CN101393173A - 一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统 - Google Patents

Abstract

一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，USB信号发生采集单元产生的正弦信号依次通过门控单元、功率放大器到达激励单元，激励单元在斜拉索中产生弹性波和磁场，弹性波通过磁场向外传播；接收单元接收来自激励单元的弹性波，将其转换为电信号，电信号依次通过信号预处理单元、程控放大滤波单元、USB信号发生采集单元到达计算机，计算机将采集的数据进行存储和显示，得到锚固区的检测结果。本发明实现对斜拉索锚固区的快速检测，检测时无需中断交通，可用于斜拉桥的日常检测。

Description

一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，具体涉及一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统。

背景技术

斜拉索作为斜拉桥的关键承载部件，对其进行检测是维护桥梁正常运行的重要组成部分。目前用于斜拉索检测较为成熟的是磁性检测方法，一般利用爬行机器人携带检测设备在斜拉索上进行扫描实现检测。武新军等[1武新军，王峻峰等，斜拉桥缆索缺陷检测系统的研制，机械科学与技术.2001，20(6)：901-903；2武新军，康宜华等，斜拉桥缆索缺陷检测机器人的研制，机械与电子.2001，1：47-48]基于漏磁检测原理研制了斜拉桥缆索检测系统和斜拉桥缆索缺陷检测专用机器人。该系统只能对传感器到达的部位进行检测，对于锚固区这类无法到达的部位无法实现检测。而锚固区是整根斜拉索最容易出现问题的部位。目前国内外仅仅开展了针对斜拉桥拉索安全检测的研究，几乎没有关于锚固区检测的研究，所以也没有相关的检测系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，该系统能够实现斜拉索锚固区的快速检测，检测时无需中断交通。

一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，包括激励单元1、功率放大器2、门控单元3、USB信号发生采集单元4、计算机5、程控滤波放大单元6、信号预处理单元7和接收单元8，

USB信号发生采集单元4产生的正弦信号依次通过门控单元3、功率放大器2到达激励单元1，激励单元1通过磁致伸缩效应在斜拉索中产生弹性波；

接收单元8通过逆磁致伸缩效应将探测到的弹性波转换为电信号，电信号依次通过信号预处理单元7、程控放大滤波单元6、USB信号发生采集单元4到达计算机5；

计算机5第一控制输出端、第二控制输出端和第三控制输出端分别与门控单元3、USB信号发生采集单元4和程控滤波放大单元6的控制输入端连接。

本发明通过磁致伸缩导波激励单元在斜拉索中产生弹性波，该弹性波在斜拉索索体和锚固区中传播，并由接收单元将弹性波转化为电信号，经信号预处理单元处理后，再经过程控放大滤波单元进行放大滤波处理，输入到高速USB数据采集通道转换为数字信号进入计算机，计算机将采集的数据进行存储和显示，得到锚固区的检测结果。本发明无需在锚固区设置任何设备，操作方便，检测时无需中断交通，实现斜拉索锚固区的快速检测。

附图说明

图1是本发明的系统框图。

图2是本发明实施的示意图。

图3是利用本发明对锚固区无缺陷斜拉索检测的信号波形图。

图4是利用本发明对锚固区有缺陷斜拉索检测的信号波形图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的内容。

本发明的系统框图如图1所示。激励单元1含有激励传感器和偏置磁场产生装置，偏置磁场可通过电磁铁或永久磁铁产生，激励单元的输入端与功率放大器相应输出端相连，激励单元利用磁致伸缩效应在斜拉索中激励出弹性波；功率放大器2用于放大门控单元3输出的脉冲小信号并提供给激励单元，功率放大器2的输入端与门控单元3的相应输出端相连；门控单元3的信号输入端与USB信号发生采集单元4相应输出端相连，门控单元3的控制输入端与便携计算机5串口相连；USB信号发生采集单元4用于产生特定频率、幅值的正弦波信号，进行检测信号的高速采集，USB信号发生采集单元4的控制输入端和数据输出端通过USB接口与便携计算机5相连，USB信号发生采集单元4的信号采集输入端与程控放大滤波单元6相应输出端相连；便携计算机5通过软件分别实现程控放大滤波单元6、USB信号发生采集单元4及门控单元3的控制和数据采集，便携计算机5具有数据存储、显示等功能；程控放大滤波单元6含有可编程信号放大器和滤波器，程控放大滤波单元6的信号输入端与信号预处理单元7相应输出端相连，控制端与便携计算机5串口相连；信号预处理单元7含有小信号放大器和滤波器，信号预处理单元7输入端与接收单元8相应输出端相连；接收单元8含有接收传感器和偏置磁场产生装置，用于接收锚固区的回波检测信号，偏置磁场可通过电磁铁或永久磁铁产生。

其中功率放大器2用于放大小脉冲信号，频率范围10kHz至800kHz，最大输出电压峰值1000V，瞬态功率5kW；门控单元3根据计算机的控制信号通过单片机控制产生相应宽度的门信号，用于开启功率放大器，确保其工作在脉冲模式，门控电路截断周期1至10可调，脉冲重复频率1至100Hz可调；USB信号发生采集单元4信号发生输出正弦波信号的频率10KHz至800KHz可调，信号采集的采样速率大于5MHz/采样点；便携计算机5的内存不小于1G，CPU不低于2GHz；程控滤波放大单元6带通范围最小10kHz，最大1MHz，放大倍数10倍至10000倍可调；信号预处理器7带通范围10kHz至1MHz，放大倍数1倍至100倍可调。

图2是本发明实施的示意图。首先将系统中的激励单元1和接收单元8安装在斜拉索索体9上，安装位置可以有不锈钢保护套筒，同时也不需要破坏斜拉索索体的高密度PE，利用本发明的系统在检测的斜拉索索体9中激励弹性波，弹性波传播到斜拉索锚固区10时，当锚固区10无缺陷时将产生正常的回波信号，当锚固区10有缺陷时将产生缺陷的回波信号，通过检测信号就可以实现锚固区10的缺陷检测，同时当弹性波在索体9中传播时如果索体9存在缺陷将产生缺陷的回波信号，从而也可实现斜拉索索体9的检测。

以下结合本发明的内容提供一个实施例。

锚固区无缺陷斜拉索直径为60mm，由55根直径7mm的平行钢丝构成，钢丝外层包有高密度PE材料。激励单元的线圈为长280mm，宽50mm，匝数40匝，用线径为0.3mm的排线制成，激励单元的偏置磁场由永久磁铁产生。接收单元的线圈的规格与激励单元的线圈一样，接收单元的偏置磁场也由永久磁铁产生。首先分别将磁致伸缩传感器激励单元和接收单元安装在待测斜拉索的索体上，利用便携计算机控制USB信号发生采集单元中信号发生器的频率为40kHz，再控制门控单元设定脉冲的个数为2个，重复频率为5Hz，采集时间为2ms，重复次数为500次。脉冲信号经功率放大器放大后传输到激励单元，通过磁致伸缩效应在斜拉索中产生弹性波，接收单元利用逆磁致伸缩效应将弹性波信号转换为电信号，信号经预处理器后进入程控放大滤波单元，利用便携计算机控制程控放大滤波单元的放大倍数为1000倍，带通滤波器的通带范围为[20kHz，60kHz]，信号经程控放大滤波单元处理后通过信号采集端口进入USB信号发生采集单元，经其中的A/D转换器后进入计算机。图3是所示对锚固区无缺陷斜拉索检测的信号波形图，图3中包括通过空气耦合电磁脉冲信号M₁，第一次通过接收单元的信号S₁，锚固区及端部回波信号S₂。

锚固区有缺陷斜拉索的规格与上述斜拉索一致，磁致伸缩激励单元和接收单元的安装位置及系统设置均与无缺陷的一致，仅在锚固区存在缺陷，得到的检测信号如图4所示。图4中包括通过空气耦合电磁脉冲信号M₁，第一次通过接收单元的信号S₁，缺陷的回波信号F₁，锚固区及端部回波信号S₂。

该系统可以在不中止桥梁正常交通、不破坏斜拉索外层保护高密度PE材料实现斜拉索锚固区的检测，也可以用于斜拉索索体的检测。

Claims (1)

1、一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，其特征在于，包括激励单元(1)、功率放大器(2)、门控单元(3)、USB信号发生采集单元(4)、计算机(5)、程控滤波放大单元(6)、信号预处理单元(7)和接收单元(8)，

USB信号发生采集单元(4)产生的正弦信号依次通过门控单元(3)、功率放大器(2)到达激励单元(1)，激励单元(1)通过磁致伸缩效应在斜拉索中产生弹性波；

接收单元(8)通过逆磁致伸缩效应将探测到的弹性波转换为电信号，电信号依次通过信号预处理单元(7)、程控放大滤波单元(6)、USB信号发生采集单元(4)到达计算机(5)；

计算机(5)第一控制输出端、第二控制输出端和第三控制输出端分别与门控单元(3)、USB信号发生采集单元(4)和程控滤波放大单元(6)的控制输入端连接。

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