一种基于fpga的钢丝绳芯输送带x光探测器采集控制与信号处理装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体涉及光电检测技术与系统及安全检测与监控领域的一种基于FPGA实 现的输送带钢丝绳芯X光探测器的采集控制与信号处理装置。
【背景技术】
[0002] 钢丝绳芯输送带是带式输送机牵引和运载的重要部件，已广泛应用于煤炭、矿山、 港口、电力、冶金、化工等领域。在使用过程中，由于钢丝绳芯输送带载荷量增加，被废钢铁 或矸石等异物或障碍物划伤，长期在恶劣环境下使用使输送带老化，输送机的安装调整不 当，钢丝绳芯接头搭接和硫化不好等原因而产生钢丝绳芯断裂、划伤、锈蚀、接头伸长等故 障，一旦发生故障将会造成重大断带安全事故而停产，运输物料的损耗，设备的损坏，巨大 的经济损失和人员伤亡，严重影响安全生产。
[0003] "输送带钢丝绳芯X光在线监测装置"是采用X光无损探测技术研制的在线检测 输送带内钢丝绳芯故障的安全无损检测装置。该装置能够远程在线检测输送带钢丝绳芯图 像，实时存储和显示钢丝绳芯图像，对钢丝绳芯图像进行处理与分析，发现钢丝绳芯断裂、 划伤、锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范和钢丝绳芯与橡胶分离（脱胶）等故障，及时报警， 给出性能分析结果，具有技术先进、安全可靠、安装使用方便、实时检测、准确性高、显示直 观等优点；能够避免重大断带安全事故的发生，设备的损坏，停产和人员伤亡，减少运输物 料的损耗和经济损失，提高生产效率，具有显著的社会和经济效益。该装置可广泛应用于煤 炭、矿山、港口、电力、冶金、化工等领域使用钢丝绳芯输送带的场合，特别适用于煤矿生产 中输送带的安全检测。
[0004] "输送带钢丝绳芯X光在线监测装置"是由X光发生器、高速X光探测器、计算机及 软件和供电电源等组成，其组成框图如图1所示。高速X光探测器由光电转换模块、信号采 集模块、信号处理传输模块和电源模块组成。该装置工作过程是X光发生器发射的X光穿 过运行着的钢丝绳芯输送带照射到高速X光探测器的光电转换模块上，光电转换模块将输 送带钢丝绳芯图像的光信号转换为电信号；该电信号通过高速X光探测器的信号采集模块 转换为数字信号，送给信号处理传输模块；信号处理传输模块对该数字信号进行处理后，通 过以太网传输到计算机（PC机）；计算机接收到信号处理传输模块的信号后，通过软件实时 显示、存储输送带钢丝绳芯图像，运用图像处理、识别算法对输送带钢丝绳芯的断裂、划伤、 锈蚀、接头伸长或接头搭接不规范等故障进行提取、分析和判断，及时报警，给出强度性能 分析结果。
[0005] X光信号处理是输送带钢丝绳芯X光在线监测的难点与关键。对于高速X光探测 器，在期望光辐照强度相同的情况下，各个像元的响应或者输出一致。但在实际中，同样X 光照射强度或探测器上方遮挡同样厚度物体情况下，探测器各个像元的响应存在差异，这 就是所谓的探测器的非均匀性。
[0006] X光探测器的像元响应可以由下式来表示
[0007] Yi=R^(J)+Xi〇
[0008] 其中，Yi表示第i个像元的输出，Φ表示照射到第i个像元的光的强度，Ri表示 该像元对光的转换效率，X itl表示该像元的本底噪声。上式表明，探测器的像元响应质量存 在如下几方面的影响因素：
[0009] 首先，线阵探测器每个像元的Xitl是不一样的，主要原因有两个，一是每个二极管 的暗电流不同，二是每个二极管后面的运放电路存在差异；
[0010] 其次，每个像元的Ri是不一样的，主要是每个像元由于工艺的原因存在差异，如像 元尺寸大小不一致、像元内部参数存在差异等，事实上每个像元的R i本身也不是常数，是随 着Φ的大小也变化的；
[0011] 此外，在X光光源发出同样强度的光的情况下，到达各个像元的光的强度也是不 一样的，因为光源到各个像元的距离是不一致的。X光束流的强度按照X光的出射角度进行 分布，即出射角度越小，光的强度越大，因此到达线阵探测器的中间的像元的光的强度要大 于到达两边的光的强度，这也是引起探测器非均匀性的因素。探测器的非均匀性导致检测 到的图像存在灰度不一的条纹，严重影响图像质量。
[0012] 基于上述分析，前人已研宄了提高钢丝绳芯输送带X光图像质量的图像校正、均 匀化及滤波算法。"输送带钢丝绳芯X光在线监测装置"所采用的X光信号处理方法的整体 操作流程如图2所示，在具体实施时一般分成两个阶段，即首先根据需求，确定一个X光射 线源强度和每个像元的校正系数G i,以下简称为参数获取阶段，该阶段中要对校正系数进 行去噪处理；然后是应用阶段，实现对待检测钢丝绳芯输送带的校正。
[0013] 参数获取阶段的操作流程如下：
[0014] 步骤1，关闭X光射线源，获得无 X光照射条件下的X光探测器的输出值Ai,其中i 表示X光探测器的第i个像元；
[0015] 步骤2,利用X光探测器，获得钢丝绳芯输送带X光图像；
[0016] 步骤3,根据待测钢丝绳芯输送带的宽度、厚度和钢丝绳芯直径，利用实验得到不 同X光射线源强度下的待测钢丝绳芯输送带X光图像，基于待测钢丝绳芯输送带X光图像 像元值变化曲线的特征，确定一个合适的射线源强度，使待测钢丝绳芯输送带的成像区域 均工作在X光响应的线性区；
[0017] 步骤4,在X光探测器和X光射线源之间水平放置一段和待测钢丝绳芯输送带相同 材质、宽度和度的橡胶输送带，打开X光射线源，获得此条件下X光探测器的输出值B i，其中 i表示X光探测器的第i个像元；
[0018] 步骤5,通过如下公式
【主权项】
1. 一种基于FPGA的钢丝绳芯输送带X光探测器采集控制与信号处理装置，其特征在 于：所述采集控制与信号处理装置包括指令响应与核心调度模块、光电转换控制模块、信号 采