CN109297899B - 一种拉索腐蚀传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于电阻法的拉索腐蚀传感器，能准确地监测拉索的腐蚀状态。该传感器包括密封的C形树脂外壳，两根电阻探头，电源装置，高灵敏度电阻测量装置，无线发射装置，无线接收装置构成。于拉索锚固端的索套中放置该腐蚀传感器，通过程序设置传感器中的高灵敏度电阻测量装置定期测量两根电阻探头的电阻，测量后电阻信息通过无线发射装置发出，传至放于锚固区索套外的无限接收装置处，通过采集无限接收装置处的电阻数据，再经计算机进行数据处理，通过电阻增量即可定量判断拉索的腐蚀状态，实现腐蚀监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于电阻法的拉索腐蚀传感器，属于土木工程设备制造的技术领域。
背景技术
桥梁缆索和吊杆是桥梁中承重和传力的重要结构件，建筑中的拉索在索结构中也具有一定的承重作用。拉索在长期的使用过程中,不断受到温度变化、强风等外界环境侵蚀,车辆载荷、冲击的长期反复作用以及自然灾害的影响,若拉索索中的钢丝出现腐蚀或断裂,将对桥梁和建筑带来严重的安全隐患。因而，对拉索的腐蚀监测在桥梁健康监测和建筑拉索健康监测中具有一定的重要性。
公开号为CN101943581A的发明专利提供一种桥梁缆索腐蚀的判定以及定位的方法.该方法在被测缆索上激励导波信号,并采集经过缆索反射的导波信号,该经过反射的导波信号携带了缆索的腐蚀信息。具体实施方法为：在待检测的缆索上安装传感器,由传感器采集实际的测量信号,由数据采集卡读入笔记本电脑根据缆索的几何尺寸、材料特性、激励信号条件,采用有限元技术建立精细的缆索腐蚀判定的数值模型,初始化该数值模型,通过分析计算得到模拟响应信号,为实际测量的信号提供标准比较信号将实际的测量信号作为缆索腐蚀的判别信号,采用神经网络分析方法与标准比较信号进行比较分析,如果损伤没有超过闭值,则缆索未出现腐蚀,否则,发出报警,并且定位腐蚀发生的部位生成记录报告,记录本地数据库。
公开号为CN108225906A的发明专利提供一种基于计算机视觉的拉索腐蚀监测识别与疲劳寿命评估方法,通过拉索锚固端的透时检查窗,拍摄腐蚀高强钢丝图像,并从中提取图像特征,然后对腐蚀程度评价模型建模,再对疲劳寿命特性能数评价模型建模,与人工加速腐蚀试验下的钢丝腐蚀疲劳性能退化状态进行匹配,最终完成在役拉索的腐蚀状态识别和疲劳寿命评估。
公开号为CN101216412A的发明专利提供一种结构简单、成本较低，基于电阻测量原理的钢筋腐蚀传感器。不损伤混凝土表面的前提下,能准确、无损地检测出具体腐蚀环境下危险锋面距离钢筋的距离。设有基体和引出导线,基体在竖向上呈螺旋层状分布并设有纵向开口。将钢筋棒去螺纹,切口得基体在基体的不同高度处打孔将引出导线与孔连接,密封得钢筋腐蚀传感器。在混凝土构件的不同部位分别布设传感器,在混凝土构件的使用期内,定期用低电阻测试仪对不同位置处的钢筋腐蚀传感器进行数据采集,定期测量,记录,对被测钢筋的腐蚀状态进行判断,得混凝土的环境腐蚀情况。
发明内容
技术问题：为了对拉索的腐蚀状态实现准确地监测，有必要提供一种拉索腐蚀传感器。
技术方案：本发明提供一种基于电阻法的拉索腐蚀传感器，能准确地监测拉索的腐蚀状态。该传感器包括密封的C形树脂外壳，两根电阻探头，电源装置，高灵敏度电阻测量装置，无线发射装置，无线接收装置构成。于拉索锚固端的索套中放置该腐蚀传感器，通过程序设置传感器中的高灵敏度电阻测量装置定期测量两根电阻探头的电阻，测量后电阻信息通过无线发射装置发出，传至放于锚固区索套外的无限接收装置处，通过采集无限接收装置处的电阻数据，再经计算机进行数据处理，通过电阻增量即可定量判断拉索的腐蚀状态，实现腐蚀监测。
具体的，本发明的一种拉索腐蚀传感器设有C形的树脂密封基体，暴露在环境中的电阻探头即经受腐蚀的电阻探头和温度补偿电阻探头；经受腐蚀的电阻探头和温度补偿电阻探头并排设置在C形的树脂密封基体的C形开口处，经受腐蚀的电阻探头和温度补偿电阻探头的两端分别接在C形的树脂密封基体的C形开口两端。
其中，
所述的电阻探头为两根或多根，每根电阻探头内部构造完全一致；其中一根电阻探头表面被环氧树脂包裹，不经受环境腐蚀，只作为温度补偿电阻探头，其它电阻探头作为经受腐蚀的电阻探头经受环境腐蚀，测量结果互为对照。
C形的树脂密封基体呈C形或其它残缺环形，内部为空腔，放置电源装置，高灵敏度电阻测量装置及无限发射装置，能让所述电阻探头完全暴露在腐蚀环境中且与电阻探头构成一个闭环。
所述电阻探头的两端伸入C形的树脂密封基体，且有一段密封区保证C形的树脂密封基体的密封性。
所述温度补偿电阻探头的中部为温度补偿区，两端通过密封区与第二测量接触区直接相连，连接部分通过环氧树脂进行密封处理，保证测量结果的准确性。
所述经受腐蚀的电阻探头的中部为暴露在腐蚀环境中的腐蚀区，两端通过密封区与第一测量接触区直接相连，连接部分通过环氧树脂进行密封处理，保证测量结果的准确性。
经受腐蚀的电阻探头采用与拉索完全一致的材料制作，由外部表面合金镀层和内部高强碳素钢组成，使得电阻探头与拉索腐蚀状态的一致。
所述经受腐蚀的电阻探头内部高强碳素钢部分需设置内部空腔，使电阻探头呈圆管状，以提高电阻探头的灵敏度。
所述呈圆管状的电阻探头两端灌入环氧树脂进行密封，保证电阻探头无法从内部进行腐蚀。
有益效果：与现有技术比，本发明所提供的传感器原理简单，灵敏度高。且此过程无需人工干预，在不开启索套的情况下，就能实现拉索腐蚀状态的在线监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明传感器原理示意图；
图2为本发明C形的树脂密封基体和电阻探头示意图；
图3为本发明C形树脂外壳剖面示意图；
图4为本发明电阻探头剖面示意图；
其中有：C形的树脂密封基体1、经受腐蚀的电阻探头2、温度补偿电阻探头3；密封区11、内部空腔12、第一测量接触区21、腐蚀环境中的腐蚀区22、表面合金镀层221、高强碳素钢222、内部空腔223、第二测量接触区31、温度补偿区32。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
拉索腐蚀传感器原理示意图，如图1~2所示，经受腐蚀的电阻探头2经受环境腐蚀，温度补偿电阻探头3受环氧树脂包裹，不经受腐蚀，只作为温度补偿电阻探头。电阻探头腐蚀过程中，高灵敏度电阻测试仪由程序设置以规定的时间间隔定期测量经受腐蚀的电阻探头2和温度补偿电阻探头3的电阻，之后无线发射装置发射测量电阻信息，放于索套外面的无线接收装置收集信息，收集信息后具体信息交由计算机处理，以此来定量判断拉索的腐蚀状态。
腐蚀传感器剖面图可如图3所示，经受腐蚀的电阻探头2和经受环氧树脂包裹的温度补偿电阻探头3平行伸入C形树脂基体。经受腐蚀的电阻探头2暴露在环境中的腐蚀区为22，温度补偿电阻探头3的温度补偿区为32，且两根电阻探头伸入C形树脂密封基体后有一段密封区11，经受腐蚀的电阻探头2两端第一测量接触区21与高灵敏度电阻测量装置相连，温度补偿电阻探头3两端第二测量接触区31与高灵敏度电阻测量装置相连，连接部分需通过环氧树脂进行密封处理。传感器中的电源装置，高灵敏度电阻测量装置和无线发射装置均放置在C形的树脂密封基体的内部空腔12中，并通过环氧树脂良好密封。
电阻探头具体构造如图4，包含电阻探头表面合金镀层221，电阻探头内部高强碳素钢222，电阻探头内部空腔223。在实际制作时取与拉索材料相同的单根索体200~300mm，在内部进行钻孔形成空腔，用蒸馏水洗净后自然晾干，然后在两端孔口通过环氧树脂进行密封处理。
以下给出拉索腐蚀的监测方法：
本发明是利用腐蚀过程中电阻探头横截面积因腐蚀而减少从而引起的电阻增量原理来监测拉索腐蚀状态。电阻探头长度L为200~300mm,截面积S为2~20。电阻探头电阻率大约为纯铁的三倍，即25.0e-8~30.0e-8。认为电阻探头在截面上的腐蚀状态是均匀的。电阻探头总电阻计算为
( 1 )
且电阻探头金属电阻率在一定温度范围内，如0~100℃下，呈线性变化规律，令其初始电阻率为，合金镀层和内部高强碳素钢电阻率温度系数均为，大约为0.4%~0.6%(以20℃为基准),温差为时电阻探头金属电阻率为
( 2 )
令腐蚀传感器中温度补偿电阻探头3初始电阻为（20℃）,温度变化后温度补偿电阻探头3的电阻为，令传感器中的温度修正系数为
( 3 )
令腐蚀传感器中经受环境腐蚀的电阻探头2在腐蚀前总电阻为（20℃），总电阻认为是表面合金镀层电阻（20℃）和内部高强碳素钢电阻（20℃）并联而成。
（4）
在腐蚀过程中，电阻探头2总电阻与表面合金镀层电阻和内部高强碳素钢电阻的关系为。
（5）
认为电阻探头2和温度补偿电阻探头3温度变化一致，电阻经温度修正后，得到腐蚀过程中电阻探头2在20℃时的电阻。
（6）
当时，说明电阻探头2的腐蚀尚且只发生在合金镀层处。令合金镀层初始质量为，合金镀层腐蚀过程中质量为，合金镀层的质量损失为：
（7）
当时，说明电阻探头2的合金镀层已经腐蚀完毕。
当时，说明电阻探头2的腐蚀已经到达内部高强碳素钢。令内部高强碳素钢的初始质量为，内部高强碳素钢腐蚀过程中质量为，内部高强碳素钢的质量损失为
（8）
由一段时间间隔内金属的质量损失，和经历腐蚀的时间，可计算该段时间内金属的平均腐蚀速率。
（9）
由于电阻探头合金镀层在实际腐蚀过程中的腐蚀速率比内部高强碳素钢的腐蚀速率慢很多，在腐蚀过程中，平均腐蚀速率的改变也可作为电阻探头2合金镀层腐蚀完毕，内部高强碳素钢开始腐蚀的一个判断依据。
Claims (6)
1.一种拉索腐蚀传感器，其特征在于该拉索腐蚀传感器设有C形的树脂密封基体（1），暴露在环境中的电阻探头即经受腐蚀的电阻探头（2）和温度补偿电阻探头（3）；经受腐蚀的电阻探头（2）和温度补偿电阻探头（3）并排设置在C形的树脂密封基体（1）的C形开口处，经受腐蚀的电阻探头（2）和温度补偿电阻探头（3）的两端分别接在C形的树脂密封基体（1）的C形开口两端；
所述的电阻探头为多根，每根电阻探头内部构造完全一致；其中一根电阻探头表面被环氧树脂包裹，不经受环境腐蚀，只作为温度补偿电阻探头（3），其它电阻探头作为经受腐蚀的电阻探头（2）经受环境腐蚀，测量结果互为对照；
所述温度补偿电阻探头（3）的中部为温度补偿区（32），两端通过密封区（11）与第二测量接触区（31）直接相连，连接部分通过环氧树脂进行密封处理，保证测量结果的准确性；
所述经受腐蚀的电阻探头（2）的中部为暴露在腐蚀环境中的腐蚀区（22），两端通过密封区（11）与第一测量接触区（21）直接相连，连接部分通过环氧树脂进行密封处理，保证测量结果的准确性。
2.如权利要求1所述的拉索腐蚀传感器，其特征在于C形的树脂密封基体（1）呈C形或其它残缺环形，内部为空腔，放置电源装置，高灵敏度电阻测量装置及无限发射装置，能让所述电阻探头完全暴露在腐蚀环境中且与电阻探头构成一个闭环。
3.如权利要求1所述的拉索腐蚀传感器，其特征在于所述电阻探头的两端伸入C形的树脂密封基体，且有一段密封区保证C形的树脂密封基体（1）的密封性。
4.如权利要求1所述的拉索腐蚀传感器，其特征在于经受腐蚀的电阻探头（2）采用与拉索完全一致的材料制作，由外部表面合金镀层（221）和内部高强碳素钢（222）组成，使得电阻探头与拉索腐蚀状态的一致。
5.如权利要求4所述的拉索腐蚀传感器，其特征在于所述经受腐蚀的电阻探头（2）内部高强碳素钢（222）部分需设置内部空腔（223），使电阻探头呈圆管状，以提高电阻探头的灵敏度。
6.如权利要求5所述的拉索腐蚀传感器，其特征在于所述呈圆管状的电阻探头两端灌入环氧树脂进行密封，保证电阻探头无法从内部进行腐蚀。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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