[发明专利]一种基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明的基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测系统及监测方法，涉及金属表面接触损伤的综合检测，属于传感器测量仪器领域。

背景技术

现有的对金属表面接触损伤进行检测或者监测的方法有数十种，最常用的包括：射线检测、超声检测、涡流检测、声发射等几种。

射线检测是利用各种射线对材料的透射性能及不同材料对射线的吸收衰减程度不同，依据所得图像对被检件的质量、尺寸、特性进行评定，不足之处在于对平面缺陷的检测灵敏度较低，检测成本高；超声检测对确定缺陷大小、位置等有综合优势，设备轻便，可做现场检测；磁粉检测是利用磁粉的聚集显示铁磁材料及其工件表面与近表面缺陷的无损检测方法，可用于表面与近表面质量的检测，其优点主要有:可以直观显示缺陷的形状、位置和大小，并能大致确定缺陷的性质，检测灵敏度高，工艺简单，检测速度快，费用低廉；涡流检测是利用电磁感应原理，通过测定被检试件内感生涡流的变化来发现缺陷的无损检测方法，对导电材料表面和近表面缺陷的灵敏度较高。

以上诸多检测方法，没有哪一种是万能的，且能够实现在线监测的方法并不多。利用静电感应技术实现对金属表面的接触损伤进行在线监测，属于直接测量故障部位和产物，能够实现实时监测部件表面状态，将给维修计划带来宽裕的准备时间，并从使预知维修成为可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使用简单，性能可靠，基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测系统及监测方法。利用这套系统可以在线监测金属表面接触损伤，判断金属表面是否发生接触损伤，以及判断损伤发生的程度，该监测系统和方法，属于直接监测损伤表面，可以替代已经普遍使用的振动信号监测、温度监测等二次影响参数的监测系统和方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测系统，包括由静电感应头、屏蔽罩、绝缘部件、电荷放大电路组成的静电传感器，由计算机及信号处理程序、信号调理采集硬件组成的信号采集分析系统，以及传感器安装架组成的辅助部件，其特征在于：

所述传感器由静电感应头、屏蔽罩、绝缘部件、电荷放大电路组成，静电感应头为圆盘形，圆盘背面有金属杆将信号引出至电荷放大电路，屏蔽罩为圆筒形，一端封闭，一端不封闭，屏蔽罩封闭的一端上引出电荷放大之后的静电信号，信号屏蔽与屏蔽罩接触等势，屏蔽罩不封闭的一端用于安装电荷放大电路、感应头和绝缘部件。

一种基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测方法，适用于监测金属表面是否发生接触损伤，包括以下步骤：

a.监测时依靠传感器安装架，将传感器感应头靠近被监测面安装，且两者之间垂直距离h为1～2mm；

b.传感器感应头采集被检测面的静电信号，并对所得信号调理放大滤波处理；

c.将调理后的静电信号与与背景噪声引号进行对比，接触损伤所对应静电信号幅值u为背景噪声信号的2～3倍以上，即可判断为发生接触损伤。

一种基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测方法，包含多个传感器，适用于对金属表面损伤位置进行定位，包括以下步骤：

a.监测时依靠传感器安装架，将至少两个传感器等间距排列，传感器感应头靠近被监测面安装，且两者之间垂直距离h为1～2mm；

b.采集相邻两个传感器的静电信号，并对所得信号调理放大滤波处理，得到两个静电信号幅值                                                和；

c、确定接触损伤部位与两个传感器的距离：

其中，、为损伤与两个传感器之间的水平距离。

一种基于静电感应的金属表面接触损伤在线监测方法，适用于对金属表面损伤程度进行定量识别，包括以下步骤：

a.监测时依靠传感器安装架，将传感器感应头靠近被监测面安装，且两者之间垂直距离h为1～2mm；

b. 传感器感应头采集被检测面的静电信号，并对所得信号调理放大滤波处理；

c.对2分钟时间内的信号取得调和平均值V1、四分位差V2、峭度V3、均值V4、样本极差V5、歪度V6以及标准差V7七个统计指标，利用因子分析方法对指标数据进行降维；

d.利用模式识别方法，对降维后的数据进行识别分类，实现对金属表面接触损伤的定量监测。

所述的因子分析方法模型为：

       

其中，变量为测量的数据变量；为公共因子；为变量在公共因子上的得分；是变量所独有的特殊因子。