煤矿钢丝绳芯输送带缺陷弱磁信号智能识别研究.pdf

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1、StudyonWeakMagneticSignalIntelligentRecognitionofDefectsinSteelCordConveyorBeltforCoalMineDissertationSubmittedtoXi’anUniversityofScienceandTechnologyInpartialfulfillmentoftherequirementForthedegreeofDoctorofEngineeringBy:QinghuaMaoSchoolofEnergyEngineeringDissertationDirectedBy:ProfessorHongw

2、eiMaApr.2012学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：学位论文知识产权声明书本人完全了解学校有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安科技大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版。本人允

3、许论文被查阅和借阅。学校可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。保密论文待解密后适用本声明。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日论文题目：煤矿钢丝绳芯输送带缺陷弱磁信号智能识别研究专业：安全技术及工程博士生：毛清华(签名)指导教师：马宏伟(签名)摘要钢丝绳芯带式输送机是目前大多数煤矿的主运输设备，在现代化煤矿生产中发挥着极其重要的作用。钢丝绳芯输送带使用过程中因发生接头位移、断绳、断丝和疲劳等缺陷导致输送带断裂事故频发，造成了

4、人员伤亡和重大经济损失。为了克服目前输送带缺陷人工目测方法的缺点和不足，论文通过研发煤矿钢丝绳芯输送带弱磁在线检测研究平台，运用理论与实验相结合的方法对缺陷磁场空间分布规律和弱磁检测信号智能识别理论和算法进行了深入研究。针对目前煤矿生产中钢丝绳芯输送安全在线检测这一亟待解决的技术难题，借助于电磁无损检测与评价技术、计算机技术、信号处理技术、变频控制技术和机电一体化技术，成功地开发了输送带缺陷弱磁在线智能识别系统，实现了煤矿钢丝绳芯输送带缺陷弱磁检测的自动化，提高了输送带缺陷检测的可靠性和效率，对确保输送带安全可靠运行具有重要意义。研究了钢丝绳芯输送带断绳和接头位移的磁场空间分布问题

5、，运用磁偶极子模型建立了断绳和接头的磁场空间分布数学模型。通过数学模型构建了接头位移和断绳缺陷样本，分析了接头磁场沿输送带长度方向(x方向)和垂直输送带方向(y方向)磁场空间分布随接头位移变化规律。研究结果表明：y方向磁场空间分布的波峰与波谷间距可以准确反映接头位移的变化，为接头位移定量评价提供了依据。研究了在煤矿强噪声背景下的钢丝绳芯输送带缺陷弱磁检测信号降噪问题，提出了一种改进阈值小波的变步长LMS自适应滤波算法。该算法不仅融合了小波变换和自适应滤波的优点，而且通过对小波阈值处理函数和LMS自适应滤波步长的改进获得了比小波和自适应滤波更好的降噪性能。通过对多种降噪算法的比较分析

6、表明：该算法对输送带缺陷信号中的非平稳噪声的降噪具有良好效果，有效地提高了信噪比。研究了输送带多传感器信息融合特征提取和特征约简问题，提出了多传感器时域特征和小波包能量特征加权融合的特征提取算法和基于属性数据标准差的改进邻域粗糙集特征约简算法。首先，根据弱磁传感器检测的缺陷信号提取时域特征和小波包能量特征；其次，对提取的缺陷特征进行加权融合；最后，对缺陷特征进行约简。实验结果表明：该算法可以有效地提取本质特征向量。研究了钢丝绳芯输送带多类缺陷信号分类问题，提出了一种基于改进遗传算法优化的模糊二叉树支持向量机多类分类算法。实验结果表明：该算法可以较快地获得支持向量机的一组最优参数C和

7、σ，分类精度高，训练速度快，支持向量个数少，并且对于含有噪声数据的分类比常用支持向量机多分类算法具有更高的分类精度和更少的支持向量。研究了缺陷的定位和定量分析问题，提出了一种基于特征间距的接头编号方法，对接头位移进行定位，运用多个煤矿现场检测接头数据验证了该方法的有效性。对于接头位移的定量分析，运用多个垂直传感器的波峰与波谷之间的间距加权平均值作为接头长度，并根据接头长度的变化量对接头位移进行定量，实验发现该方法定量精度较高。提出了基于多传感器融合的分区定位方法，对非