CN104634873A - 一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法，用于检测桥梁缆索锚固区内部的钢丝的损伤情况，该系统包括依次连接的超声探头、超声脉冲发射接收器和便携式计算机，所述的单晶超声探头设置在被检的钢丝端面上。与现有技术相比，本发明具有结构简单、操作方便、缺陷定位准确、携带方便等优点。

Description

一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法

技术领域

本发明涉及桥梁检测领域，尤其是涉及一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法。

背景技术

缆索是斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁的重要组成部分，由于其承受着巨大的载荷、使用年限的增加以及工作环境恶劣等，其承载的钢丝会不可避免的产生疲劳裂纹，加上环境的腐蚀极可能发展到断丝，最后导致整个缆索的承载失效致桥梁垮塌，所以定期对其进行检测来发现断丝避免灾难的发生十分必要。

目前在对钢索的检测方面主要有几种技术：漏磁技术，声发射技术，超声导波技术。在拉索断丝以及缺陷检测方面，漏磁检测技术取得了一定的成果，特别是在欧洲，但该方法很难在锚固区内进行检测。声发射技术是一种被动的监测手段，主要用于对索力和断丝的监测，对于索体腐蚀以及断丝缺陷的检测很困难。

针对于在锚固区进行检测，专利号为CN101393173A的中国专利公开了一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，该发明提出基于磁致伸缩的无损检测方式，其通过对磁性材料施加瞬间的激励磁场，进而在构件内激发导波，再通过逆磁致伸缩效应获得反射波信号，根据反射波信号分析被测构件的损伤状况，但目前来说并不成熟，且激发信号比较弱，对索体中心钢丝检测比较困难。而基于压电式激发的超声导波技术对缆索的应力、腐蚀、缺陷、断丝的检测具有一定的优势，特别是在锚固区。然而，由于雨水等因素的长期影响，缆索锚固区远比其他部位更为容易腐蚀损伤而导致断丝，因此，利用超声导波技术对锚固区拉索钢丝进行缺陷检测势在必行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、操作方便、缺陷定位准确、携带方便的桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，用于检测桥梁缆索锚固区内部的钢丝的损伤情况，该系统包括依次连接的超声探头、超声脉冲发射接收器和便携式计算机，所述的单晶超声探头设置在被检的钢丝端面上。

所述的超声探头为单晶超声探头，包括外壳和设置在外壳内部的压电晶片、磁环和信号线，所述的信号线一端与压电晶片连接，另一端穿过磁环与超声脉冲发射接收器连接，所述的压电晶片与被检的钢丝端面接触。

所述的超声探头的工作模式为自发自收模式。

所述的外壳为不锈钢外壳。

所述的便携式计算机内设有基于MATLAB的系统检测软件，该软件用于多通道数据采集、滤波、时域与频域分析及深度补偿。

所述的压电晶片与被检的钢丝端面之间涂有凡士林耦合剂。

一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测方法，包括以下步骤：

1)连接系统：通过数据线将检测装置各部分连接完整；

2)校准扫描速度：调整好探头频率和发射电压后，在设有人工缺陷的对比钢丝端面上涂抹耦合剂，将超声探头对准对比钢丝端面，施加压力使得探头与对比钢丝端面进行耦合，获取人工缺陷回波和钢丝底面回波，在便携式计算机上调节声速、扫描范围和延时，使人工缺陷回波前沿声程为实际距离；

3)调节检测灵敏度：调节发射电压和增益补偿，使得对比钢丝上人工缺陷回波幅度为一定值；

4)检测被检钢丝：在锚固区被检钢丝端面上涂抹凡士林耦合剂，将超声探头对准被检钢丝端面，施加压力使得探头与被检钢丝端面进行耦合，观察显示回波，并且移动探头进行检测，通过便携式计算机对回波信号进行分析和处理，并显示检测结果。

所述的超声探头产生超声波的中心频率为5MHz。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、结构简单、操作方便：相比于磁致伸缩的无损检测方式，本发明仅仅采用单探头就可以完成超声波激发和接收，操作简单，避免出错。

二、激发信号强，本发明的超声探头采用压电晶片作为激发源，相较于传统的磁致伸缩的无损检测方式产生的激发信号强，而且可以对钢丝中心的损伤进行检测。

三、缺陷定位准确：本发明的检测方法通过事先测得对比钢丝上的电磁波传送速度和波形，进行数据调整，随后进行缺陷检测，检测结果可靠。

四、携带方便：检测系统各组成部分，均可便携，能够实现现场的快速检测。整个系统也可整合为便携式一体机。

附图说明

图1为本发明检测系统的结构示意图。

图2为本发明超声探头的结构示意图。

图3为本发明的方法流程图。

图4为13号钢丝的人为缺陷结构示意图。

图5为13号钢丝的人为缺陷A-A向结构剖视图。

图6为对比钢丝的检测波形图。

图7为13号钢丝的检测波形图。

其中，1、钢丝，2、超声探头，3、超声脉冲发射接收器，4、便携式计算机，21、压电晶片，22、外壳，23、磁环，24、信号线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，用于检测桥梁缆索锚固区内部的钢丝的损伤情况，该系统包括依次连接的超声探头2、超声脉冲发射接收器3和便携式计算机4，超声探头2设置在被检的钢丝1端面上。

如图2所示，超声探头1为单晶超声探头，包括外壳22和设置在外壳22内部的压电晶片21、磁环23和信号线24，信号线24一端与压电晶片21连接，另一端穿过磁环23与超声脉冲发射接收器3连接，压电晶片21与被检的钢丝1端面接触，磁环23可将探头吸附在被检钢丝断面上，该超声探头结构简单，现场检测抗干扰强，操作方便。

超声探头2的工作模式为自发自收模式，操作方便，外壳22为不锈钢外壳，便携式计算机4内设有基于MATLAB的系统检测软件，该软件用于多通道数据采集、滤波、时域与频域分析及深度补偿，信号处理和分析功能强，便于两次开发，压电晶片21与被检的钢丝1端面之间涂有凡士林耦合剂。

如图3所示，一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测方法，包括以下步骤：

1)连接系统：通过数据线将检测装置各部分连接完整；

2)校准扫描速度：调整好探头频率和发射电压后，在设有人工缺陷的对比钢丝端面上涂抹凡士林耦合剂，将超声探头对准对比钢丝端面，施加压力使得探头与对比钢丝端面进行耦合，获取人工缺陷回波和钢丝底面回波，在便携式计算机内的系统检测软件上调节声速、扫描范围和延时，使人工缺陷回波前沿声程为实际距离；

3)调节检测灵敏度：调节发射电压和增益补偿，如图6所示，使得对比钢丝上人工缺陷回波幅度峰值为1.4V左右，发射电压300V，增益为-1dB。考虑对比钢丝和被检钢丝表面声能衰减，再补偿增益8dB，作为检测灵敏度，此时增益为7dB，人工缺陷的水平坐标显示声程X＝211.2mm，实际距离为211mm，误差+0.2mm；

4)检测被检钢丝：在锚固区被检钢丝端面上涂抹凡士林耦合剂，将超声探头对准被检钢丝端面，施加适当压力使得探头与钢丝端面耦合良好，观察软件上显示回波，并且移动探头进行检测，通过系统检测软件对回波信号进行分析和处理，并显示检测结果。

超声探头产生超声波的中心频率为5MHz。

如图4-5所示，本实施例为桥梁缆索锚固区钢丝断丝缺陷的损伤便携式超声检测系统检测拉索试件，被检拉索规格φ7-55，强度1670MPa，钢丝下料长度3000mm，对55根钢丝进行标记，并记作1号钢丝、2号钢丝……55号钢丝，其中如图3和图4所示，在13号钢丝上制作人工缺陷，且人工缺陷的位置为503.5mm处。

具体检测过程为：

1)通过数据线将检测装置连接完整；

2)开机，调整好探头频率5MHz和发射电压300V，将超声探头耦合在对比钢丝端面上，校准扫描速度，调节检测灵敏度；

3)将超声探头耦合在被检测钢丝端面上，进行检测，通过系统软件显示检测结果。

图7为13号钢丝的检测波形图，从图中可以看出，水平深度坐标上503.4mm处有明显缺陷回波信号，误差为-0.3mm，这与图4人工缺陷位置吻合，可见该方法对缺陷检测灵敏度高，定位准确。

Claims (8)

1.一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，用于检测桥梁缆索锚固区内部的钢丝的损伤情况，其特征在于，该系统包括依次连接的超声探头(2)、超声脉冲发射接收器(3)和便携式计算机(4)，所述的超声探头(2)设置在被检的钢丝(1)端面上。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，其特征在于，所述的超声探头(2)为单晶超声探头，包括外壳(22)和设置在外壳(22)内部的压电晶片(21)、磁环(23)和信号线(24)，所述的信号线(24)一端与压电晶片(21)连接，另一端穿过磁环(23)与超声脉冲发射接收器(3)连接，所述的压电晶片(21)与被检的钢丝(1)端面接触。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，其特征在于，所述的超声探头(2)的工作模式为自发自收模式。

4.根据权利要求2所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，其特征在于，所述的外壳(22)为不锈钢外壳。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，其特征在于，所述的便携式计算机(4)内设有基于MATLAB的系统检测软件，该软件用于多通道数据采集、滤波、时域与频域分析及深度补偿。

6.根据权利要求2所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统，其特征在于，所述的压电晶片(21)与被检的钢丝(1)端面之间涂有凡士林耦合剂。

7.一种运用如权利要求1所述的桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)连接系统：通过数据线将检测装置各部分连接完整；

2)校准扫描速度：调整好探头频率和发射电压后，在设有人工缺陷的对比钢丝端面上涂抹耦合剂，将超声探头对准对比钢丝端面，施加压力使得探头与对比钢丝端面进行耦合，获取人工缺陷回波和钢丝底面回波，在便携式计算机上调节声速、扫描范围和延时，使人工缺陷回波前沿声程为实际距离；

3)调节检测灵敏度：调节发射电压和增益补偿，使得对比钢丝上人工缺陷回波幅度为一定值；

4)检测被检钢丝：在锚固区被检钢丝端面上涂抹凡士林耦合剂，将超声探头对准被检钢丝端面，施加压力使得探头与被检钢丝端面进行耦合，观察显示回波，并且移动探头进行检测，通过便携式计算机对回波信号进行分析和处理，并显示检测结果。

8.根据权利要求7所述的一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测方法，其特征在于，所述的超声探头产生超声波的中心频率为5MHz。