照組最大值49%。綜上可知，應(yīng)用基于主元分析方法的智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)，可大幅降低深孔中心偏斜差量的數(shù)值水平，對緩解系統(tǒng)電渦流導(dǎo)向孔的半封閉行為具有極強(qiáng)促進(jìn)作用。

3.3 偏心距探傷準(zhǔn)度

偏心距探傷準(zhǔn)度也能影響電渦流導(dǎo)向孔的半封閉水平，通常情況下，前者數(shù)值越小，后者封閉越明顯。表1、表2反應(yīng)了在40 min檢測時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組、對照組偏心距探傷準(zhǔn)度的具體變化情況。

表1 實(shí)驗(yàn)組偏心距探傷準(zhǔn)度

表2 對照組偏心距探傷準(zhǔn)度

對比表1、表2可知，實(shí)驗(yàn)組偏心距探傷準(zhǔn)度前期不斷下降，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，開始小幅上升，全局最大值達(dá)到83.7%；對照組偏心距探傷準(zhǔn)度前期不斷上升，達(dá)到穩(wěn)定數(shù)值水平后，開始持續(xù)波動(dòng)變化，全局最大值達(dá)到60.3%。綜上可知，應(yīng)用基于主元分析方法的智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)，可提升偏心距的探傷準(zhǔn)度，降低系統(tǒng)電渦流導(dǎo)向孔的半封閉行為的出現(xiàn)幾率。

4 結(jié)束語

新型智能導(dǎo)向孔偏心距檢測系統(tǒng)在主元分析方法的支持下，針對電渦流導(dǎo)向孔半封閉行為過于明顯的問題實(shí)施改進(jìn)，聯(lián)合壓控增益模塊、超聲發(fā)射接收放大電路等硬件設(shè)備，在計(jì)算主元分析偏心量的同時(shí)，確定自適應(yīng)檢測的實(shí)際控限區(qū)間[18]。對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，深孔中心偏斜差量的降低能夠帶動(dòng)偏心距探傷準(zhǔn)度的提升，完全解決系統(tǒng)電渦流導(dǎo)向孔半封閉行為過于明顯的問題。