一种基于电磁互感的法兰监测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于电磁互感的法兰监测方法，在法兰上安装法兰测量装置，构建法兰在测量装置作用下产生电磁场的电磁场模型；在法兰中任意两颗相邻螺栓之间预设多个损伤位置，基于每一个损伤位置求解得到该损伤位置所导致的感应电流信号序列，计算得到每一个损伤位置对应的故障特征频率；在故障特征模型库中建立损伤位置与故障特征频率的对应关系；将法兰测量装置沿待测法兰滑行一圈，获取该待测法兰所产生的当前电磁感应信号；获取当前电磁感应信号的当前频谱信号，在当前频谱信号中查找与故障特征模型库中故障特征频率相同的特征频率，将该特征频率进行信号强化，得到修正后的当前频谱，以进行故障分析。本发明专利技术有效地提升了法兰检测的精度。升了法兰检测的精度。升了法兰检测的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电磁互感的法兰监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及法兰监测
，尤其涉及一种基于电磁互感的法兰监测方法及系统。

技术介绍

[0002]法兰(Flange)，又叫法兰凸缘盘或突缘，法兰是轴与轴之间相互连接的零件，用于管端之间的连接；也有用在设备进出口上的法兰，用于两个设备之间的连接，如减速机法兰。在一些特殊需求下，需要持续关注法兰连接的可靠性。
[0003]对于尚未出厂的法兰，可以通过激光、超声等手段，通过专门的测试步骤进行监测排查，然而对于已经出厂完成安装的法兰，如何进行有效的监测一直是一个难以解决的问题，使得许多场景下设备不得不带伤运行，造成安全隐患，严重时甚至危及人员生命安全。随着科学技术的发展，智能制造、智能工厂的逐渐展开，对于法兰这样的工业设备基础件的在线监测和灵活检测，出现了大量的需求。
[0004]公开号为CN110687120A的专利，提出了使用视觉检测技术，将采集到的图像信息通过卷积神经网络进行分析，对生产线上的法兰进行检测，该技术只能够用于法兰出厂之前，并且只能检测到法兰的外表缺陷，无法对已经投入使用的法兰内部缺陷进行检测。公开号为CN108212809A的专利，通过使用测量杆通过测量法兰螺栓孔中心偏差来对法兰的生产质量进行监测，用于法兰出厂未装配前，对于已经投入使用的法兰无法监测。公开号为CN108212809A的专利，通过超声波对法兰进行监测，需要较大的监测装置，也是用于未出厂的法兰进行检测，对于已经投入使用的法兰无法监测。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术提供一种基于电磁互感的法兰监测方法及系统，可以敏捷地捕捉到法兰内部的细小缺陷，有效地提升了检测的精度。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于电磁互感的法兰监测方法，所述方法包括步骤：
[0007]S1、在法兰上安装一法兰测量装置，所述法兰测量装置用以输出该法兰在所述法兰测量装置中所产生的电磁感应信号，构建所述法兰在所述法兰测量装置作用下所产生电磁场的电磁场模型；
[0008]S2、在所述法兰中的任意两颗相邻螺栓之间预设多个损伤位置，基于每一个损伤位置根据所述电磁场模型求解得到该损伤位置所导致的感应电流信号序列，计算得到每一个损伤位置所对应的故障特征频率；
[0009]S3、建立故障特征模型库，该模型库用以指示损伤位置与故障特征频率的对应关系；
[0010]S4、将所述法兰测量装置以一速率沿待测法兰滑行一圈，获取该待测法兰在法兰测量装置中所产生的当前电磁感应信号；
[0011]S5、获取所述当前电磁感应信号的当前频谱信号，在所述当前频谱信号中查找与所述故障特征模型库中故障特征频率相同的特征频率，将该特征频率进行信号强化，得到修正后的当前频谱，对所述修正后的当前频谱进行故障分析。
[0012]优选的，构建所述法兰在所述法兰测量装置作用下所产生电磁场的电磁场模型，电磁场模型由以下方程求解得到：
[0013][0014][0015]J＝δE+δv
×
B+J
e
ꢀꢀ
(4)；
[0016][0017]其中，H为磁场强度，J为电流密度，B磁通密度，A磁矢位，E为电场强度，δ为电荷速度，v为螺线管回路的电流密度。
[0018]优选的，所述步骤S1还包括：
[0019]设置所述电磁场模型的边界条件为：
[0020][0021]B＝μ0[μ
r1
+(μ
r2
‑
μ
r1
)k]H
ꢀꢀ
(7)；
[0022]J
e
＝σ[σ1+(σ2‑
σ1)k]E
ꢀꢀ
(8)；
[0023]其中，K为线圈匝数，I
coil
为激励信号源提供的电流信号，e
coil
为单匝螺线管的感应强度，a为导线横截面积，μ
r1
为法兰材质相对磁导率，∈
r1
为法兰材质相对介电常数，σ1为法兰材质电导率，μ
r2
为空气相对磁导率，∈
r2
为空气相对介电常数，σ2为空气电导率，κ为法兰某一位置处是否损伤的标识，为0表示没有损伤，为1表示有损伤。
[0024]优选的，所述步骤S2包括：
[0025]在所述法兰中的任意两个相邻螺栓之间预设多个损伤位置，对于每一个损伤位置来说，将公式(6)～(8)代入到(2)～(5)中，通过电磁分析软件求解得到该损伤位置所导致的感应电流信号序列Je(t)，t∈(0,T)，T为法兰监测装置绕法兰一圈所用的时间。
[0026]优选的，所述步骤S2还包括：感应电流信号的强度和损伤位置有关，当损伤位置处于两颗螺栓位置的正中间时，感应电流信号的强度达到最大值，当损伤位置偏离两颗螺栓的正中间越远时，感应电流信号的强度越小。
[0027]优选的，所述步骤S3包括：
[0028]法兰中的任意两颗相邻螺栓之间设定多个损伤位置为(x1,x2,
…
,x
n
)，计算得到各个损失位置所对应的故障特征频率为(f1,f2,
…
,f
n
)，构建得到故障特征模型库F
c
为：
[0029][0030]优选的，所述步骤S5包括：
[0031]对所述当前电磁感应信号进行傅里叶变换，得到对应的当前频谱信号；
[0032]计算单个螺栓对测量所造成的第一背景噪声频率；
[0033]计算轮子旋转对测量造成的第二背景噪声频率；
[0034]通过滤波器将第一背景噪声频率和第二背景噪声频率进行滤除，得到去除噪声的当前频谱信号。
[0035]优选的，所述步骤S5包括：
[0036]单个螺栓对测量造成的第一背景噪声频率f
a
为：
[0037][0038]其中，N为法兰中的螺栓总数，T为法兰监测装置绕法兰一圈所用的时间；
[0039]轮子旋转对测量造成的第二背景噪声频率f
b
为：
[0040][0041]其中，T为监测设备绕行法兰一周所用的时间，D为法兰直径，d为框架卡轮直径。
[0042]优选的，所述步骤S5包括：
[0043]根据修正后的当前频谱，通过公式(12)对法兰损伤位置进行判断：
[0044][0045]其中，t为出现可识别的故障特征信号的时间，T为监测设备绕行法兰一周所用的时间，Ω
F
为发生故障的位置距离测量起始点的角距离。
[0046]为实现上述目的，本专利技术提供一种基于电磁互感的法兰监测系统，所述系统包括：
[0047]电磁场模型构建模块，用于在法兰上安装一法兰测量装置，所述法兰测量装置用以输出该法兰在所述法兰测量装置中所产生的电磁感应信号，构建所述法兰在所述法兰测量装置作用下所产生电磁场的电磁场模型；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于电磁互感的法兰监测方法，其特征在于，所述方法包括步骤：S1、在法兰上安装一法兰测量装置，所述法兰测量装置用以输出该法兰在所述法兰测量装置中所产生的电磁感应信号，构建所述法兰在所述法兰测量装置作用下所产生电磁场的电磁场模型；S2、在所述法兰中的任意两颗相邻螺栓之间预设多个损伤位置，基于每一个损伤位置根据所述电磁场模型求解得到该损伤位置所导致的感应电流信号序列，计算得到每一个损伤位置所对应的故障特征频率；S3、建立故障特征模型库，该模型库用以指示损伤位置与故障特征频率的对应关系；S4、将所述法兰测量装置以一速率沿待测法兰滑行一圈，获取该待测法兰在法兰测量装置中所产生的当前电磁感应信号；S5、获取所述当前电磁感应信号的当前频谱信号，在所述当前频谱信号中查找与所述故障特征模型库中故障特征频率相同的特征频率，将该特征频率进行信号强化，得到修正后的当前频谱，对所述修正后的当前频谱进行故障分析。2.如权利要求1所述的基于电磁互感的法兰监测方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：构建所述法兰在所述法兰测量装置作用下所产生电磁场的电磁场模型，电磁场模型由以下方程求解得到：方程求解得到：J＝δE+δv
×
B+J
e
ꢀꢀꢀꢀ
(4)；其中，H为磁场强度，J为电流密度，B磁通密度，A磁矢位，E为电场强度，δ为电荷速度，v为螺线管回路的电流密度。3.如权利要求2所述的基于电磁互感的法兰监测方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：设置所述电磁场模型的边界条件为：B＝μ0[μ
r1
+(μ
r2
‑
μ
r1
)κ]H
ꢀꢀꢀꢀ
(7)；J
e
＝σ[σ1+(σ2‑
σ1)κ]E
ꢀꢀꢀꢀ
(8)；其中，K为线圈匝数，I
coil
为激励信号源提供的电流信号，e
coil
为单匝螺线管的感应强度，a为导线横截面积，μ
r1
为法兰材质相对磁导率，∈
r1
为法兰材质相对介电常数，σ1为法兰材质电导率，μ
r2
为空气相对磁导率，∈
r2
为空气相对介电常数，σ2为空气电导率，κ为法兰某一位置处是否损伤的标识，为0表示没有损伤，为1表示有损伤。4.如权利要求3所述的基于电磁互感的法兰监测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：在所述法兰中的任意两个相邻螺栓之间预设多个损伤位置，对于每一个损伤位置来说，将公式(6)～(8)代入到(2)～(5)中，通过电磁分析软件求解得到该损伤位置所导致的感应电流信号序列Je(t)，t∈(0,T)，T为法兰监测装置绕法兰一圈所用的时间。
5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨介立，尹旭晔，董瀚文，水沛，易伟峰，高国青，王鹏飞，
申请(专利权)人：浙江中自庆安新能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：