专利名称：钢梁结构活动缺陷的检测处理系统及检测处理方法
技术领域：
本发明涉及一种缺陷检测处理系统，更特别地说，是指一种适用于港口大型起重机的钢梁结构在使用一段时间后存在的缺陷进行检测处理的系统，从而为使用中的港口大型起重机提供更安全的、更可靠的运行环境。
背景技术：
港口大型起重设备如港口门座起重机、散货卸船机、岸边集装箱起重机、电厂煤炭卸船机等，在港口码头的地位和作用，历来为人们所关注和重视。作为重要的技术物质基础，它体现了一个港口的生产力水平。作为港口大型设备具有投资大、效益大，若出现事故其经济损失较大，也会造成一定的国际影响。
如何对港口大型在用机械设备进行安全性的检测和评估分析，科学合理的延长其寿命，不仅是港口管理者和技术工作者极为关注的问题，也是目前国内外学术界和工程界的研究热点之一。
港口大型起重机整机的寿命往往取决于关键结构件的寿命。通过对起重机中钢梁结构的事故分析和研究发现，活动缺陷(疲劳扩展裂纹)等原因是造成结构失效的主要原因。疲劳裂纹的萌生和扩展断裂常常具有以下几个特征1)遗传性；2)寄生性；3)难检测性；4)综合性；5)突发性，一般没有预兆。因此对这些港口大型起重设备的有效安全检测和安全评估难度就显得非常重要。
目前通常采用常规无损检测技术对港口大型起重机进行安全检测(如超声波探伤，磁粉探伤，射线法等)，采用力学分析或简单的疲劳分析进行安全评估。这些安全检测和安全评估方法为港口机械设备的安全管理作出了一定贡献，但上述技术容易出现漏检现象，无法对缺陷位置进行快速有效地判定，严重影响设备的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，该活动缺陷检测处理系统采用声发射技术对活动缺陷信息进行采集，然后对所述采集信息运用计算机的运算能力，以及与缺陷活动位置分析模块相结合的数字化、智能化方式进行活动缺陷位置定位。
本发明的另一目的是提出一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理方法，该活动缺陷检测处理方法通过事件极限分析获得活动缺陷事件，或者通过对幅度极限分析后的幅度均值获得活动缺陷事件，然后对活动缺陷事件进行有效识别，从而解决了长期以来无法有效判断缺陷的活动范围以及漏检现象等问题。
本发明是一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，该活动缺陷检测处理系统包括检测部分、信号分析部分和信号处理器，所述检测部分输出的模拟信息f2经所述信号处理器转换后输出数字电信息f3给所述信号分析部分，所述信号分析部分对接收的数字电信息f3采用极限平均对比法进行活动缺陷判定，获得活动缺陷在钢结构上的位置信息f4，然后将所述位置信息f4通过计算机的输出口(USB接口、串行通讯接口)输出或者下载至现场使用；所述检测部分包含有传感器、前置放大器，传感器与前置放大器采用有线连接；所述信号分析部分包含有计算机、缺陷活动位置分析模块，缺陷活动位置分析模块存储在计算机的存储器中。
本发明活动缺陷检测处理系统的优点在于(1)通过引入计算机及软件数学模型，使钢梁结构的活动缺陷检测更为有效；(2)缺陷活动位置分析模块采用数学理论的极限均值建模，使高效的检测手段运用于港口大型起重机的缺陷检测中；(3)缺陷活动位置分析模块采用多条件的判断手段，提高了检出率和准确率；(4)缺陷检测效率比常规无损检测技术(超声波探伤)提高了40～65％，检出率高达90～98％，为设备的安全运行提供了保障。
本发明活动缺陷检测处理方法的优点在于(1)对拾取数字电信息f3采用了一次拾取多次运用，有效地提高了工作效率，同时为事件极限分析、幅度极限分析提供了活动缺陷检测的数据源；(2)对事件Ei、幅度Xi的分析简洁有效；(3)检测所需设备、器件相对较少，有效地降低了活动缺陷检测成本。
图1是港口大型起重机的钢结构缺陷检测结构示意框图。
图2是本发明缺陷检测模块结构示意框图。
具体实施例方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
请参见图1所示，本发明是一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，该活动缺陷检测处理系统包括检测部分、信号分析部分和信号处理器，所述检测部分输出的模拟信息f2经所述信号处理器转换后输出数字电信息f3给所述信号分析部分，所述信号分析部分对接收的数字电信息f3采用极限平均对比法进行活动缺陷判定，获得活动缺陷在钢结构上的位置信息f4，然后将所述位置信息f4通过计算机的输出口(USB接口、串行通讯接口)输出或者下载至现场使用；所述检测部分包含有传感器、前置放大器，传感器与前置放大器采用有线连接；所述信号分析部分包含有计算机、缺陷活动位置分析模块，缺陷活动位置分析模块存储在计算机的存储器中；所述传感器将采集的活动缺陷信息f1输出给所述前置放大器；所述前置放大器对接收的所述活动缺陷信息f1经放大处理后输出模拟信息f2给所述信号处理器；所述信号处理器对接收的所述模拟信息f2经转换处理后输出数字电信息f3给存储于计算机中的所述缺陷活动位置分析模块；所述缺陷活动位置分析模块对接收的数字电信息f3进行缺陷活动位置分析处理后，获得活动缺陷在钢结构上的位置信息f4，然后通过计算机输出口输出。
在本发明中，所述缺陷活动位置分析模块对接收的数字电信息f3进行的处理步骤为第一步拾取数字电信息f3所述数字电信息f3中包括有事件Ei(其中i＝1，2，3……N，N为正整数)、测量振铃计数n、上升时间t、持续时间T、测量幅度Xi(其中i＝1，2，3……N，N为正整数)；第二步事件极限分析处理对事件Ei满足事件极限关系处理获得活动缺陷事件Ei(V)，所述事件极限关系为Ei(V)Ei(t>10μs)∩(T>110μs)0(t<10μs)∪(T<110μs),]]>式中，Ei表示事件个数，Ei(V)表示活动缺陷事件个数，其中V表示有效事件个数，t表示上升时间，T表示持续时间。
第三步幅度极限分析处理对测量幅度Xi满足幅度极限关系处理获得活动缺陷幅度Xi(V)；
所述幅度极限关系为Xi(V)Xi(t>10μs)∩(T>110μs)∩(n>3)0(t<10μs)∪(T<110μs),]]>式中，Xi表示测量幅度，Xi(V)表示活动缺陷幅度，其中V表示有效事件个数，t表示上升时间，T表示持续时间，n表示测量振铃计数。
第四步活动缺陷幅度均值分析处理对第三步的活动缺陷幅度Xi(V)进行均值处理获得某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷幅度Xi(V)的均值μXi，所述均值μXi用于进一步判断事件Ei是否为有效事件Ei′(V)；活动缺陷幅度Xi(V)均值为μXi=(1/m)Σi=1mXi(V),]]>且μXi∈[a,b]]]>式中，μXi表示某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷幅度Xi(V)的均值，m表示某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷个数，a表示活动缺陷幅度均值的上限阈值，b表示活动缺陷幅度均值的下限阈值。
本发明通过上述处理步骤的活动缺陷检测分析，能够实现活动缺陷的有效识别；然后，通过有效识别获得的活动缺陷参数可以实现对大型钢梁结构的活动缺陷的整体快速检测，提高了检测效率和检出率。
实施例1港口某大型起重机钢梁，长约15米，布置传感器6个(150KHz共振频率、前放增益为40dB的声传感器)，6个前置放大器(选取型号为2-4-6，其与R15声传感器配套使用)，其编号及拾取信息如表1所示，其中钢梁活动缺陷幅度均值的阈值上限a＝40dB，钢梁活动缺陷幅度均值的阈值下限b＝60dB。
表1多传感器信号拾取及分析处理
结果分析由表中最后一项的分析结果可以看出，3号、5号、6号传感器没有检测到有效事件，即可以说明这三个传感器所在位置附近没有检测到活动缺陷；1号，2号，4号传感器检测到了有效事件；2号传感器检测的有效事件非常多，且1号，2号传感器相邻，可以判断和2号传感器之间，尤其是靠近2号传感器附近的地方存在活动缺陷，通过有效事件数Ei(V)来看其活动情况比1号和4号所测得活动缺陷要严重。由于4号，5号，6号传感器相邻，而5号，6号传感器均未检测出有效事件，可以判断4号传感器检测到的活动缺陷距离4号传感器较近，但缺陷并不十分严重。
为了不失一般性，本发明人采用超声波探伤常规无损检测方式与本发明方式分别对一根30米长的钢梁进行活动缺陷检测处理，其相关检测结果如表2所示表2采用本发明方式与超声波探伤方式检测对比说明
通过对相同长度的钢梁进行有效活动缺陷的测试，本发明系统比超声波探伤常规无损检测获得的有效事件提高了60％左右，检出率提高了1.5倍以上，准确率达到95％以上。当对更多钢梁进行活动缺陷检测时，本发明的系统显得更为重要。因此，本发明系统通过数字化、智能化的活动缺陷位置模块的初始量、工作状态设定、多条件假设实现了借用计算机的运算能力，达到更佳精确的测量参数，为港口大型起重机的钢梁结构进行活动缺陷检测提供了更好的安全运行环境。
在本发明中，传感器采用R15型(150KHz共振频率、前放增益为40～50dB)声传感器。信号处理器采用美国PAC公司的全数字式40通道DISP声发射仪器。计算机最低配置采用IPC-610P/P4，内存512M，硬盘20G；缺陷活动位置分析模块采用Matlab和/或VC编辑。
在本发明中，所述信号处理器的声发射检测门槛40dB，频率带宽100～400KHz。
本发明的传感器的布局可以是单个线性布置或者是双线性对称布置。传感器布局满足关系为D＝T/m，D表示钢梁长度，单位为米；T表示布置在钢梁上的传感器个数，单位为个；m表示传感器之间的间隔长度，单位为米。一般间隔长度m为1.5～5米之间布置1～4个。每个传感器在钢梁上的位置采用编号进行设有，通过对应的编号来确定传感器在钢梁上的位置，通过传感器位置编号来确定传感器的通道，每一传感器为一个通道，计算机针对每个传感器进行指令输出，每个传感器回传信息采用多次数据比对，以确保数据的准确性，为检测系统要检出率作前期准备。
本发明的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统通过对一系列相关分析和研究的试点工作，找到一套综合、科学、完整的对大型港口起重机安全检测和安全评估的思路和方法，尽量减少特重大事故的发生，也为今后港口大型机械设备的安全、可靠运行和合理延寿奠定理论和技术基础。
权利要求
1.一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，包括有检测部分、信号分析部分和信号处理器，其特征在于所述检测部分输出的模拟信息f2经所述信号处理器转换后输出数字电信息f3给所述信号分析部分，所述信号分析部分对接收的数字电信息f3采用极限平均对比法进行活动缺陷判定，获得活动缺陷在钢结构上的位置信息f4；所述检测部分包含有传感器、前置放大器，传感器与前置放大器采用有线连接；所述信号分析部分包含有计算机、缺陷活动位置分析模块，缺陷活动位置分析模块存储在计算机的存储器中。
2.根据权利要求1所述的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，其特征在于所述传感器采用150KHz共振频率、前放增益为40～50dB的声传感器。
3.根据权利要求1所述的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，其特征在于所述传感器的布局是单个线性布置或者是双线性对称布置；传感器布局满足D＝T/m，D表示钢梁长度，单位为米；T表示布置在钢梁上的传感器个数，单位为个；m表示传感器之间的间隔长度，单位为米。
4.根据权利要求1所述的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，其特征在于所述信号处理器的声发射检测门槛40dB，频率带宽100～400KHz。
5.根据权利要求1所述的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统，其特征在于所述缺陷活动位置分析模块对接收的数字电信息f3进行的处理步骤为第一步拾取数字电信息f3所述数字电信息f3中包括有事件Ei，其中i＝1，2，3……N，N为正整数、测量振铃计数n、上升时间t、持续时间T、测量幅度Xi，其中i＝1，2，3……N，N为正整数；第二步事件极限分析处理对事件Ei满足事件极限关系处理获得活动缺陷事件Ei(V)，所述事件极限关系为Ei(V)=Ei(t>10μs)∩(T>110μs)0(t<10μs)∪(T<110μs),]]>式中，Ei表示事件个数，Ei(V)表示活动缺陷事件个数，其中V表示有效事件个数，t表示上升时间，T表示持续时间；第三步幅度极限分析处理对测量幅度Xi满足幅度极限关系处理获得活动缺陷幅度Xi(V)；所述幅度极限关系为Xi(V)=Xi(t>10μs)∩(T>110μs)∩(n>3)0(t<10μs)∪(T<110μs),]]>式中，Xi表示测量幅度，Xi(V)表示活动缺陷幅度，其中V表示有效事件个数，t表示上升时间，T表示持续时间，n表示测量振铃计数；第四步活动缺陷幅度均值分析处理对第三步的活动缺陷幅度Xi(V)进行均值处理获得某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷幅度Xi(V)的均值μXi，所述均值，μXi用于进一步判断事件Ei是否为有效事件Ei′(V)；活动缺陷幅度Xi(V)均值为μXi=(1/m)Σi=1mXi(V),]]>且μXi∈[a,b]]]>式中，μXi表示某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷幅度Xi(V)的均值，m表示某一通道中经过幅度极限分析处理后的有效活动缺陷个数，a表示活动缺陷幅度均值的上限阈值，b表示活动缺陷幅度均值的下限阈值。
全文摘要
本发明公开了一种适用于港口大型起重机的钢梁结构活动缺陷的检测处理系统及检测处理方法，该活动缺陷检测处理系统包括检测部分、信号分析部分和信号处理器，检测部分输出的模拟信息f
文档编号G06F17/10GK101042372SQ20071009860
公开日2007年9月26日 申请日期2007年4月23日 优先权日2007年4月23日
发明者张峥, 骆红云, 钟群鹏, 薛国星, 周煜, 王宏伟, 李丽锋 申请人:北京航空航天大学