CN106645387B - 斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统 - Google Patents

斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，记录脉冲励磁条件下的斜拉索结构的磁响应过程，采用组合式传感器件同步测取表面漏磁场、磁感应强度信号，分别用于损伤检测定位和索力测量。传感器的工作模式分为索力测量模式与损伤检测模式两种。索力测量模式，导轮锁闭，传感器固定在斜拉索某一特定位置，记录脉冲励磁条件下霍尔传感器、感应线圈和温度传感器的信号，利用磁滞回线中的特征参数变化反应索力波动；损伤检测模式，传感器由导轮牵引沿斜拉索扫查，记录脉冲励磁条件下隧道磁阻传感器阵列环的信号，利用信号幅值、相位等参数的变化反映判定缺陷有无。

Description

斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统
技术领域
本发明为一种斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，属于机械性能测试领域，可适用于斜拉索索力与损伤定位的无损检测。
背景技术
斜拉索在大桥承力部件中扮演着重要的角色，但是随着斜拉索使用时间的推移，索力值和疲劳损伤缺陷是斜拉索健康状态的两个重要评价指标。应力是在役斜拉索最直接也是最重要的评价指标，钢索的应力水平发生变化会出现突发断裂，造成严重工程事故。疲劳损伤缺陷也是斜拉索健康状态的重要评价指标，常见的疲劳损伤缺陷有：锈蚀、变形、断丝及磨损等。本发明设计了斜拉索索力与损伤缺陷检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统。
发明内容
本发明的目的为提供能够实现斜拉索索力与损伤定位无损检测的脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统。
为实现上述目的，本方发明用如下技术方案：斜拉索索力与损伤定位无损检测的脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，该系统包括励磁源、中控箱、传感器结构；中控箱通过四个螺丝定位在传感器结构表面上，励磁源通过电缆线与中控箱连接，实现对传感器结构的信号传输功能。
传感器结构包括励磁线圈(4)、感应线圈(5)、温度传感器(9)、霍尔传感器(7)和隧道磁阻传感器阵列环(8)，隧道磁阻传感器阵列环(8)为TMR阵列环。励磁线圈(4)和感应线圈(5)均绕在线圈骨架上，传感器屏蔽层(3)和线圈骨架通过传感器结构两端的限位端盖进行固定定位。隧道磁阻传感器阵列环屏蔽层(6)、隧道磁阻传感器阵列环(8)、霍尔传感器(7)、温度传感器(9)放置在传感器内表面的设置固定位置的凹槽中固定。传感器导轮(2)沿着待测斜拉索(1)周向等间距布置。
励磁源通过充放电电路与开关直流电源实现不同方式的励磁模式。传感器导轮(2)的移动和紧固决定传感器的工作模式，在隧道磁阻传感器阵列环(8)和整个传感器外层都设计屏蔽层，分别为隧道磁阻传感器阵列环屏蔽层(6)和传感器屏蔽层(3)，避免了外界干扰磁场对测量结果的影响，提高检测系统的准确性。
斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，采用与电感线圈相匹配的充放电电路和开关直流电源作为励磁源，输出脉冲电流至传感器的励磁线圈对斜拉索结构进行饱和脉冲励磁，利用三类磁敏元件同步记录斜拉索结构的磁响应过程，包括霍尔元件测取表面励磁场强度、两段串接式感应线圈接收磁感应信号、内嵌于屏蔽壳的隧道磁阻传感器阵列环采集表面漏磁场信号，在检测系统不移动模式下，利用表面励磁场强度和磁感应信号得到退磁曲线，提取特征参数对索力进行检测；在检测系统沿钢索扫查模式下，利用表面漏磁场信号对缺陷进行检测定位。
一体化传感器沿着斜拉索的轴向方向安装固定，在不同的检测要求选择传感器对应的工作模式，一共为两种工作模式。
传感器在两种工作模式下，三类磁敏元件的工作方式完全相同，但励磁源和霍尔元件的作用不同，具体为：检测系统不移动模式下，采用充放电电路提供持续时间0.1～1.0秒的单向脉冲输入至励磁线圈，霍尔元件实时测量输出电压信号作为控制参数，通过电压反馈电路实现表面励磁场强度的调整；在扫查模式下，采用开关直流电源作为励磁源，开关频率处于50Hz～1kHz范围，此时霍尔元件输出信号经过傅里叶变换后，计算总谐波畸变率，与采集的表面漏磁场信号一并用于缺陷检测。
本发明采用以上技术方案，使得一体化检测系统具有测量斜拉索索力与损伤定位的双功能，利用一体化系统可对斜拉索的索力与损伤进行检测和定位。
附图说明
图1为本发明检测系统整体测量安装示意图。
图2为一体化检测系统传感器示意剖面图。
图3为一体化检测系统索力检测原理框图。
图4为一体化检测系统缺陷检测定位原理框图。
图中：1-待测斜拉索，2-传感器导轮，3-传感器屏蔽层，4-励磁线圈，5-感应线圈，6-隧道磁阻传感器阵列环屏蔽层，7-霍尔传感器，8-隧道磁阻传感器阵列环，9-温度传感器。
具体实施方式
一体化传感器沿着斜拉索的轴向方向安装固定，在不同的检测要求选择传感器对应的工作模式，一共为两种工作模式。
如图1为斜拉索索力与损伤测量的一体化检测系统整体安装示意图。图1中，将传感器装在待测斜拉索(1)，传感器导轮(2)的移动与紧固决定传感器的两种工作模式(索力测量模式和损伤检测模式)。硬件电路与传感器通过信号线与传感器可靠连接，保证信号的准确传输，其中传感器屏蔽层(3)起到屏蔽外界磁场干扰的作用。
传感器在两种工作模式下，三类磁敏元件的工作方式完全相同，但励磁源和霍尔元件的作用不同，具体为：检测系统不移动模式下，采用充放电电路提供持续时间0.1～1.0秒的单向脉冲输入至励磁线圈，霍尔元件实时测量输出电压信号作为控制参数，通过电压反馈电路实现表面励磁场强度的调整；在扫查模式下，采用开关直流电源作为励磁源，开关频率处于50Hz～1kHz范围，此时霍尔元件输出信号经过傅里叶变换后，计算总谐波畸变率，与采集的表面漏磁场信号一并用于缺陷检测。

Claims (4)

1.斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，其特征在于：该系统包括励磁源、中控箱、传感器结构；中控箱通过四个螺丝定位在传感器结构表面上，励磁源通过电缆线与中控箱连接，实现对传感器结构的信号传输功能；
传感器结构包括励磁线圈(4)、感应线圈(5)、温度传感器(9)、霍尔传感器(7)和隧道磁阻传感器阵列环(8)；励磁线圈(4)和感应线圈(5)均绕在线圈骨架上，传感器屏蔽层(3)和线圈骨架通过传感器结构两端的限位端盖进行固定定位；隧道磁阻传感器阵列环屏蔽层(6)、隧道磁阻传感器阵列环(8)、霍尔传感器(7)、温度传感器(9)放置在传感器内表面的设置固定位置的凹槽中固定；传感器导轮(2)沿着待测斜拉索(1)周向等间距布置；
励磁源通过充放电电路与开关直流电源实现不同方式的励磁模式；传感器导轮(2)的移动和紧固决定传感器的工作模式为不移动模式和扫查模式，在隧道磁阻传感器阵列环(8)和整个传感器外层都设计屏蔽层，分别为隧道磁阻传感器阵列环屏蔽层(6)和传感器屏蔽层(3)，避免了外界干扰磁场对测量结果的影响，提高检测系统的准确性。
2.根据权利要求1所述的斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，其特征在于：采用与电感线圈相匹配的充放电电路和开关直流电源作为励磁源，输出脉冲电流至传感器的励磁线圈对斜拉索结构进行饱和脉冲励磁，利用三类磁敏元件同步记录斜拉索结构的磁响应过程，即霍尔元件测取表面励磁场强度、两段串接式感应线圈接收磁感应信号、内嵌于屏蔽壳的隧道磁阻传感器阵列环采集表面漏磁场信号，在检测系统不移动模式下，利用表面励磁场强度和磁感应信号得到退磁曲线，提取特征参数对索力进行检测；在检测系统沿钢索扫查模式下，利用表面漏磁场信号对缺陷进行检测定位。
3.根据权利要求1所述的斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，其特征在于：传感器结构沿着斜拉索的轴向方向安装固定，在不同的检测要求选择传感器结构对应的工作模式。
4.根据权利要求2所述的斜拉索索力与损伤检测用脉冲磁弹与漏磁一体化检测系统，其特征在于：传感器结构在两种工作模式下，所述三类磁敏元件同步记录斜拉索结构的磁响应过程中的工作方式完全相同，但励磁源和霍尔元件的作用不同，具体为：检测系统不移动模式下，采用充放电电路提供持续时间0.1～1.0秒的单向脉冲输入至励磁线圈，霍尔元件实时测量输出电压信号作为控制参数，通过电压反馈电路实现表面励磁场强度的调整；在扫查模式下，采用开关直流电源作为励磁源，开关频率处于50Hz～1kHz范围，此时霍尔元件输出信号经过傅里叶变换后，计算总谐波畸变率，与采集的表面漏磁场信号一并用于缺陷检测。
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