CN105424793A - 一种检测钢拉杆或拉索的装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测钢拉杆或拉索的装置及应用，所述的固定架内安装有能够相对于固定架扩张和收缩的杆段检测机构；所述的内固定环的内壁上在与外固定环相同的垂直轴向的平面内均匀安装有传感器。所述的固定架上还安装有用于检测被测钢拉杆或拉索的耳座的耳座检测机构。所述的装置用于通过金属磁记忆检测法检测钢拉杆或拉索的应用。能够根据被测钢拉杆或拉索的直径变化即时调整检测腔的内径，适应性好。还能够即时弥补由于外固定环扩张变径时产生的检测空隙，使得变径检测环在变径前后均为一个完整的检测环，传感器分布均匀，能够实现全面检测，检测精准度大大提高。在检测被测钢拉杆或拉索的杆段的同时对其耳座进行全方位检测。

Description

一种检测钢拉杆或拉索的装置及应用

技术领域

本发明属于建筑工程领域，主要涉及钢拉杆或拉索检测，具体涉及一种检测钢拉杆或拉索的装置及应用。

背景技术

钢拉杆或拉索是由杆件和连接件组装而成的受拉构件，具有抗风荷载强、韧性好、疲劳寿命长等优点而被广泛用于体育场馆、机场、车站、路桥等众多建筑领域。但钢拉杆或拉索尤其是端部在实际工程中还承受了弯矩和剪力等其他作用，因而钢拉杆或拉索在上述位置易出现应力集中、隐性损伤甚至出现显性裂纹，严重威胁了所在结构的安全性。近年来报道了许多由于钢拉杆或拉索失效所导致的安全事故，严重危及使用者的生命安全并造成巨大的经济损失。

目前常见的无损检测手段主要有磁巴克豪森噪声法、超声波检测法和射线成像法等。磁巴克豪森噪声法精确度较低，须与磁声发射法相结合才能达到理想的精度。超声波检测具有检测厚度大、灵敏度高、速度快、成本低、对人体无害，能对缺陷进行定量等优点。但超声波探伤对缺陷的显示不直观，超声波检测对工作表面要求平滑，使超声波探伤也具有其局限性。

金属磁记忆检测技术是20世纪90年代后期，以杜波夫为首的俄罗斯科学家率先提出一种崭新的无损诊断技术。该方法的原理是基于铁磁构件在运行时，受工作荷载和地球磁场的共同作用，在应力和变形集中区域内会发生具有磁致伸缩性质的磁畴组织定向和不可逆的重新取向，而且这种磁状态的不可逆变化在工作荷载消除后不仅会保留，还与最大作用应力有关。该方法无需专门的磁化设备、受提离效应影响小、工作条件要求低、操作快捷、简单、方便和可靠性高等特点。

近年来有文献及专利中提到采用无损检测技术评估各类构件的损伤状况，取得了可靠的数据及结论。由于钢拉杆或拉索的受力复杂，使用环境较为恶劣且检测人员、设备难以到达，钢拉杆或拉索在检测过程中易受到临近构件的干扰，且钢拉杆或拉索的外形多变、型号众多等许多客观条件导致现有的装置难以高效、方便、准确的检测钢拉杆或拉索的实际状况，所以目前钢拉杆或拉索的无损检测方面的设备存在着一些不足。如公开号为CN103743766A，公开日为2014年4月23日的中国专利文献公开了一种伽玛射线无损探伤缆索隐蔽段检测装置及其实现检测的方法，涉及使用一种伽玛射线无损探伤缆索隐蔽段检测装置实现缆索隐蔽段无损探伤检测的方法，将伽玛射线无损探伤缆索隐蔽段检测装置的γ射线探伤仪探头和底片送往待检测区段，将上、下两半支架围绕缆索用螺栓连接好，将γ射线探伤仪探头安装在探头安装支座的上半支架上，将安装有感光底片的感光底片支座安装在探头安装支座的下半支架上；通过传动机构将探头检测爬行装置送至待检测缆索隐蔽段；开启γ射线探伤仪，进行检测，检测完成后，通过传动机构将检测装置移回桥面外，取下底片；重复上述操作，重新进行下一检测点检测。该装置检测范围窄、操作复杂且对检测人员要求较高，在实际工作中较难应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种检测钢拉杆或拉索的装置及应用，解决现有技术中钢拉杆或拉索不能实时在线监控的问题，以及解决现有技术中磁记忆检测钢拉杆或拉索的过程中无法得到准确的磁记忆法向分量及切向分量以致无法达到精准检测的问题。通过对被测钢拉杆或拉索的全截面扫描实现早期损伤和应力集中程度的检测并达到寿命预测。用以检测钢拉杆或拉索的应力集中、隐性损伤及显性裂纹，且便于携带，适用于多规格的钢拉杆或拉索，检测范围广，能自由行走，是目前本领域技术人员函待解决的技术问题。

为了实现上述任务，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种检测钢拉杆或拉索的装置，包括固定架，所述的固定架为两个半固定架通过销锁可拆卸式安装在一起，所述的固定架内安装有能够相对于固定架扩张和收缩的杆段检测机构；

所述的杆段检测机构包括相互拼接在一起形成框形结构的多个拼接板，多个拼接板的内壁上通过连接杆各自固定安装有一个外固定环，多个外固定环拼接成一个变径检测环，外固定环的内壁上均匀安装有传感器；

变径检测环中心形成一个检测腔，被测钢拉杆或拉索的杆段穿过检测腔；

所述的多个拼接板的外壁和固定架内壁之间均通过压缩弹簧连接，多个拼接板的顶端均安装有通过行走驱动电机和编码盘控制驱动的动力轮，所述的多个拼接板的底端均安装有导向轮，动力轮和导向轮在压缩弹簧的挤压下夹紧被测钢拉杆或拉索的杆段沿着杆段行走，使得变径检测环内的传感器对杆段进行即时变径检测。

本发明还具有如下区别技术特征：

进一步的，所述的杆段检测机构中的外固定环为两侧开放的中空结构，相邻两个外固定环通过安装在相邻两个外固定环内部的内固定环连接在一起，所述的内固定环由柔性材料制成。

更进一步的，所述的内固定环的内壁上在与外固定环相同的垂直轴向的平面内均匀安装有传感器，当外固定环扩张变径时，内固定环上的传感器补充外固定环分离产生的检测空隙，使得变径检测环在变径前后均为一个完整的检测环。

优选的，所述的外固定环的中空腔壁上设置有导向轨，内固定环的外壁上加工有导向槽。

进一步的，所述的固定架上还安装有用于检测被测钢拉杆或拉索的耳座的耳座检测机构，所述的耳座检测机构包括与固定架连接的连接架，连接架上固定安装有环形导向轨道，所述的环形导向轨道为与固定架对应的两个半环形导向轨道拼接在一起，环形导向轨道与检测腔同轴设置，被测钢拉杆或拉索的杆段也穿过环形导向轨道；

所述的环形导向轨道上安装有沿着环形导向轨道运动的检测臂，所述的检测臂包括转动驱动电机，转动驱动电机底部安装有转动驱动电机驱动的卡在环形导向轨道内运动的动力轮组和导向块，转动驱动电机上固定安装有第一摆杆的一端，第一摆杆的另一端上安装有通过第一步进电机驱动的第二摆杆的一端，第二摆杆相对于第一摆杆能够摆动，第二摆杆的另一端上安装有通过第二步进电机驱动的旋转杆的一端，旋转杆相对于第二摆杆能够同轴转动，旋转杆的另一端安装有通过第三步进电机驱动的第三摆杆的一端，第三摆杆相对于旋转杆能够摆动，第三摆杆上安装有传感器；

第三摆杆上垂直安装有压缩杆的一端，压缩杆的另一端上安装有滚轮支架，滚轮支架的端部安装有滚轮，滚轮上集成有传感器。

更进一步的，所述的拼接板的内壁、第一摆杆、第二摆杆、旋转杆、第三摆杆和滚轮支架的端部上均安装有光线传感器。

优选的，所述的多个拼接板的外壁上还铰接有导向杆，固定架的侧壁上加工有导向通孔，导向杆穿过导向通孔辅助压缩弹簧将多个拼接板和固定架安装在一起。

优选的，所述的拼接板为一个或一个以上。

更优选的，所述的拼接板为四个。

上述所述的装置用于通过金属磁记忆检测法检测钢拉杆或拉索的应用。所述的传感器为三维磁记忆传感器。

本发明的有益效果在于：

(Ⅰ)本发明的装置能够根据被测钢拉杆或拉索的直径变化即时调整检测腔的内径，适应性好，使用范围广，检测精度高，能够对被测钢拉杆或拉索进行现场实时长期监测。

(Ⅱ)本发明的装置还能够即时弥补由于外固定环扩张变径时产生的检测空隙，使得变径检测环在变径前后均为一个完整的检测环，传感器分布均匀，能够实现全面检测，检测精准度大大提高。

(Ⅲ)本发明的装置在检测被测钢拉杆或拉索的杆段的同时对其耳座进行全方位检测，使得整个检测过程无死角，使得检测结果能够对被测钢拉杆或拉索的实时状况进行一个全面可信的表征，提高监测的可信度。

(Ⅳ)本装置依据金属磁记忆检测原理对钢拉杆或拉索进行检测，可实现对早期应力集中的检测以及寿命的预测。本装置的可变径检测环共布置了两组多个三维磁记忆传感器，并通过装置的自主运动实现法向和切向磁信号的精确采集，可以保证对缺陷部位的准确定位。

(Ⅴ)本装置具有自主行走功能，实现装置长度方向的自由行走，对于复杂部位检测臂可以实现全面准确的检测，且可以控制装置的停止和速度。

(Ⅵ)通过整体信息的无线传输技术，可实现对钢拉杆或拉索的全面、高速、智能化的检测，结果可直接显示到计算机中，能够有效提高工作效率，保证建筑结构的安全。

(Ⅶ)装置的零件均为对称化设计，保证其应用的广泛性，可更换性强，具有较好的经济效益。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为固定架的立体结构示意图。

图3为动力系统、可变径检测环的一个视角的立体结构示意图。

图4为动力系统、可变径检测环的另一个视角的立体结构示意图。

图5为耳座检测机构的整体立体结构示意图。

图6为检测臂的立体结构示意图。

图7为检测臂的局部立体结构示意图。

图中各个标号的含义为：1-固定架，2-销锁，3-杆段检测机构，4-传感器，5-检测腔，6-被测钢拉杆或拉索，7-压缩弹簧，8-导向杆，9-导向通孔，10-耳座检测机构，11-光线传感器；

(3-1)-拼接板，(3-2)-连接杆，(3-3)-外固定环，(3-4)-行走驱动电机，(3-5)-编码盘，(3-6)-动力轮，(3-7)-导向轮，(3-8)-内固定环，(3-9)-导向轨，(3-10)-导向槽；

(6-1)-杆段，(6-2)-耳座；

(10-1)-连接架，(10-2)-环形导向轨道，(10-3)-检测臂；

(10-3-1)-转动驱动电机，(10-3-2)-动力轮组，(10-3-3)-导向块，(10-3-4)-第一摆杆，(10-3-5)-第一步进电机，(10-3-6)-第二摆杆，(10-3-7)-第二步进电机，(10-3-8)-旋转杆，(10-3-9)-第三步进电机，(10-3-10)-第三摆杆，(10-3-11)-压缩杆，(10-3-12)-滚轮支架，(10-3-13)-滚轮。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

遵从上述技术方案，如图1至图7所示，本实施例给出一种检测钢拉杆或拉索的装置，包括固定架1，所述的固定架1为两个半固定架通过销锁2可拆卸式安装在一起，所述的固定架1内安装有能够相对于固定架1扩张和收缩的杆段检测机构3；

所述的杆段检测机构3包括相互拼接在一起形成框形结构的多个拼接板3-1，多个拼接板3-1的内壁上通过连接杆3-2各自固定安装有一个外固定环3-3，多个外固定环3-3拼接成一个变径检测环，外固定环3-3的内壁上均匀安装有传感器4；

变径检测环中心形成一个检测腔5，被测钢拉杆或拉索6的杆段6-1穿过检测腔5；

所述的多个拼接板3-1的外壁和固定架1内壁之间均通过压缩弹簧7连接，多个拼接板3-1的顶端均安装有通过行走驱动电机3-4和编码盘3-5控制驱动的动力轮3-6，所述的多个拼接板3-1的底端均安装有导向轮3-7，动力轮3-6和导向轮3-7在压缩弹簧7的挤压下夹紧被测钢拉杆或拉索6的杆段6-1沿着杆段6-1行走，使得变径检测环内的传感器4对杆段6-1进行即时变径检测。

杆段检测机构3中的外固定环3-3为两侧开放的中空结构，相邻两个外固定环3-3通过安装在相邻两个外固定环3-3内部的内固定环3-8连接在一起，所述的内固定环3-8由柔性材料制成。

内固定环3-8的内壁上在与外固定环3-3相同的垂直轴向的平面内均匀安装有传感器4，当外固定环3-3扩张变径时，内固定环3-8上的传感器4补充外固定环3-3分离产生的检测空隙，使得变径检测环在变径前后均为一个完整的检测环。

外固定环3-3的中空腔壁上设置有导向轨3-9，内固定环3-8的外壁上加工有导向槽3-10。

固定架1上还安装有用于检测被测钢拉杆或拉索6的耳座6-2的耳座检测机构10，所述的耳座检测机构10包括与固定架1连接的连接架10-1，连接架10-1上固定安装有环形导向轨道10-2，所述的环形导向轨道10-2为与固定架1对应的两个半环形导向轨道拼接在一起，环形导向轨道10-2与检测腔5同轴设置，被测钢拉杆或拉索6的杆段6-1也穿过环形导向轨道10-2；

环形导向轨道10-2上安装有沿着环形导向轨道10-2运动的检测臂10-3，所述的检测臂10-3包括转动驱动电机10-3-1，转动驱动电机10-3-1底部安装有转动驱动电机10-3-1驱动的卡在环形导向轨道10-2内运动的动力轮组10-3-2和导向块10-3-3，转动驱动电机10-3-1上固定安装有第一摆杆10-3-4的一端，第一摆杆10-3-4的另一端上安装有通过第一步进电机10-3-5驱动的第二摆杆10-3-6的一端，第二摆杆10-3-6相对于第一摆杆10-3-4能够摆动，第二摆杆10-3-6的另一端上安装有通过第二步进电机10-3-7驱动的旋转杆10-3-8的一端，旋转杆10-3-8相对于第二摆杆10-3-6能够同轴转动，旋转杆10-3-8的另一端安装有通过第三步进电机10-3-9驱动的第三摆杆10-3-10的一端，第三摆杆10-3-10相对于旋转杆10-3-8能够摆动，第三摆杆10-3-10上安装有传感器4；

第三摆杆10-3-10上垂直安装有压缩杆10-3-11的一端，压缩杆10-3-11的另一端上安装有滚轮支架10-3-12，滚轮支架10-3-13的端部安装有滚轮10-3-14，滚轮10-3-14上集成有传感器4。

拼接板3-1的内壁、第一摆杆10-3-4、第二摆杆10-3-6、旋转杆10-3-8、第三摆杆10-3-10和滚轮支架10-3-13的端部上均安装有光线传感器11。

多个拼接板3-1的外壁上还铰接有导向杆8，固定架1的侧壁上加工有导向通孔9，导向杆8穿过导向通孔9辅助压缩弹簧7将多个拼接板3-1和固定架1安装在一起。

拼接板3-1为一个或一个以上，优选四个，根据具体的结构设计而定。

上述装置用于通过金属磁记忆检测法检测钢拉杆或拉索的应用，采用的传感器4为三维磁记忆传感器。本装置可用于对不同直径或变直径的钢拉杆或拉索的应力集中和隐性损伤等进行检测。其具体操作方法如下：

(A)将各个外固定环3-3与拼接板3-1通过连接杆3-2连接，将各个内固定环3-8的导向槽3-10均匀完全地滑入两相邻外固定环3-3的导向轨3-9内且保证两相邻外固定环3-3完全闭合，将压缩弹簧7安装在拼接板3-1外壁的预留孔洞内，将导向杆8滑入固定架1的导向通孔9内并将压缩弹簧7的另一端装入固定架1内壁的预留孔洞内，以固定架1的对角线为分割线，将杆段检测机构3的半结构围绕被测钢拉杆或拉索6放置，将固定架1通过销锁2可靠连接，根据被测钢栏杆或拉索6的尺寸大小调整压缩弹簧7使杆段检测机构3的动力轮3-6与导向轮3-7夹紧被测钢拉杆或拉索6。

(B)将耳座检测机构10的检测臂10-3通过下部的动力轮组10-3-2与导向块10-3-3滑入环形导向轨道10-2内，将连接架10-1安装在固定架1的上部，完成装置的安装。

(C)装置开始沿被测钢拉杆或拉索6通过行走驱动电机3-4驱动动力轮3-6自下向上进行检测，装置在通过被测钢拉杆或拉索6的杆段6-1的变径处(索锚具、调节套等)时通过压缩弹簧7使杆段检测机构3由柔性材料制成的内固定环3-8按预定轨迹打开，使位于外固定环3-3与内固定环3-8上的三维磁记忆传感器均匀分布于被测钢拉杆或拉索6的杆段6-1表面，以此来保证检测数据的完整性，能够得到杆段6-2准确的磁场强度切向分量H_p(x)及法向分量H_p(y)。

(D)通过编码盘3-5反馈来控制杆段检测机构3的行走驱动电机3-4的运动速度使装置到达被测钢拉杆或拉索6的耳座6-2，由于该部分造型较为复杂，杆段检测机构3无法保证提离值的恒定，此处由耳座检测机构10上的检测臂10-3进行检测，根据其上的光线传感器11反馈的数据来调节各个步进电机的运动进而带动各个摆杆的运动，使检测臂10-3按照预定的提离值对耳座6-2进行检测且避免与周围物体碰撞,对于表面积较大且较为平整的面由第三摆杆10-3-10侧面的三维磁记忆传感器按一定提离值进行检测，对于表面较小的侧边及不平整处由滚轮10-3-13内集成的三维磁记忆传感器进行检测，得到耳座6-2的准确的磁场强度切向分量H_p(x)及法向分量H_p(y)，最终通过所得信号的分析处理实现钢拉杆或拉索的应力集中、隐性损伤检测及健康检测，避免造成重大安全事故。

Claims (10)

1.一种检测钢拉杆或拉索的装置，包括固定架(1)，所述的固定架(1)为两个半固定架通过销锁(2)可拆卸式安装在一起，其特征在于：所述的固定架(1)内安装有能够相对于固定架(1)扩张和收缩的杆段检测机构(3)；

所述的杆段检测机构(3)包括相互拼接在一起形成框形结构的多个拼接板(3-1)，多个拼接板(3-1)的内壁上通过连接杆(3-2)各自固定安装有一个外固定环(3-3)，多个外固定环(3-3)拼接成一个变径检测环，外固定环(3-3)的内壁上均匀安装有传感器(4)；

变径检测环中心形成一个检测腔(5)，被测钢拉杆或拉索(6)的杆段(6-1)穿过检测腔(5)；

所述的多个拼接板(3-1)的外壁和固定架(1)内壁之间均通过压缩弹簧(7)连接，多个拼接板(3-1)的顶端均安装有通过行走驱动电机(3-4)和编码盘(3-5)控制驱动的动力轮(3-6)，所述的多个拼接板(3-1)的底端均安装有导向轮(3-7)，动力轮(3-6)和导向轮(3-7)在压缩弹簧(7)的挤压下夹紧被测钢拉杆或拉索(6)的杆段(6-1)沿着杆段(6-1)行走，使得变径检测环内的传感器(4)对杆段(6-1)进行即时变径检测。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的杆段检测机构(3)中的外固定环(3-3)为两侧开放的中空结构，相邻两个外固定环(3-3)通过安装在相邻两个外固定环(3-3)内部的内固定环(3-8)连接在一起，所述的内固定环(3-8)由柔性材料制成。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的内固定环(3-8)的内壁上在与外固定环(3-3)相同的垂直轴向的平面内均匀安装有传感器(4)，当外固定环(3-3)扩张变径时，内固定环(3-8)上的传感器(4)补充外固定环(3-3)分离产生的检测空隙，使得变径检测环在变径前后均为一个完整的检测环。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的外固定环(3-3)的中空腔壁上设置有导向轨(3-9)，内固定环(3-8)的外壁上加工有导向槽(3-10)。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的固定架(1)上还安装有用于检测被测钢拉杆或拉索(6)的耳座(6-2)的耳座检测机构(10)，所述的耳座检测机构(10)包括与固定架(1)连接的连接架(10-1)，连接架(10-1)上固定安装有环形导向轨道(10-2)，所述的环形导向轨道(10-2)为与固定架(1)对应的两个半环形导向轨道拼接在一起，环形导向轨道(10-2)与检测腔(5)同轴设置，被测钢拉杆或拉索(6)的杆段(6-1)也穿过环形导向轨道(10-2)；

所述的环形导向轨道(10-2)上安装有沿着环形导向轨道(10-2)运动的检测臂(10-3)，所述的检测臂(10-3)包括转动驱动电机(10-3-1)，转动驱动电机(10-3-1)底部安装有转动驱动电机(10-3-1)驱动的卡在环形导向轨道(10-2)内运动的动力轮组(10-3-2)和导向块(10-3-3)，转动驱动电机(10-3-1)上固定安装有第一摆杆(10-3-4)的一端，第一摆杆(10-3-4)的另一端上安装有通过第一步进电机(10-3-5)驱动的第二摆杆(10-3-6)的一端，第二摆杆(10-3-6)相对于第一摆杆(10-3-4)能够摆动，第二摆杆(10-3-6)的另一端上安装有通过第二步进电机(10-3-7)驱动的旋转杆(10-3-8)的一端，旋转杆(10-3-8)相对于第二摆杆(10-3-6)能够同轴转动，旋转杆(10-3-8)的另一端安装有通过第三步进电机(10-3-9)驱动的第三摆杆(10-3-10)的一端，第三摆杆(10-3-10)相对于旋转杆(10-3-8)能够摆动，第三摆杆(10-3-10)上安装有传感器(4)；

第三摆杆(10-3-10)上垂直安装有压缩杆(10-3-11)的一端，压缩杆(10-3-11)的另一端上安装有滚轮支架(10-3-12)，滚轮支架(10-3-12)的端部安装有滚轮(10-3-13)，滚轮(10-3-13)上集成有传感器(4)。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的拼接板(3-1)的内壁、第一摆杆(10-3-4)、第二摆杆(10-3-6)、旋转杆(10-3-8)、第三摆杆(10-3-10)和滚轮支架(10-3-12)的端部上均安装有光线传感器(11)。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的多个拼接板(3-1)的外壁上还铰接有导向杆(8)，固定架(1)的侧壁上加工有导向通孔(9)，导向杆(8)穿过导向通孔(9)辅助压缩弹簧(7)将多个拼接板(3-1)和固定架(1)安装在一起。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的拼接板(3-1)为一个或一个以上。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于：所述的拼接板(3-1)为四个。

10.如权利要求1至9任一权利要求所述的装置用于通过金属磁记忆检测法检测钢拉杆或拉索的应用。