CN104634865B - 钢桥面锈蚀部位定位检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种钢桥面锈蚀部位定位检测装置，由支架、小车、杜瓦瓶、蔽磁材料层、磁探头和聚磁结构组成；所述蔽磁材料层设置于杜瓦瓶内储液腔的底部，所述杜瓦瓶内封装有液氮；所述磁探头设置于杜瓦瓶下方，磁探头位于蔽磁材料层覆盖的区域范围内；所述聚磁结构沿磁探头周向设置，聚磁结构将磁探头包围在内；所述聚磁结构、磁探头和杜瓦瓶通过支架连接为一体；所述支架设置于小车上，小车底部设置有与聚磁结构外轮廓匹配的通孔，聚磁结构套接在通孔中，磁探头下端面与聚磁结构下端面齐平；所述蔽磁材料层采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构采用坡莫合金制作。本发明的有益技术效果是：能够对微弱的钢桥面周围磁场进行捕获，并根据磁场异常点发现锈蚀位置。

Description

钢桥面锈蚀部位定位检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种钢桥面锈蚀部位检测技术，尤其涉及一种钢桥面锈蚀部位定位检测装置及方法。

背景技术

钢桥面是钢箱梁桥的核心结构之一，其结构稳定性对于桥梁的安全运营意义重大；基于成熟的桥梁建造技术，钢桥面上一般要设置30~80mm厚的铺装层；理论上，铺装层可以对钢桥面起到防锈保护作用，但由于身处自然环境中，铺装层长期受到车载应力变化、温差变化和雨水侵蚀等不利因素的影响，铺装层渗水难以避免，由铺装层渗水导致的钢桥面锈蚀问题也必然存在，如果放任不管，锈蚀程度会逐渐严重，最终将影响桥梁结构安全，因此，有必要采用相应的检测手段来对钢桥面锈蚀状态进行检测，发现问题及时处理。

磁记忆检测是20世纪90年代后期在国际上迅速发展起来的无损检测技术。其基本原理是：铁磁性材料在地磁场激励下，应力集中和变形区域会发生磁畴壁运动，并由于材料内耗产生不可逆的磁畴重新取向，从而使得漏磁信号会在应力集中区附近发生突变。金属磁记忆检测技术自1997年诞生至今，因其独有的“既能发现构件宏观缺陷，又能发现因应力集中引起的微观损伤"的优点而迅速发展、概括起来，金属磁记忆检测技术主要特点有以下几个方面：

(1)可检测出微观缺陷，并能预报缺陷的未来危险性，这是该技术的最大优点。

(2)磁记忆方法不需要外加磁场，只是利用累积损伤构件的自有磁场，通过自有磁场和地球磁场相互作用，在被检测对象表面的应力集中区生成漏磁场，通过分析漏磁场磁信号的变化以及梯度变化可以判断损伤区。

(3)不需对被检测工件的表面进行清理、打磨或其它预处理，可大大降低劳动强度和时间。

(4)检测数据重复性与可靠性好。

(5)混凝土的磁导率和空气磁导率相差不大，磁信号可以较好的穿过混凝土铺装层，实现对钢桥面的检测。

磁记忆检测方法目前已经用于飞机起落架、涡轮叶片、油气管道等承力结构件的疲劳损伤检测，对于钢桥面的锈蚀检测方面，此种方法尚未开发运用。钢桥面结构发生锈蚀会导致锈蚀区域产生变形和应力集中，故可将磁记忆技术用于其中。

由于钢桥面上铺有35到80mm的桥面铺装层，导致磁记忆探头不能直接与桥面板接触检测，而随着磁记忆探头距离钢结构的距离增加，使得桥梁表面磁信号漏磁现象十分微弱，同时，以地磁场为代表的外在干扰磁场也会影响检测结果的分析和判断，这些问题给钢桥面的锈蚀检测带来一定的困难。

因此，提出一种无损检测钢桥面的锈蚀检测装置及方法十分必要。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其创新在于：所述钢桥面锈蚀部位定位检测装置由支架、小车、杜瓦瓶、蔽磁材料层、磁探头和聚磁结构组成；所述蔽磁材料层设置于杜瓦瓶内储液腔的底部，所述杜瓦瓶内封装有液氮；所述磁探头设置于杜瓦瓶下方，磁探头位于蔽磁材料层覆盖的区域范围内；所述聚磁结构沿磁探头周向设置，聚磁结构将磁探头包围在内；所述聚磁结构、磁探头和杜瓦瓶通过支架连接为一体；所述支架设置于小车上，小车底部设置有与聚磁结构外轮廓匹配的通孔，聚磁结构套接在通孔中，磁探头下端面与聚磁结构下端面齐平；所述蔽磁材料层采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构采用坡莫合金制作。

前述装置的原理是：一种高温超导材料--钇钡铜氧，其超导转变温度高于液氮沸点，在液氮环境这种低超导条件下就能实现“超导”，而且在超导状态下，钇钡铜氧具有抗磁性，其内部磁通量为零，磁力线无法进入超导体，可以很好的起到屏蔽磁场的作用；基于钇钡铜氧在超导状态下具备抗磁性的性质，发明人考虑将其结合到钢桥面的锈蚀检测技术中来，具体来说，在本发明方案中二者是这样结合的：杜瓦瓶用于存储液氮，钇钡铜氧设置于杜瓦瓶内储液腔的底部，相当于浸泡在液氮中，通过液氮的低温使钇钡铜氧保持在超导状态，超导状态下的钇钡铜氧发挥其抗磁性，一方面，钇钡铜氧将来自上方的地磁场的磁力线阻挡在外，使地磁场无法进入磁探头监测区域内的气隙空间内，另一方面，钇钡铜氧将来自下方的钢桥面周围的磁场也阻挡在外，迫使钢桥面周围的磁场只能向磁探头处汇集，另外，为了提高检测的效率，本发明中还设置了聚磁结构，它用于将更多的磁场信号导入磁探头内，间接地使磁探头的探测区域得到扩展，这就可以在现有的磁探测手段条件下，捕获到微弱的钢桥面周围磁场，通过对钢桥面周围磁场的特性进行分析，我们就能定性地掌握钢桥面的当前应力应变状态，从而间接地知道钢桥面上的对应位置处是否存在锈蚀问题。

具体应用时，由小车搭载磁探头移动，对钢桥面进行连续扫描，当磁探头在钢桥面上未发生锈蚀的区域内移动时，由于钢桥面相对完整，其磁场分布较为连续，检测到的磁信号呈缓慢变化状态，当磁探头由未锈蚀区域运动至锈蚀区域时，由于锈蚀引起钢桥面结构破坏，磁信号会发生突变且呈无序状态，通过检测磁信号异常点的位置，我们就能定性地掌握锈蚀区域所在位置。

优选地，所述磁探头与一计算机通信连接，所述计算机集成于小车上。

优选地，所述聚磁结构由两块结构体拼接而成，结构体上与磁探头对应的位置处设置有缺口，两块结构体拼接后，两个缺口拼接形成磁探头安装孔。

基于前述装置，本发明还提出了一种钢桥面锈蚀部位定位检测方法，所涉及的硬件包括钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其结构如前所述；具体的方法包括：驱动小车在钢桥面上的铺装层上运动，运动过程中，驱动磁探头对磁场强度进行实时检测并输出检测信号，当磁探头输出信号发生突变和异常时，说明该位置处的钢桥面存在锈蚀病害。

为了便于对锈蚀部位进行治理，本发明还提出了如下的优选实施方案来将钢桥面上的锈蚀部位形象地展示出来，以便技术人员制订相应的施工处治方案，具体为：按如下方式制作锈蚀部位分布图：

1）建立钢桥面仿真图形，将钢桥面仿真图形等分为多个面积相同的条形区段；

2）按步骤1）中条形区段的划分方式将实际检测区域也划分为多个条形区域，驱动小车以匀速对各个条形区域逐一进行扫描；

3）单个条形区域中，存在锈蚀病害的位置记为锈蚀部位；小车移动过程中，获取到锈蚀部位的信息后，将锈蚀部位标记在条形区域的对应位置处；

4）完成对所有条形区域的检测后，将各个锈蚀部位按其在条形区域上的位置标记至条形区段上，然后按各个条形区段在钢桥面仿真图形上所处的位置，将各个条形区段上的锈蚀部位投影至钢桥面仿真图形上，标记有锈蚀部位的钢桥面仿真图形即形成锈蚀部位分布图。

本发明的有益技术效果是：能够对微弱的钢桥面周围磁场进行捕获，并根据磁场异常点发现锈蚀位置。

附图说明

图1、本发明的装置结构示意图；

图2、钢桥面锈蚀部位分布图（横纵坐标分别为钢桥面的二维坐标）；

图中各个标记所对应的名称分别为：小车1、杜瓦瓶2、蔽磁材料层3、磁探头4、聚磁结构5、钢桥面6、铺装层7、由钢桥面周围磁场所形成的磁力线8、由地磁场所形成的磁力线9。

具体实施方式

一种钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其创新在于：所述钢桥面锈蚀部位定位检测装置由支架、小车1、杜瓦瓶2、蔽磁材料层3、磁探头4和聚磁结构5组成；所述蔽磁材料层3设置于杜瓦瓶2内储液腔的底部，所述杜瓦瓶2内封装有液氮；所述磁探头4设置于杜瓦瓶2下方，磁探头4位于蔽磁材料层3覆盖的区域范围内；所述聚磁结构5沿磁探头4周向设置，聚磁结构5将磁探头4包围在内；所述聚磁结构5、磁探头4和杜瓦瓶2通过支架连接为一体；所述支架设置于小车1上，小车1底部设置有与聚磁结构5外轮廓匹配的通孔，聚磁结构5套接在通孔中，磁探头4下端面与聚磁结构5下端面齐平；所述蔽磁材料层3采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构5采用坡莫合金制作。

进一步地，所述磁探头4与一计算机通信连接，所述计算机集成于小车1上。

进一步地，所述聚磁结构5由两块结构体拼接而成，结构体上与磁探头4对应的位置处设置有缺口，两块结构体拼接后，两个缺口拼接形成磁探头4安装孔。

一种钢桥面锈蚀部位定位检测方法，所涉及的硬件包括钢桥面锈蚀部位定位检测装置，所述钢桥面锈蚀部位定位检测装置由支架、小车1、杜瓦瓶2、蔽磁材料层3、磁探头4和聚磁结构5组成；所述蔽磁材料层3设置于杜瓦瓶2内储液腔的底部，所述杜瓦瓶2内封装有液氮；所述磁探头4设置于杜瓦瓶2下方，磁探头4位于蔽磁材料层3覆盖的区域范围内；所述聚磁结构5沿磁探头4周向设置，聚磁结构5将磁探头4包围在内；所述聚磁结构5、磁探头4和杜瓦瓶2通过支架连接为一体；所述支架设置于小车1上，小车1底部设置有与聚磁结构5外轮廓匹配的通孔，聚磁结构5套接在通孔中，磁探头4下端面与聚磁结构5下端面齐平；所述蔽磁材料层3采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构5采用坡莫合金制作；其创新在于：所述钢桥面锈蚀部位定位检测方法包括：驱动小车1在钢桥面上的铺装层上运动，运动过程中，驱动磁探头4对磁场强度进行实时检测并输出检测信号，当磁探头4输出磁感应强度发生突变时，说明该位置处的钢桥面存在锈蚀病害。

进一步地，按如下方式制作锈蚀部位分布图：

1）建立钢桥面仿真图形，将钢桥面仿真图形等分为多个面积相同的条形区段；

2）按步骤1）中条形区段的划分方式将实际检测区域也划分为多个条形区域，驱动小车1以匀速对各个条形区域逐一进行扫描；

3）单个条形区域中，存在锈蚀病害的位置记为锈蚀部位；小车1移动过程中，获取到锈蚀部位的信息后，将锈蚀部位标记在条形区域的对应位置处；

4）完成对所有条形区域的检测后，将各个锈蚀部位按其在条形区域上的位置标记至条形区段上，然后按各个条形区段在钢桥面仿真图形上所处的位置，将各个条形区段上的锈蚀部位投影至钢桥面仿真图形上，标记有锈蚀部位的钢桥面仿真图形即形成锈蚀部位分布图。

如图2，为一次仿真实验得到的钢桥面的锈蚀部位分布图，图中横纵坐标分别表示钢桥面的二维坐标，图标中的字母A到H所对应的多个区域分别表示不同磁感应强度区域的范围，由图可知，钢桥面未发生锈蚀的区域磁感应强度大小呈均匀变化状态，而在锈蚀区域，磁感应强度大小发生突变，故通过分析获取的磁感应强度便可定位钢桥面的锈蚀区域。

Claims (5)

1.一种钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其特征在于：所述钢桥面锈蚀部位定位检测装置由支架、小车（1）、杜瓦瓶（2）、蔽磁材料层（3）、磁探头（4）和聚磁结构（5）组成；所述蔽磁材料层（3）设置于杜瓦瓶（2）内储液腔的底部，所述杜瓦瓶（2）内封装有液氮；所述磁探头（4）设置于杜瓦瓶（2）下方，磁探头（4）位于蔽磁材料层（3）覆盖的区域范围内；所述聚磁结构（5）沿磁探头（4）周向设置，聚磁结构（5）将磁探头（4）包围在内；所述聚磁结构（5）、磁探头（4）和杜瓦瓶（2）通过支架连接为一体；所述支架设置于小车（1）上，小车（1）底部设置有与聚磁结构（5）外轮廓匹配的通孔，聚磁结构（5）套接在通孔中，磁探头（4）下端面与聚磁结构（5）下端面齐平；所述蔽磁材料层（3）采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构（5）采用坡莫合金制作。

2.根据权利要求1所述的钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其特征在于：所述磁探头（4）与一计算机通信连接，所述计算机集成于小车（1）上。

3.根据权利要求1所述的钢桥面锈蚀部位定位检测装置，其特征在于：所述聚磁结构（5）由两块结构体拼接而成，结构体上与磁探头（4）对应的位置处设置有缺口，两块结构体拼接后，两个缺口拼接形成磁探头（4）安装孔。

4.一种钢桥面锈蚀部位定位检测方法，所涉及的硬件包括钢桥面锈蚀部位定位检测装置，所述钢桥面锈蚀部位定位检测装置由支架、小车（1）、杜瓦瓶（2）、蔽磁材料层（3）、磁探头（4）和聚磁结构（5）组成；所述蔽磁材料层（3）设置于杜瓦瓶（2）内储液腔的底部，所述杜瓦瓶（2）内封装有液氮；所述磁探头（4）设置于杜瓦瓶（2）下方，磁探头（4）位于蔽磁材料层（3）覆盖的区域范围内；所述聚磁结构（5）沿磁探头（4）周向设置，聚磁结构（5）将磁探头（4）包围在内；所述聚磁结构（5）、磁探头（4）和杜瓦瓶（2）通过支架连接为一体；所述支架设置于小车（1）上，小车（1）底部设置有与聚磁结构（5）外轮廓匹配的通孔，聚磁结构（5）套接在通孔中，磁探头（4）下端面与聚磁结构（5）下端面齐平；所述蔽磁材料层（3）采用钇钡铜氧制作，所述聚磁结构（5）采用坡莫合金制作；

其特征在于：所述钢桥面锈蚀部位定位检测方法包括：驱动小车（1）在钢桥面上的铺装层上运动，运动过程中，驱动磁探头（4）对磁场强度进行实时检测并输出检测信号，当磁探头（4）输出磁感应强度信号发生突变时，说明该位置处的钢桥面存在锈蚀病害。

5.根据权利要求4所述的钢桥面锈蚀部位定位检测方法，其特征在于：按如下方式制作锈蚀部位分布图：

1）建立钢桥面仿真图形，将钢桥面仿真图形等分为多个面积相同的条形区段；

2）按步骤1）中条形区段的划分方式将实际检测区域也划分为多个条形区域，驱动小车（1）以匀速对各个条形区域逐一进行扫描；

3）单个条形区域中，存在锈蚀病害的位置记为锈蚀部位；小车（1）移动过程中，获取到锈蚀部位的信息后，将锈蚀部位标记在条形区域的对应位置处；

4）完成对所有条形区域的检测后，将各个锈蚀部位按其在条形区域上的位置标记至条形区段上，然后按各个条形区段在钢桥面仿真图形上所处的位置，将各个条形区段上的锈蚀部位投影至钢桥面仿真图形上，标记有锈蚀部位的钢桥面仿真图形即形成锈蚀部位分布图。