基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統設計

洪靈

（浙江碩和機器人科技股份有限公司，浙江 金華 321000）

主元分析方法是一種基于多元統計手段的故障處理手段，能夠根據原始數據在空間環境中的存儲格式，構造全新的潛隱變量區間，再聯合映射空間內的主要變化信息，確定執行系統中標量數據的提取統計特征。由于新的映射空間受到原始變量與數據變量的共同影響，故主元分析信息的存儲格式必須滿足線性組合要求[1-2]。因此，若以電導渦流體系作為執行參考系統，則必須考慮主元分析數據的存儲受限問題。

隨著單位時間內平均電量輸出水平的不斷提升，電渦流導向孔會出現明顯的半封閉傳輸行為。為避免上述情況的發生，傳統EWMA濾波系統通過感知上下機位間電量差的方式，提取導向孔偏心距的實值厚度水平，再聯合下級探傷模塊，確定深孔中心偏斜差量的具體指標數值。但這種方法所表現出的偏心距探傷準度過低，始終不能達到預期參數水平。為解決此問題，設計基于主元分析方法的新型智能導向孔偏心距檢測系統，并借助電渦流傳感器的硬件設備，確定自適應檢測的實際控限范圍。

1 系統硬件設計

智能導向孔偏心距檢測系統硬件運行環境由電渦流傳感器、超聲發射接收放大電路、壓控增益模塊3部分組成，具體搭建方法如下。

1.1 電渦流傳感器

電渦流傳感器位于智能導向孔偏心距檢測系統中部，由電纜輸出線、傳輸線路板、導向螺母等多個結構共同組成。其中，檢測插頭直接與超聲發射接收放大電路相連，可借助電纜輸出線將交流電子運送至其他元件設備中，在此情況下，電源指示燈、檢測指示燈均處于常亮狀態。電渦流線路能夠疏導探頭殼體中的殘留電子，并經由傳感線路板傳輸至導向螺母中，從而達到擴充電渦流導向孔傳輸流量的目的[3-4]。電渦流傳感器結構圖如圖1所示。

圖1 電渦流傳感器結構圖

1.2 超聲發射接收放大電路

超聲發射接收放大電路是智能導向孔偏心距檢測系統中的唯一電子供應模塊，由初級放大回路、電渦流CP機、IC1AT89S51等多個結構共同組成[5-6]。交流電子經由超聲輸入端進入電路主體，首先進入IC1AT89S51設備，再按照導向孔檢測角度的變化情況，選擇性地建立與放大回路的等效連接，在確保偏心距數值量不發生改變的前提下，聯合發射接收器，將未完全利用的交流電子傳輸至電渦流CP主機中，最終借助超聲電子輸出端，反饋回系統的核心檢測主機[7-8]。超聲發射接收放大電路圖如圖2所示。

圖2 超聲發射接收放大電路圖

1.3 壓控增益模塊

壓控增益模塊作為超聲發射接收放大電路的下級負載結構，受到最上端接正電源與接負電源的直接控制。在控制桿前向平移的情況下，電子導向孔持續擴張，偏心距調節芯片與增益處置芯片逐漸向中間位置趨近，直至壓控調節元件的形變量完全等于偏心距的實際檢測數值；在控制桿后向平移的情況下，電子導向孔持續收縮，偏心距調節芯片與增益處置芯片逐漸向兩端位置趨近，直至壓控調節元件的真實形變量完全等于零[9]。壓控增益模塊結構圖如圖3所示。

2 系統軟件設計

在各級硬件執行設備的支持下，按照電量數據壓縮及信息提取、主元分析偏心量計算、自適應檢測控限的處理流程，實現系統的軟件運行環境搭建，兩相結合，完成基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統設計。

圖3 壓控增益模塊結構圖

2.1 電量數據壓縮及信息提取

電量數據壓縮及信息提取是智能導向孔偏心距檢測系統中的重要執行處理環節，以主元分析動量的確定作為初始步驟，可聯合電渦流傳感器、壓控增益模塊等硬件設備結構，控制主元輸入設備與偏心距檢測元件間的實際間隔數值[10-11]。在超聲發射接收放大電路始終保持定量輸出的情況下，壓控增益模塊的控制桿設備會出現持續前傾的變化趨勢，從而使導向孔偏心距實值不斷擴張，直至等于傳感線路板能負載的最大輸出數值。在此過程中，偏心距轉角的數值水平也隨之增大，直至完全滿足主元分析方法的實際應用條件[12]。電量數據信息的具體壓縮提取流程為：首先，確定主元分析動量，將動量結果分別輸入電渦流傳感器和壓控增益模塊中，得到實際間隔數據，根據數據結果控制桿設備，保持其前傾狀態，最后，實現電量數據壓縮及信息提取。

2.2 主元分析偏心量計算

主元分析偏心量直接決定了智能導向孔的擴張程度，受到電子數據總量、控距檢測參數的直接影響[13-14]。電子數據總量常表示為 f，在既定檢測時間內，可隨系統信息輸出條件的增加而不斷累積，但不對智能導向孔的實際存在狀態設置明確限制，即能夠完全適應偏心距的延長與縮短行為。控距檢測參數常表示為d˙，與壓控增益模塊的處理行為保持相同的變化趨勢，具有較強的檢測分析適應性。聯立上述物理量，可將主元分析偏心量的計算結果表示為：

其中，y代表智能導向孔的擴張參量，λ代表既定檢測時間系數，e代表偏心距檢測系統所負載的電子輸出條件。

2.3 自適應檢測控限

自適應檢測控限是基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統搭建的末尾設計環節，受到上部處置權限、下部處置權限的共同影響[15-16]。假設導向孔偏心距的實際偏移條件為p，在此情況下，上部處置權限制約了檢測距離的最大位移水平，而下部處置權限制約了檢測距離的最小位移水平。在不考慮其他作用影響的情況下，自適應檢測控限的分布范圍越廣，系統電渦流導向孔的封閉狀態也就越明顯。聯立公式（1），可將自適應檢測的控限表達式定義為：

其中，u1代表偏心距檢測的上部處置權限，u0代表偏心距檢測的下部處置權限，A代表主元分析方法的最大作用系數，l代表導向孔偏移向量，w代表偏心量的實值計算條件。至此，完成所有軟硬件系統環境的搭建，實現基于主元分析方法智能導向孔偏心距檢測系統的順利應用。

3 系統實用性檢測

為驗證基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統的實效性，設計如下對比實驗。選取兩臺執行狀態完全相同的控制主機作為實驗應用設備，其中實驗組主機搭載新型智能導向孔偏心距檢測系統，對照組系統搭載EWMA濾波系統，在既定檢測時間內，分別記錄相關實驗指標的具體變化情況。

3.1 檢測環境搭建

通過人工干預的方式，更改接入實驗主機的檢測系統型號，多次調節各項電力指標，使輸出系數條件逐漸趨于理想數值水平[17]，再借助核心控制主機記錄各項檢測應用指標的實際數量值。

3.2 深孔中心偏斜差量

深孔中心偏斜差量直接影響電渦流導向孔的半封閉水平，通常情況下，前者數值越大，后者封閉越明顯。圖4、圖5反應了在40 min檢測時間內，實驗組、對照組深孔中心偏斜差量的具體變化情況。

圖4 實驗組深孔中心偏斜差量

圖5 對照組深孔中心偏斜差量

對比圖4、圖5可知，實驗組、對照組深孔中心偏斜差量均呈現階段性波動的變化趨勢，單從極限數值的角度來看，實驗組最大值僅達到30%，遠低于對照組最大值49%。綜上可知，應用基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統，可大幅降低深孔中心偏斜差量的數值水平，對緩解系統電渦流導向孔的半封閉行為具有極強促進作用。

3.3 偏心距探傷準度

偏心距探傷準度也能影響電渦流導向孔的半封閉水平，通常情況下，前者數值越小，后者封閉越明顯。表1、表2反應了在40 min檢測時間內，實驗組、對照組偏心距探傷準度的具體變化情況。

表1 實驗組偏心距探傷準度

表2 對照組偏心距探傷準度

對比表1、表2可知，實驗組偏心距探傷準度前期不斷下降，達到穩定狀態后，開始小幅上升，全局最大值達到83.7%；對照組偏心距探傷準度前期不斷上升，達到穩定數值水平后，開始持續波動變化，全局最大值達到60.3%。綜上可知，應用基于主元分析方法的智能導向孔偏心距檢測系統，可提升偏心距的探傷準度，降低系統電渦流導向孔的半封閉行為的出現幾率。

4 結束語

新型智能導向孔偏心距檢測系統在主元分析方法的支持下，針對電渦流導向孔半封閉行為過于明顯的問題實施改進，聯合壓控增益模塊、超聲發射接收放大電路等硬件設備，在計算主元分析偏心量的同時，確定自適應檢測的實際控限區間[18]。對比實驗結果顯示，深孔中心偏斜差量的降低能夠帶動偏心距探傷準度的提升，完全解決系統電渦流導向孔半封閉行為過于明顯的問題。