CN104297337B - Pccp钢丝断丝探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种PCCP钢丝断丝探测方法，包括如下步骤：S1：检测车通过自动或手动控制行进，行进期间：通过测量装置记录和检测位移变化情况；发射探头不间断接收主机生成的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP管壁上感应出涡流信号；同时，所述主机将所述交流信号上传至主控计算机；接收探头不间断地响应该涡流信号生成电压信号；S2：当检测到检测车未达到预设位置时，重复步骤S1；当检测到检测车到达预设位置时，停止行进，数据采集卡被触发，该数据采集卡采集所述接收探头中的电压信号，并上传至主控计算机中，以供显示、存储和故障判断；S3：重新开始行进，重复步骤S1和S2，直至完成所需管段的探测。

Description

PCCP钢丝断丝探测方法

技术领域

本发明涉及混凝土领域，尤其涉及一种PCCP钢丝断丝探测方法。

背景技术

PCCP管(Prestressed Concrete Cylinder Pipe)是带钢筒的预应力混凝土管的简称，是目前国际上使用广泛的大口径、耐高压管材，由嵌埋薄钢筒的管芯、缠在管芯外的预应力钢丝(直径)和钢丝外的水泥砂浆保护层组成，如图1所示。管子的两端分别焊有钢制的承口圈和插口圈，管子的柔性接头采用滑动胶圈密封。在工作状态下，嵌埋在管壁中的薄钢筒具有抗渗功能，缠绕在管芯外的预应力钢丝及管芯的混凝土壁承受管材的内水压力及外荷载，因此PCCP管是一种将钢管与普通预应力混凝土管的优点相结合的管种。

远场涡流变压器耦合(RFECTC)技术采用内探头方式检测金属管材，此技术的特点在于既能检查黑色金属材料，又能检查有色金属材料，并且对内部的或外部的异常情况具有相同的灵敏度。采用单探头就能探测凹坑、裂纹和管壁的整体减薄。

采用一个激励线圈在管壁内以低的磁化水平感应出周向的涡流,与较常规的涡流检测不同，该技术将检测线圈沿着管道放置在距激励线圈2～3倍管径处，检测器信号相对于激励线圈的相位通常被用作管壁特性的度量。

由频率相当低的正弦信号所驱动的激励线圈，在管道中产生的内部电磁场，能在激励线圈的两边分成三个性质不同的区域，这些区域被称为直接耦合区、过渡区和远场区，如图1所示，远场涡流变压器耦合技术原理示意图。

尽管多少受到管道存在的影响，直接耦合区主要是来自激励线圈直接对准的耦合，起一个简单的变压器的作用。直接激励的强度在激励线圈的附近是很大的，但随距激励线圈的距离增加而迅速衰减，大多数的涡流仪器工作在此直接激励区或近场区。

由于PCCP管钢筒壁的衰减，接收线圈感应出的远场涡流信号是极其微弱的，系统本身的噪声、试验平台抖动引入的噪声甚至外界的电磁干扰噪声都可能比检测信号大多个数量级，有用信号可能全部淹没于噪声之中，因此如何在强噪声当中提取出所需的远场涡流信号是关系系统正常工作的一项关键技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何在强噪声当中提取出所需的远场涡流信号。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种PCCP钢丝断丝探测方法，包括如下步骤：

S1：检测车通过自动或手动控制行进，行进期间：

通过一个测量装置记录和检测位移变化情况；

一个发射探头不间断接收主机生成的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP管壁上感应出涡流信号；

同时，所述主机将所述交流信号上传至一主控计算机；

一个接收探头不间断地响应该涡流信号生成电压信号；

S2：当检测到检测车未达到预设位置时，重复步骤S1；

当检测到检测车到达预设位置时，停止行进，一数据采集卡被触发，该数据采集卡采集所述接收探头中的电压信号，并上传至所述主控计算机中，以供显示、存储和故障判断；

S3：检测车自动或手动控制重新开始行进，重复步骤S1和S2，直至完成所需管段的探测；

所述交流信号包括同步参考交流信号和测试交流信号，所述电压信号包括同步参考电压信号和测试电压信号，所述同步参考交流信号与所述同步参考电压信号匹配，所述测试交流信号与所述测试电压信号匹配；

在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。。

所述测量装置为测距轮。

所述预设位置为PCCP的接口位置。

在所述步骤S1中，所述测试交流信号经一个功率放大器放大后输入到所述发射探头。

在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号依次经一低噪声放大器和所述锁相放大器后输出至所述数据采集卡。

本发明对采集信号的触发过程和采集过程都做了改进，在采集过程中，利用锁相放大器可实现微弱信号检测，它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频(或者倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。在触发过程中，本发明将数据采集卡与一测量装置联系起来，将数据的采集与系统的位置变化联系起来，从而使得检测效果更佳。

附图说明

图1是现有技术中远场涡流变压器耦合技术原理示意图

图2是本发明一实施例中PCCP钢丝断丝检测系统的连接示意图；

图3是本发明一实施例中PCCP钢丝断丝检测系统的结构示意图；

图4是本发明一实施例中探测主机的结构示意图；

图5是本发明一实施例中锁相放大器的原理框图。

具体实施方式

以下将结合图1至图5对本发明提供的PCCP钢丝断丝探测方法以及用以实现该方法的一种探测系统进行详细的描述，其为本发明一可选的实施例，可以认为，本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内能够对其进行修改和润色。

首先，介绍下PCCP钢丝断丝探测系统。

本实施例提供了一种PCCP钢丝断丝检测系统，请参考图2和图3，包括主控计算机、探测主机、接收探头、发射探头、车体和测距轮，所述主控计算机、探测主机、接收探头、发射探头和测距轮均设于所述车体上且随所述车体一同行进，所述接收探头、发射探头和测距轮、主控计算机均与所述探测主机连接；

所述发射探头包括发射线圈和屏蔽盘，所述发射线圈设于所述屏蔽盘中，所述发射线圈，至少用以响应所述探测主机输入的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP管壁上感应出涡流信号；所述屏蔽盘至少用于衰减所述发射线圈与接收探头之间的直接耦合信号；所述交流信号包括了互相匹配的测试交流信号和同步参考交流信号；

所述接收探头，至少用以响应所述涡流信号，从而感应出与所述交流信号相对应的电压信号，并传输至所述探测主机；所述电压信号包括与所述测试交流信号对应的测试电压信号以及与所述同步参考交流信号对应的同步参考电压信号；

所述探测主机，至少用以：

生成所述交流信号，并输出至所述发射探头和主控计算机；

由所述测距轮输出的脉冲信号触发，采集经处理的所述同步参考电压信号和所述测试电压信号；

将经处理的所述同步参考电压信号与所述测试电压信号处理后上传至所述主控计算机；

所述主控计算机，至少用以：

响应人为输入或依据预设信息自动控制所述探测主机的运作；

响应人为输入或依据预设信息自动处理自所述探测主机接收到的信号；

从而存储并显示检测结果；

所述测距轮，用以依据行进的位置变化生成所述脉冲信号。

所述探测主机，请参考图4，至少包括发射机、接收机和数据采集卡，所述数据采集卡与所述接收机连接，

所述发射机，用以生成交流信号，并输出至外部的一个发射探头和一主控计算机，所述交流信号包括互相匹配的测试交流信号和同步参考交流信号；

所述接收机，用以：

接收外部的一接收探头中感应到的同步参考电压信号和测试电压信号；

响应所述数据采集卡的信号，将该同步参考电压信号和测试电压信号处理后传输至所述数据采集卡；

所述同步参考电压信号与所述同步参考电流信号对应，所述测试电压信号与所述测试交流信号对应；

所述数据采集卡，用以：

由外部一测距轮的脉冲信号触发，采集所述接收机处理后传输而来的信号，并上传至所述主控计算机；

其中，所述接收机包括锁相放大器，经所述接收线圈感应到的测试电压信号和同步参考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。

由于本仪器要检测的是两次穿透钢筒的非常微弱的信号，所以接收机实质上主要由锁相放大器组成。锁相放大器的优点是能在强噪声和干扰背景中检测出有用的微弱信号。在本仪器中采用双相锁相放大器从前级低噪声放大器输出信号中提取和参考信号同频的二次感应信号，并经滤波放大后形成两路直流信号到数据采集卡。

本实施例中，所述接收机包括锁相放大器，所述接收探头包括接收线圈和低噪声放大器，经所述接收线圈感应到的测试电压信号和同步参考电压信号依次经所述低噪声放大器和锁相放大器处理后输入到所述数据采集卡。经所述接收线圈感应到的测试电压信号和同步参考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。

请参考图5，所述锁相放大器包括信号通道、参考通道和双相关处理电路，所述测试电压信号经所述信号通道输入所述双相关处理电路，所述同步参考电压信号经所述参考通道输入所述双相关处理电路，从而经所述双相关处理电路的提取处理后输出。

所述双相关处理电路包括同相相关器和正交相关器，所述同相相关器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信号通道，所述正交相关器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信号通道，所述同相相关器和正交相关器的输出端分别连接同相分量输出端口和正交分量输出端口，所述同相分量输出端口和正交分量输出端口与所述数据采集卡连接。

所述同相相关器和正交相关器均包括串联的乘法器和低通滤波器，每个所述乘法器的两个输入端分别连接至所述参考通道和信号通道，两个所述乘法器的输出端分别连接对应的所述低通滤波器的一端，所述同相相关器中的所述低通滤波器的另一端连接所述同相分量输出端口，所述正交相关器中的所述低通滤波器的另一端连接所述正交分量输出端口。

所述同相相关器中的所述低通滤波器的另一端还连接一矢量运算器；所述正交相关器中的所述低通滤波器的另一端还连接所述矢量运算器。

所述参考通道上设有过零整形电路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路，所述同步参考电压信号依次经过零整形电路、谐波电路、细调相仪器和锁相电路后输入所述双相关处理电路。该设计将来自信号源的参考信号加工成相关器要求的同频方波。参考信号经过零整形成与参考信号同频的脉冲信号，送到谐波电路，根据测量需要，产生相应的谐波。送到能产生0-100°相移的细调相移器，相移输出送到锁相电路产生倍频和正交方波形成电路，产生两路相位差90°的1：1占空比方波，正交方波形成电路可产生0°、90°、180°、270°的相移，结合前级0-100°相移器的调节可产生0-360°的相移，满足锁相放大器对相位调节的需要。

双相相关处理部分是锁相放大器的核心部分，对被测信号进行相关处理，实现从噪声或干扰信号背景中检测出需要的信号。主要由乘法器和低通滤波器组成，本单元含有两个相关器，一路为同相相关器，另一路为正交相关器。两个输出电压为被测信号的同相分量V_x和正交分量V_y。

由于PCCP管钢筒壁的衰减，接收线圈感应出的远场涡流信号是极其微弱的，系统本身的噪声、试验平台抖动引入的噪声甚至外界的电磁干扰噪声都可能比检测信号大多个数量级，有用信号可能全部淹没于噪声之中，因此如何在强噪声当中提取出所需的远场涡流信号是关系试验平台正常工作的一项关键技术。

锁相放大器是当前最常用的微弱信号检测仪器，它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频(或者倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。因此拟采用锁相放大技术作为本系统的远场涡流信号提取技术。

本发明提供了一种PCCP钢丝断丝探测方法，可以采用以上所述的PCCP钢丝断丝探测系统，当然，也可利用其它系统来实现该方法，包括如下步骤：

S1：检测车通过自动或手动控制行进，行进期间：

通过一个测量装置记录和检测位移变化情况；

一个发射探头不间断接收主机生成的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP管壁上感应出涡流信号；

同时，所述主机将所述交流信号上传至一主控计算机；

一个接收探头不间断地响应该涡流信号生成电压信号；

S2：当检测到检测车未达到预设位置时，重复步骤S1；

当检测到检测车到达预设位置时，停止行进，一数据采集卡被触发，该数据采集卡采集所述接收探头中的电压信号，并上传至所述主控计算机中，以供显示、存储和故障判断；

S3：检测车自动或手动控制重新开始行进，重复步骤S1和S2，直至完成所需管段的探测；

所述交流信号包括同步参考交流信号和测试交流信号，所述电压信号包括同步参考电压信号和测试电压信号，所述同步参考交流信号与所述同步参考电压信号匹配，所述测试交流信号与所述测试电压信号匹配；

在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号经所述锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。。

本实施例中，所述测量装置为测距轮。所述预设位置为PCCP的接口位置。

本实施例中，在所述步骤S1中，所述测试交流信号经一个功率放大器放大后输入到所述发射探头。在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号依次经一低噪声放大器和所述锁相放大器后输出至所述数据采集卡。

总结来说，本发明的系统在PCCP管道内慢速推行时，信号源按控制处理软件预设的参数产生固定频率和幅度的正弦信号，正弦信号经低频功放放大后通过发射线圈产生交变的低频磁场，在PCCP管壁上感应出能穿透管壁的涡流信号，这个涡流信号沿外管壁和管壁外的预应力钢丝传播，在管壁的另一侧再次穿透管壁而进入PCCP管道内，信号源同时还输出同步参考信号至接收单元的锁相放大器作为参考信号输入。

穿透管壁的远场涡流信号能在接收线圈中感应出微弱的电压信号，这一电压信号经低噪声放大器放大后传送给锁相放大器，锁相放大器根据参考信号的频率和相位再对这一电压信号进行滤波提纯，进一步放大，经数据采集卡采集。

测距轮随试验平台推行而滚动，产生一系列的脉冲信号，触发数据采集卡对锁相放大器传送过来的信号进行采集。数据采集卡采集到的数据上传到计算机，由计算机进行存储和显示。同时根据测距轮产生的脉冲信号可以计算出当前试验平台的具体位置信息。

当PCCP出现断丝时，会对两次穿透管壁的远场涡流信号产生幅度和相位上的畸变，利用这一现象，就可以实现对PCCP断丝的根数和断丝位置进行判断。

综上所述，本发明对采集信号的触发过程和采集过程都做了改进，在采集过程中，利用锁相放大器可实现微弱信号检测，它利用和被测信号有相同频率和相位关系的参考信号作为比较基准，只对被测信号本身和那些与参考信号同频(或者倍频)、同相的噪声分量有响应。因此，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比。在触发过程中，本发明将数据采集卡与一测量装置联系起来，将数据的采集与系统的位置变化联系起来，从而使得检测效果更佳。

Claims (5)

1.一种PCCP钢丝断丝探测方法，包括如下步骤：

S1：检测车通过自动或手动控制行进，行进期间：

通过一个测量装置记录和检测位移变化情况；

一个发射探头不间断接收主机生成的交流信号，发射相应的电磁波信号，从而在PCCP管壁上感应出涡流信号；

同时，所述主机将所述交流信号上传至一主控计算机；

一个接收探头不间断地响应该涡流信号生成电压信号；

S2：当检测到检测车未达到预设位置时，重复步骤S1；

当检测到检测车到达预设位置时，停止行进，一数据采集卡被触发，该数据采集卡采集所述接收探头中的电压信号，并上传至所述主控计算机中，以供显示、存储和故障判断；

S3：检测车自动或手动控制重新开始行进，重复步骤S1和S2，直至完成所需管段的探测；

所述交流信号包括同步参考交流信号和测试交流信号，所述电压信号包括同步参考电压信号和测试电压信号，所述同步参考交流信号与所述同步参考电压信号匹配，所述测试交流信号与所述测试电压信号匹配；

在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号经锁相放大器提取处理后输入到所述数据采集卡。

2.如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测方法，其特征在于：所述测量装置为测距轮。

3.如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测方法，其特征在于：所述预设位置为PCCP的接口位置。

4.如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测方法，其特征在于：在所述步骤S1中，所述测试交流信号经一个功率放大器放大后输入到所述发射探头。

5.如权利要求1所述的PCCP钢丝断丝探测方法，其特征在于：在所述步骤S2中，所述测试电压信号和同步参考电压信号依次经一低噪声放大器和所述锁相放大器后输出至所述数据采集卡。