CN111289606B - 一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统及方法，包括测量线圈、电磁屏蔽罩、用于提供电能的交流电源以及设置于电磁屏蔽罩内依次连接的前置放大器、第一滤波器、主放大器、单调速率调度RMS、第二滤波器、函数发生器、控制主机及功率分析器，测量线圈轴线位于竖直方向上；测量线圈的输出端连接前置放大器的输入端，能够检测圆钢构件被测点处在拉力条件下的应力变化状态。

Description

一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统及方法
技术领域
本发明属于土木工程钢结构工程技术领域，涉及一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统及方法。
背景技术
目前，用于土木工程钢结构工程技术领域的圆钢轴向应力检测手段主要还是集中于缺陷和损伤的探测。当前已发展了几十种无损检测方法，其中以电磁基本原理为理论基础，通过材料电磁性能变化为判断依据，对材料及构件缺陷检测和性能测试的方法统称为电磁检测技术。电磁检测技术主要包括涡流法、磁粉法、漏磁法、微波法、电流扰动法、巴克豪森噪声法、磁记忆法、太赫兹法、电磁超声法和涡流热成像法等，但是现有技术中没有涉及圆钢构件被测点处在拉力条件下的应力变化状态。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统及方法，能够检测圆钢构件被测点处在拉力条件下的应力变化状态。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统，包括测量线圈和电磁屏蔽罩；
电磁屏蔽罩内设置有依次连接的第一滤波器、主放大器、单调速率调度RMS、函数发生器和控制主机；
测量线圈轴线位于竖直方向上；测量线圈的输出端连接第一滤波器的输入端。
优选的，函数发生器的输出端连接有功率分析器的输入端，功率分析器的输出端连接有示波器输入端。
优选的，控制主机输入端连接有触摸屏显示器输出端。
优选的，单调速率调度RMS与函数发生器之间连接有第二滤波器。
优选的，测量线圈与前置第一滤波器之间连接有前置放大器。
优选的，控制主机与函数发生器之间连接有A/D模数转换器。
优选的，所述测量线圈外圈为测量线圈外壳，内圈为内骨架，测量线圈外壳和内骨架之间缠绕有铜芯漆包线。
一种基于上述任意一项所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测方法，包括以下步骤：
将结构钢圆钢试件竖直插入测量线圈中，向结构钢圆钢试件施加轴向拉力，结构钢圆钢试件被测位置处的截面产生应变，引起既有磁场变化，测量线圈中产生感应电流，测量线圈产生的感应电流依次经第一滤波器滤波、主放大器放大后进入到单调速率调度RMS中进行调度，然后进入到函数发生器中，函数发生器对接收到的信号进行处理得到波形信号，然后将波形信号传送到控制主机中，控制主机计算被测位置的应力变化值。
优选的，触摸屏显示器输入结构钢圆钢试件的牌号信息及测点信息至控制主机中；控制主机通过结构钢圆钢试件的牌号信息及测点信息和采集到的数据ΔΦ，计算被测位置的应力变化值。
优选的，函数发生器将波形信号发送至功率分析器中，功率分析器对波形信号进行转换后，发送给示波器将转换后的波形信号进行显示及记录。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统，由于结构钢圆钢试件经过冶炼铸造加工自身具有既有磁性，结构钢圆钢试件在既有磁性磁场条件下，通过将测量线圈嵌套在结构钢圆钢试件上，结构钢圆钢试件受到轴向拉力作用时，结构钢圆钢试件被测位置处的截面会产生应变，引起既有磁场变化，使测量线圈中产生感应电流，避免结构钢圆钢试件受到其他作用力的影响，能够通过对测量线圈产生的感应电流进行处理，获取圆钢构件被测点处在拉力条件下的应力变化状态，操作简单、方便。
本发明所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测方法，由于结构钢圆钢试件经过冶炼铸造加工自身具有既有磁性，结构钢圆钢试件在既有磁性磁场条件下，受到轴向拉力作用时，结构钢圆钢试件被测位置处的截面产生应变，引起既有磁场变化，使测量线圈中产生感应电流，通过对测量线圈产生的感应电流进行处理，以获取圆钢构件被测点处在拉力条件下的应力变化状态，操作简单、方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中测量线圈的结构示意图；
图3为图2中Z-Z方向的截面图。
其中，1为结构钢圆钢试件、2为测量线圈、3为前置放大器、4为第一滤波器、5为主放大器、6为单调速率调度RMS、7为第二滤波器、8为示波器、9为交流电源、10为电源放大器、11为控制主机、12为A/D模数转换器、13为功率分析器、14为函数发生器、15为触摸屏显示器、16为电磁屏蔽罩、201为测量线圈外壳、202为铜芯漆包线、203为内骨架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参考图1，本发明所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统包括测量线圈2、电磁屏蔽罩16、用于提供电能的交流电源9以及设置于电磁屏蔽罩16内的前置放大器3、第一滤波器4、主放大器5、单调速率调度RMS6、第二滤波器7、函数发生器14、控制主机11及功率分析器13；测量线圈2套接于待测结构钢圆钢试件1上，测量线圈2的输出端依次经前置放大器3、第一滤波器4、主放大器5、单调速率调度RMS6及第二滤波器7与函数发生器14的输入端相连接，函数发生器14的输出端与控制主机11的输入端及功率分析器13的输入端相连接。
功率分析器13的输出端与示波器8输入端相连接；控制主机11连接有触摸屏显示器15；控制主机11与函数发生器14之间通过A/D模数转换器12相连接。
所述测量线圈2包括测量线圈外壳201、内骨架203以及缠绕于内骨架203上的铜芯漆包线202，其中，测量线圈外壳201作为测量线圈2的外圈，内骨架203作为测量线圈2的内圈，铜芯漆包线202位于测量线圈外壳201和内骨架203之间。
如图2和图3所示，测量线圈2作为终端数据采集传感器，测量线圈2由铜芯漆包线202紧密分层缠绕在测量线圈2的内骨架203上，测量线圈外壳201通过绝缘胶密封，并引出屏蔽导线。
结构钢圆钢试件1经过冶炼铸造加工自身具有既有磁性，其既有磁性在自身磁场条件下，使测量线圈2产生感应电流，通过本发明根据测得的磁通量，得到在外力变化下所测截面处的应力变化情况。
本发明所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测方法包括以下步骤：
将结构钢圆钢试件1竖直插入测量线圈2中，结构钢圆钢试件1经过冶炼铸造加工自身具有既有磁性，结构钢圆钢试件1在既有磁性磁场条件下，受到轴向拉力作用时，结构钢圆钢试件1被测位置处的截面产生应变，引起既有磁场变化，使测量线圈2中产生感应电流，测量线圈2产生的感应电流依次经前置放大器3放大、第一滤波器4滤波、主放大器5放大后进入到单调速率调度RMS6中进行调度，然后再经第二滤波器7滤波后进入到函数发生器14中，函数发生器14对接收到的信号进行处理得到波形信号，然后经过A/D模数转换器12转换后传送到控制主机11中，控制主机11连接有触摸屏显示器15，通过触摸屏显示器15进行人机交互输入结构钢圆钢试件1的牌号信息及测点信息；控制主机11通过结构钢圆钢试件1的牌号信息及测点信息和采集到的数据ΔΦ，计算被测位置的应力变化值。
函数发生器14将波形信号发送至功率分析器13中，功率分析器13对波形信号进行转换后，发送给示波器8将转换后的波形信号进行显示及记录。
结构钢圆钢试件1的ΔΦ与拉应力变化值的关系方程：
σ＝a-b×ln(ΔΦ)
a＝32.83+0.5208×Q-7.289×Φ-0.0077×Q×Φ+0.1639Φ
b＝0.9526-0.3064×Q+0.0002×Φ
其中，σ为应力值变化值，单位为MPa；ΔΦ为磁通量变化量，单位mWb；a、b为由牌号和圆钢直径决定的参数，Q为建筑和桥梁结构钢牌号数字，Φ为圆钢直径，单位为mm。

Claims (5)

1.一种基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统，其特征在于，包括测量线圈（2）和电磁屏蔽罩（16）；
电磁屏蔽罩（16）内设置有依次连接的第一滤波器（4）、主放大器（5）、单调速率调度RMS（6）、函数发生器（14）和控制主机（11）；
测量线圈（2）轴线位于竖直方向上；测量线圈（2）的输出端连接第一滤波器（4）的输入端；
函数发生器（14）的输出端连接有功率分析器（13）的输入端，功率分析器（13）的输出端连接有示波器（8）输入端；
控制主机（11）输入端连接有触摸屏显示器（15）输出端；
单调速率调度RMS（6）与函数发生器（14）之间连接有第二滤波器（7）；
测量线圈（2）与前置第一滤波器（4）之间连接有前置放大器（3）；
控制主机（11）与函数发生器（14）之间连接有A/D模数转换器（12）。
2.根据权利要求1所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统，其特征在于，所述测量线圈（2）外圈为测量线圈外壳（201），内圈为内骨架（203），测量线圈外壳（201）和内骨架（203）之间缠绕有铜芯漆包线（202）。
3.一种基于权利要求1-2任意一项所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
将结构钢圆钢试件（1）竖直插入测量线圈（2）中，向结构钢圆钢试件（1）施加轴向拉力，结构钢圆钢试件（1）被测位置处的截面产生应变，引起既有磁场变化，测量线圈（2）中产生感应电流，测量线圈（2）产生的感应电流依次经第一滤波器（4）滤波、主放大器（5）放大后进入到单调速率调度RMS（6）中进行调度，然后进入到函数发生器（14）中，函数发生器（14）对接收到的信号进行处理得到波形信号，然后将波形信号传送到控制主机（11）中，控制主机（11）计算被测位置的应力变化值。
4.根据权利要求3所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统的检测方法，其特征在于，触摸屏显示器（15）输入结构钢圆钢试件（1）的牌号信息及测点信息至控制主机（11）中；控制主机（11）通过结构钢圆钢试件（1）的牌号信息及测点信息和采集到的数据ΔΦ，计算被测位置的应力变化值。
5.根据权利要求3所述的基于结构钢既有磁性的磁力效应应力检测系统的检测方法，其特征在于，函数发生器（14）将波形信号发送至功率分析器（13）中，功率分析器（13）对波形信号进行转换后，发送给示波器（8）将转换后的波形信号进行显示及记录。
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