CN112881512B - 基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统,沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；再通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置；最后通过断丝位置计算钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度，并进一步计算断丝数量。以解决斜拉桥拉索断丝的磁场监测中无法定量监测的问题。不需要去除拉索表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通。

Description

基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统
技术领域
本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法。
背景技术
斜拉桥拉索一般由一定数量的钢丝组成，斜拉桥拉索的健康状况直接关系到斜拉桥的安全和剩余寿命，斜拉桥拉索服役时出现的病害，最主要表面为拉索内部的钢丝的断裂。斜拉桥拉索在建立之初，拉索内部的钢丝是完好了，在使用一段时间后，拉索内部的钢丝会出现一定程度的断裂。为了安全起见，拉索内部钢丝的断丝数量必须少于钢丝总数的2％。传统的斜拉桥拉索断丝监测方法主要依靠人工检测，检测时先通过观察斜拉桥拉索护套表面是否破损，判断是否需要在损坏部位凿开护套，使钢丝外露以监测是否发生断丝，这种方法工作效率低且精度差，需要耗费大量的人力物力，在风雨作用下高空作业对测量人员的安全造成很大的威胁。
斜拉桥拉索断丝监测需要依靠技术手段，近二十年来，监测方法主要有磁漏监测法、磁致伸缩传感器技术监测法、放射线监测法、超声波测试监测、磁记忆技术、声发射技术、PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等。其中，漏磁监测法和磁致伸缩传感器技术监测法需用专门的磁化设备(强永磁铁或电磁铁)对发生断丝处的斜拉桥拉索进行励磁，操作繁琐精准度低，并且无法确定断丝的位置以及根数；由于斜拉桥拉索表面护套存在缺陷，钢丝之间存在孔隙，放射线监测法与超声波测试监测在斜拉桥拉索断丝监测中误差较大；金属磁记忆仅可有效地对铁磁性材料进行早期损伤判断，仅可判断拉索内部发生断丝的位置，对于断丝根数无法识别；基于声发射的损伤监测主要在实验室环境下研究，声波特性变化较微弱，在工程中容易受高背景噪声信号的严重干扰；PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等难以在恶劣服役环境下操作，测试时需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，存在信号干扰和解析问题，且仅可判断拉索断丝的位置，对于断丝根数定量方面存在困难。
综上所述，现有斜拉桥拉索断丝监测方法存在以下缺点：(1)需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，操作繁琐；(2)难以在酸雨、风雨激振等复杂环境服役；(3)无法同时识别斜拉桥拉索断丝的位置和断丝根数；(4)需要暂时关闭桥梁交通，无法在斜拉桥正常运营时进行监测；(5)人工检测无法高精度、随时地进行斜拉桥拉索断丝安全预警。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法，以解决现有斜拉桥拉索断丝监测中操作不方便，并且无法同时识别斜拉桥拉索中断丝的位置和断丝的根数问题。
一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：
从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；
通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；
通过断丝位置进一步计算断丝数量。
在本实施例中，优选的，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过采样点Yi处沿x、y及z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索的首端的距离数据确定断丝位置。
在本实施例中，优选的，计算断丝位置处断丝数量：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度；
根据所述磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，以及所述断丝位置对应的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度和断丝前后的地磁场磁感应强度计算断丝数量。
在本实施例中，优选的，通过所述磁场梯度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过多个采样点Yi处沿x、y及z轴方向的所述磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索首端的距离数据计算断丝位置。
在本实施例中，优选的，确定所述断丝数量，包括：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度；
根据多个采样点Yi处的磁场梯度变化量和钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度计算断丝数量。
在本实施例中，优选的，还包括根据所述断丝数量进行安全预警。
一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：
采集多个采样点Yi处的磁感应强度；
当周围环境磁场干扰较大时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁场梯度变化量，并通过磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁场梯度的计算值确定断丝数量；
当周围环境磁场干扰较小时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，并通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度的计算值确定断丝数量。
一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，包括：
断丝测量探头，用于沿拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
数据处理系统，用于获取断丝测量探头采集的磁感应强度数据，并采用上述的监测方法确定断丝位置和断丝数量。
在本实施例中，优选的，所述数据处理系统包括预警模块，该预警模块用于根据所述断丝位置处的断丝数量进行安全预警。
在本实施例中，优选的，所述断丝测量探头包括：
三轴磁场传感器，用于感应拉索上多个采样点的磁感应信号；
微处理器，用于通过磁感应信号确定多个采样点的磁感应强度数据，并通过无线数据传输模块发送给数据处理系统；
电源，用于为所述三轴磁场传感器、无线数据传输模块和微处理器供电。
本发明的有益效果：
上述基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法,该监测方法包括采集多个采样点的磁感应强度数据；通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，并通过断丝位置进一步计算断丝数量。本方法在检测过程中，不需要去除拉索表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等复杂环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通，只需通过磁感应强度变化由数据处理系统计算出拉索的断丝率，对拉索断丝进行预警，并能高精度、随时地监测桥拉索中断丝的位置和断丝的根数，且能对索断丝进行安全预警。本监测的方法，监测系统所需设备断丝数量少，操作简单，监测准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍；在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为一实施方式中斜拉桥拉索断丝监测系统的原理示意图；
图2为图1所示斜拉桥拉索断丝监测系统的实施示意图；
图3为图1中断丝测量探头的结构示意图；
图4为基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法的流程图。
附图标记：
1-三轴磁场传感器、2-无线数据传输模块、3-电源、4-微处理器、5-断丝测量探头、6-斜拉桥、7-拉索、9-数据处理系统。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述；以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请参见图1-图4，实施例一：
一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：
步骤1、从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
步骤2、通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；
步骤3、通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；
步骤4、计算断丝处的钢丝断面在多个采样点的磁感应强度或磁场梯度；
步骤5、计算断丝数量。
具体而言：拉索由一定数量的钢丝组成，可以将一根钢丝视为一个圆柱体，由一个圆柱形侧面和两个圆形端面组成，由于拉索钢丝断裂会造成圆柱形侧面的断开，并且在断裂处产生二个新圆形断面，圆柱形侧面的断开和二个新圆形断面的产生会引起多个采样点处的磁场信号发生变化。因此，可以根据一根钢丝在断裂处产生的二个新圆形断面及圆柱形侧面的断开导致的多个采样点处磁场信号的改变，判断一根钢丝的断裂位置。对于整根拉索，可判断断丝的位置，并且进一步计算拉索断丝数量。
首先，可以通过断丝测量探头5采集拉索7上多个采样点的磁感应强度，其磁感应强度包括初始数据和实时数据，初始数据为完成桥梁建设时采集的数据，而实时数据为斜拉桥服役过程中进行监测时的采集数据。为采集多个采样点的磁感应强度，可以先将断丝测量探头5设置在桥梁拉索7上，保持其移动方向与斜拉桥拉索7长度方向平行，并使三轴磁传感器1的长度方向沿着坐标系oxyz的y轴，同时将断丝测量探头5的三轴磁传感器1的x、y及z轴方向分别与坐标系oxyz的x、y及z轴方向平行。
将拉索与斜拉桥6的桥塔连接的部位定义为拉索首端，则拉索连接锚碇的部位定义为拉索尾端，坐标系oxyz是以一根斜拉桥拉索7的首端为原点建立的坐标系，从选择的首端出发沿斜拉桥拉索7的长度方向为y轴方向，在斜拉桥拉索7铅锤面内垂直于拉索7且向上的方向为z轴方向，在水平面内垂直于拉索7且满足右手准则的方向为x轴方向。设置好断丝测量探头5，可以将断丝测量探头5从坐标原点开始沿y轴方向移动，在y轴方向，断丝测量探头5可以以速度u沿斜拉桥拉索7长度方向移动，通过设定采样频率，即可确定采样点之间的采样间距df为：
Figure BDA0002893950000000061
式中f为三轴磁传感器1的采样频率，可根据采样间距设置速度和采样频率。
通过三轴磁传感器1可以检测采样点在x、y及z轴方向的磁感应强度，并可以通过采样间距确定在坐标系oxyz下采样点的坐标(X、Yi、Z)，其中X＝0。Yi为沿y轴方向采样时，第i个采样点所对应斜拉桥拉索7上的位置，即第i个采样点至拉索7首端的距离：
Yi＝(i-1)df (2)
Z为三轴磁传感器1的几何中心距离斜拉桥拉索7外表面的距离，取Z＝0.5H+h+10mm，其中，H为三轴磁传感器1的高度，h为拉索7钢丝护套的厚度。三轴磁传感器1测得采样点Yi处沿x、y和z轴方向的磁感应强度分别为Bx(Yi)、By(Yi)和Bz(Yi)。
然后，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量。
之后，如果钢丝断裂，多个采样点处的磁感应强度和磁场梯度会发生变化，因此可以根据磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置。
最后，根据断丝位置计算断丝处钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度和磁场梯度，并进一步计算断丝数量，可以实现定量地对拉索7断丝位置和断丝数量的监测，以解决斜拉桥上拉索7断丝的磁场监测中无法同时识别斜拉桥拉索7中断丝的位置和断丝的数量的问题。
在本实施例中，优选的，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过采样点Yi处沿x、y和z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索的首端的距离数据确定断丝位置：
具体而言：
设一根斜拉桥拉索包含n根钢丝，初始状态未断丝时，相对于刚完成桥梁建设时，断丝测量探头5在采样点Yi处沿x、y和z轴方向的实测磁感应强度为Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)。
Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)对应的理论值分别为：
Bx1(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+nBx侧面(Yi)+BEx1(Yi) (3a)
By1(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+nBy侧面(Yi)+BEy1(Yi) (3b)
Bz1(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+nBz侧面(Yi)+BEz1(Yi) (3c)
一根钢丝可视为一个圆柱体，由一个圆柱形侧面和两个圆形端面组成，其中，靠近坐标原点的圆形端面为左端面，远离坐标原点的圆形端面为右端面。式中Bx左端(Yi)、By左端(Yi)、Bz左端(Yi)分别为钢丝左端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx右端(Yi)、By右端(Yi)、Bz右端(Yi)分别为钢丝右端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx侧面(Yi)、By侧面(Yi)、Bz侧面(Yi)分别为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，BEx1(Yi)、BEy1(Yi)、BEz1(Yi)分别为地磁场在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得。在同一个时刻，地磁场磁感应强度在一定范围内变化极小，视为恒定。进一步，在整个拉索长度上，同一时刻地磁场磁感应强度视为不变。因此，在桥梁完工的初始状态，在整个拉索长度上，地磁场磁感应强度BEx1(Yi)、BEy1(Yi)、BEz1(Yi)不随采样点变化，且与在距离斜拉桥1000米的空旷地区的地磁场磁感应强度相同。
当一根钢丝发生断裂时，一个圆柱形侧面变为两个圆柱形侧面，并在断丝处产生两个断面。当一根斜拉桥6拉索7中有m根钢丝发生断裂后，断丝测量探头5采集的x、y和z轴方向的磁感应强度分别为Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)。
拉索7断丝时，Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)对应的理论值分别为：：
Figure BDA0002893950000000081
Figure BDA0002893950000000082
Figure BDA0002893950000000083
式中Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)、By断面1(Yi)+By断面2(Yi)、Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx断侧面1(Yi)+Bx断侧面2(Yi)、By断侧面1(Yi)+By断侧面2(Yi)、Bz断侧面1(Yi)+Bz断侧面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后形成的两个圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，BEx2(Yi)、BEy2(Yi)、BEz2(Yi)为断丝后地磁场在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得，在同一个时刻，地磁场在一定范围内变化极小，可视为恒定。进一步，在整个拉索长度上，同一时刻地磁场磁感应强度视为不变。因此，在断丝后，在整个拉索长度上，地磁场磁感应强度BEx2(Yi)、BEy2(Yi)、BEz2(Yi)不随采样点变化，且与在距离斜拉桥1000米的空旷地区的地磁场磁感应强度相同。
则可以通过拉索钢丝未发生断裂前多个采样点处采集的磁感应强度数据，以及实时采集的多个采样点的磁感应强度数据，确定多个采样点在x、y和z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)：
ΔBx(Yi)＝Bx2(Yi)-Bx1(Yi) (5a)
ΔBy(Yi)＝By2(Yi)-By1(Yi) (5b)
ΔBz(Yi)＝Bz2(Yi)-Bz1(Yi) (5b)
随后，可以根据多个采样点在x、y和z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)确定断丝位置，具体包括：
通过多个采样点在x轴方向上的磁感应强度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Ybx：
|Bx2(Ybx)-Bx1(Ybx)|＝max|Bx2(Yi)-Bx1(Yi)|＝max|ΔBx(Yi)| (6)
并通过多个采样点在y轴方向上的磁感应强度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Yby：
|By2(Yby)-By1(Yby)|＝min|By2(Yi)-By1(Yi)|＝min|ΔBy(Yi)| (7)
以及通过多个采样点在z轴方向上的磁感应强度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Ybz：
|Bz2(Ybz)-Bz1(Ybz)|＝max|Bz2(Yi)-Bz1(Yi)|＝max|ΔBz(Yi)| (8)
最后可以采用下式计算断丝位置Yb1为：
Figure BDA0002893950000000091
断丝位置Yb1对应的采样点为第k个采样点，即
Figure BDA0002893950000000092
在本实施例中，优选的，计算断丝位置处断丝数量，包括：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度；
根据所述磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，以及所述断丝位置对应的钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度和断丝前后的地磁场磁感应强度计算断丝数量。
具体而言：
拉索断丝前后斜拉桥拉索的磁感应强度变化值ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)对应的理论值分别为：
ΔBx(Yi)＝m[Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)+Bx断侧面1(Yi)+Bx断侧面2(Yi)-Bx侧面(Yi)]+BEx2(Yi)-BEx1(Yi) (10a)
ΔBy(Yi)＝m[By断面1(Yi)+By断面2(Yi)+By断侧面1(Yi)+By断侧面2(Yi)-By侧面(Yi)]+BEy2(Yi)-BEy1(Yi) (10b)
ΔBz(Yi)＝m[Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)+Bz断侧面1(Yi)+Bz断侧面2(Yi)-Bz侧面(Yi)]+BEz2(Yi)-BEz1(Yi) (10c)
由于一根钢丝断裂前为一个圆柱形侧面，断裂后形成二个圆柱形侧面，此外，由于钢丝圆柱形侧面的改变导致的磁感应强度变化，远小于断裂后两个新断面产生的磁感应强度，即：
Bx侧断面1(Yi)+Bx侧断面2(Yi)-Bx侧面(Yi)＜＜Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi) (11a)
By侧断面1(Yi)+By侧断面2(Yi)-By侧面(Yi)＜＜By断面1(Yi)+By断面2(Yi) (11b)
Bz侧断面1(Yi)+Bz侧断面2(Yi)-Bz侧面(Yi)＜＜Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi) (11c)
则根据式(11)，则式(10)可进行简化，即拉索7断丝前后拉索7的磁感应强度变化值ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)对应的理论值分别为：
ΔBx(Yi)≈m[Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)]+BEx2(Yi)-BEx1(Yi) (12a)
ΔBy(Yi)≈m[By断面1(Yi)+By断面2(Yi)]+BEy2(Yi)-BEy1(Yi) (12b)
ΔBz(Yi)≈m[Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)]+BEz2(Yi)-BEz1(Yi) (12c)
根据多个采样点处的磁感应强度变化量和钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度，结合断丝前后的地磁场的磁感应强度变化，通过上式即可计算得到断丝数量，其中，钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)、By断面1(Yi)+By断面2(Yi)、Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)可以采用下式计算得到：
Figure BDA0002893950000000111
Figure BDA0002893950000000112
Figure BDA0002893950000000113
式中，Δ为钢丝断裂后产生的左右断裂面的间距，取Δ＝1mm，R为钢丝半径，在监测前通过取样进行试验测定；μo为真空磁导率；MQ为钢筋端面平均单位面磁荷量，在监测前通过取样试验测定。
还可以通过断丝测量探头5检测断丝位置处的钢丝断裂后的磁感应强度和地磁场的磁感应强度，并结合预先检测拉索断丝前的磁感应强度和地磁场的磁感应强度，采用下式计算式：
Figure BDA0002893950000000114
在得到拉索的断丝数量m1后，在需要时，可通过断丝数量进行安全预警。
具体而言：
首先，计算断丝数量的比例ρ1为：
Figure BDA0002893950000000121
然后，照前述步骤得到结果进行判断，当ρ1≥2％时，说明拉索7已不能继续使用，需要及时更换拉索7，此时，对拉索7进行安全预警。
实施例二、
实施例二与实施例一不同之处在于：
请继续参见图1-图4，通过所述磁场梯度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过采样点Yi处沿x、y和z轴方向的磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的断丝处与拉索首端的距离数据计算断丝位置。
具体而言：
首先，分别通过采样点Yi处的x、y和z轴方向的所述磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)确定断丝处与拉索首端的距离数据，包括：
将断丝前在x、y和z轴方向采集的拉索7的磁感应强度数据Bx1(Yi)、By1(Yi)及Bz1(Yi)进行处理，得到x、y和z轴方向的磁感应强度沿y轴方向的磁场梯度为Bxy1(Yi)、Byy1(Yi)及Bzy1(Yi)；
Figure BDA0002893950000000122
Figure BDA0002893950000000123
Figure BDA0002893950000000124
拉索未断丝前，采样点的磁场梯度Bxy1(Yi)、Byy1(Yi)及Bzy1(Yi)对应的理论值分别为：
Bxy1(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+nBxy侧面(Yi)+BExy(Yi) (16a)
Byy1(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+nByy侧面(Yi)+BEyy(Yi) (16b)
Bzy1(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+nBzy侧面(Yi)+BEzy(Yi) (16c)
式中Bxy左端(Yi)、Byy左端(Yi)、Bzy左端(Yi)为钢丝左端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy右端(Yi)、Byy右端(Yi)、Bzy右端(Yi)为钢丝右端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy侧面(Yi)、Byy侧面(Yi)、Bzy侧面(Yi)为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，BExy(Yi)、BEyy(Yi)、BEzy(Yi)为地磁场在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度。
将测得的斜拉桥拉索断丝后采集的磁感应强度Bx2(Yi)、By2(Yi)及Bz2(Yi)通过式(17)进行处理，得到在x、y和z轴方向的磁感应强度沿y轴方向上的磁场梯度Bxy2(Yi)、Byy2(Yi)及Bzy2(Yi)：
Figure BDA0002893950000000131
Figure BDA0002893950000000132
Figure BDA0002893950000000133
拉索断丝后，磁场梯度Bxy2(Yi)、Byy2(Yi)及Bzy2(Yi)对应的理论值分别为：
Figure BDA0002893950000000134
Figure BDA0002893950000000135
Figure BDA0002893950000000136
式中Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)、Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)、Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿y轴方向的磁场梯度，Bxy断侧面1(Yi)+Bxy断侧面2(Yi)、Byy断侧面1(Yi)+Byy断侧面2(Yi)、Bzy断侧面1(Yi)+Bzy断侧面2(Yi)为一根钢丝断裂后形成的两个侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度。地磁场的磁场梯度约为2×10-5nT/mm，远小于斜拉桥拉索本身的磁场梯度，断丝前后将地磁场的磁场梯度均忽略不计。
根据断丝前后采集的磁场梯度，通过下式得到断丝前后的磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)：
ΔBxy(Yi)＝Bxy2(Yi)-Bxy1(Yi) (19a)
ΔByy(Yi)＝Byy2(Yi)-Byy1(Yi) (19b)
ΔBzy(Yi)＝Bzy2(Yi)-Bzy1(Yi) (19c)
接着，根据多个采样点在x轴方向的磁场梯度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Ybxy：
|Bxy2(Ybxy)-Bxy1(Ybxy)|＝min|Bxy2(Yi)-Bxy1(Yi)|＝min|ΔBxy(Yi)| (20)
根据多个采样点在y轴方向的磁场梯度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Ybyy：
|Byy2(Ybyy)-Byy1(Ybyy)|＝max|Byy2(Yi)-Byy1(Yi)|＝max|ΔByy(Yi)| (21)
再接着，根据多个采样点在z轴方向的磁场梯度变化量，确定断丝位置与拉索首端的距离数据Ybzy：
|Bzy2(Ybzy)-Bzy1(Ybzy)|＝min|Bzy2(Yi)-Bzy1(Yi)|＝min|ΔBzy(Yi)| (22)
之后可以采用下式计算断丝位置Yb2：
Figure BDA0002893950000000141
此时，断丝位置Yb2对应的采样点为第j个采样点，即
Figure BDA0002893950000000142
在本实施例中，优选的，所述确定断丝的断丝数量，包括：
计算所述断丝位置处对应的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度；
根据多个采样点Yi处的磁场梯度变化量和钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度计算断丝数量。
具体而言：
首先，计算所述断丝位置的钢丝断面在多个采样点处的磁场梯度Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)、Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)、Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)分别为：
Figure BDA0002893950000000151
Figure BDA0002893950000000152
Figure BDA0002893950000000153
式中，Δ为钢丝断裂后产生的左右二个断面之间的间距，取Δ＝1mm，R为钢丝半径，在监测前通过取样进行试验测定；μo为真空磁导率；MQ为钢筋端面平均单位面磁荷量，在监测前通过取样试验测定；
最后，根据磁场梯度变化量和钢丝断面在各采样点处的磁场梯度计算断丝数量。
由于，地磁场的磁场梯度约为2×10-5nT/mm，远小于拉索7本身的磁场梯度，地磁场的磁场梯度忽略不计，则拉索7断丝前后拉索7的磁场梯度变化值ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)对应的理论值分别为：
ΔBxy(Yi)＝m[Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)+Bxy断侧面1(Yi)+Bxy断侧面2(Yi)-Bxy侧面(Yi)] (24a)
ΔByy(Yi)＝m[Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)+Byy断侧面1(Yi)+Byy断侧面2(Yi)-Byy侧面(Yi)] (24b)
ΔBzy(Yi)＝m[Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)+Bzy断侧面1(Yi)+Bzy断侧面2(Yi)-Bzy侧面(Yi)] (24c)
当一根钢丝断裂前为一个圆柱形侧面，断裂后形成两个圆柱形侧面，由于钢丝圆柱形侧面的改变导致的磁场梯度变化，远小于断裂后两个新断面的磁场梯度，即：
Bxy断侧面1(Yi)+Bxy断侧面2(Yi)-Bxy侧面(Yi)＜＜Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi) (25a)
Byy断侧面1(Yi)+Byy断侧面2(Yi)-Byy侧面(Yi)＜＜Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi) (25b)
Bzy断侧面1(Yi)+Bzy断侧面2(Yi)-Bzy侧面(Yi)＜＜Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi) (25c)
根据式(25)，则式(24)可进行简化，即拉索7断丝前后拉索7的磁场梯度变化值ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)为：
ΔBxy(Yi)≈m[Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)] (26a)
ΔByy(Yi)≈m[Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)] (26b)
ΔBzy(Yi)≈m[Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)] (26c)
通过上式可以推导出磁场梯度计算出断丝数量m2为：
Figure BDA0002893950000000161
在得到拉索的断丝数量m2后，在需要时，可通过断丝数量进行安全预警。
具体而言：
首先，计算断丝数量的比例ρ2为：
Figure BDA0002893950000000162
然后，照前述步骤得到结果进行判断，当ρ2≥2％时，说明拉索7已不能继续使用，需要及时更换拉索7，此时，对拉索7断丝进行安全预警。
实施例三、
实施例三与实施例一、实施例二不同之处在于：
请继续参见图1-图4，一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：
采集多个采样点的磁感应强度；
当周围环境磁场干扰较大时，通过采集到的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁场梯度变化量，并通过磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁场梯度的计算值确定断丝数量；
当周围环境磁场干扰较小时，通过采集到的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，并通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度的计算值确定断丝数量。
具体而言：
首先：采集时，与前面所述相似，先建立坐标系oxyz，决定采样间距df；再将断丝测量探头5沿着拉索7移动，采集多个采样点的磁感应强度；
当周围环境磁场干扰较小，如桥梁封锁，桥面没有车辆时，通过采集到的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；其磁感应强度变化量的计算方式和断丝的位置和断丝数量的计算方法与实施例一相同，磁场梯度变化量的计算方式和断丝的位置和数量的计算方法与实施例二相同；并通过磁感应强度变化量方法或磁场梯度变化量方法确定进行斜拉桥拉索内部断丝位置和断丝数量的监测。
当周围环境磁场干扰较大，如桥梁正常工作，桥面车辆较多时，通过采集到的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁场梯度变化量，并通过磁场梯度变化量确定多个采样点对应的断丝位置和断丝数量，从而对斜拉桥拉索内部断丝位置和断丝根数进行监测。其磁场梯度变化量的计算方式和断丝的位置和断丝数量的计算方法与实施例二相同。
请继续参见图1-图4，一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，其特征在于，包括：
断丝测量探头5，用于沿拉索7长度方向连续采集拉索7上多个采样点的磁感应强度数据；
数据处理系统9，用于获取断丝测量探头5采集的磁感应强度数据，并采用上述的监测方法确定断丝位置和断丝数量。
具体而言：
在监测前，可以通过断丝测量探头5采集每个采样点的磁感应强度数据作为初始数据发送给数据处理系统9进行存储。监测时，断丝测量探头5可以采集多个采样点的磁感应强度作为实时数据发送给数据处理系统9，数据处理系统9可以通过初始数据和实时数据确定磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，并可以根据磁感应强度变化量或磁场梯度变化量计算拉索7断丝位置及断丝数量，以解决斜拉桥6上拉索7断丝的磁场监测中无法同时识别斜拉桥拉索中断丝的位置和断丝的根数问题。其中数据处理系统可以采用前述的监测方法确定断丝位置和断丝数量，此处不再赘述。
在本实施例中，优选的，所述数据处理系统9包括预警模块，该预警模块用于根据所述多个采用点的断丝数量进行安全预警。
在本实施例中，优选的，所述断丝测量探头5包括：
三轴磁场传感器1，用于感应拉索7上多个采样点的磁感应信号；
微处理器4，用于通过磁感应信号确定多个采样点的磁感应强度数据，并通过无线数据传输模块2发送给数据处理系统9；
电源3，用于为所述三轴磁场传感器1、无线数据传输模块2和微处理器4提供电能。
具体而言：
三轴磁场传感器1可以测量拉索7的磁感应强度，并通过无线数据传输模块2将测得的磁感应强度信息发送至数据处理系统9。在具体实施时，已将三轴磁场传感器1位于所述外壳长度方向的首端，所述三轴磁场传感器1的x、y和z轴分别与所述外壳的宽度、长度和高度方向平行。
使用时，通过断丝测量探头5沿着拉索7移动，测得拉索7的磁感应强度，根据磁感应强度计算得到磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，根据磁感应强度变化量或磁场梯度变化量计算拉索7断丝位置及断丝数量，则可以定量地实现对拉索7断丝的监测，以解决斜拉桥6的拉索7断丝的磁场监测中无法定量监测的问题。并且，本监测系统所需设备断丝数量少，操作简单，监测准确。
在具体实施时，当周围环境磁场干扰较小，如桥梁的交通被封锁时，可采用磁感应强度变化量或磁场梯度变化量的方法进行拉索7内部断丝位置和断丝根数的监测；当周围环境磁场干扰较大，如桥梁交通正常工作时，桥面车辆较多，则可采用磁场梯度变化量的方法进行拉索7内部断丝位置和断丝根数的监测。
采用本系统，检测过程中，不需要去除拉索7表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等复杂环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通，只需要通过由数据处理系统9对磁感应强度变化计算出的拉索断丝率，就可以对拉索断丝进行预警，并能高精度、随时地监测桥拉索中断丝的位置和断丝的根数，同时本监测系统，监测系统所需设备断丝数量少，操作简单，监测准确。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
其中，初始状态未断丝时，在采样点Yi，断丝测量探头中的三轴磁场传感器采集的x、y和z轴方向的磁感应强度分别为Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)；实测值Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)对应的理论值为：
Bx1(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+nBx侧面(Yi)+BEx1(Yi)
By1(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+nBy侧面(Yi)+BEy1(Yi)
Bz1(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+nBz侧面(Yi)+BEz1(Yi)
式中n为一条拉索中所有钢丝的总根数，Bx左端(Yi)、By左端(Yi)、Bz左端(Yi)分别为钢丝左端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx右端(Yi)、By右端(Yi)、Bz右端(Yi)分别为钢丝右端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx侧面(Yi)、By侧面(Yi)、Bz侧面(Yi)分别为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度；BEx1(Yi)、BEy1(Yi)、BEz1(Yi)分别为在采样点Yi处x轴、y轴和z轴方向的地磁场的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得；
当一条拉索中断裂的钢丝为m根时，在采样点Yi处断丝测量探头采集的x轴、y轴和z轴方向的磁感应强度分别为Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)；实测值Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)对应的理论值为：
Bx2(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+(n-m)Bx侧面(Yi)+mBx断面1(Yi)+mBx断面2(Yi)+mBx断侧面1(Yi)+mBx断侧面2(Yi)+BEx2(Yi)
By2(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+(n-m)By侧面(Yi)+mBy断面1(Yi)+mBy断面2(Yi)+mBy断侧面1(Yi)+mBy断侧面2(Yi)+BEy2(Yi)
Bz2(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+(n-m)Bz侧面(Yi)+mBz断面1(Yi)+mBz断面2(Yi)+mBz断侧面1(Yi)+mBz断侧面2(Yi)+BEz2(Yi)
式中Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)、By断面1(Yi)+By断面2(Yi)、Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx断侧面1(Yi)+Bx断侧面2(Yi)、By断侧面1(Yi)+By断侧面2(Yi)、Bz断侧面1(Yi)+Bz断侧面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后形成的两个圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度；BEx2(Yi)、BEy2(Yi)、BEz2(Yi)为断丝后地磁场在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得，n为一条拉索中所有钢丝的总根数；
拉索断丝前后拉索的磁感应强度变化值ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)对应的理论值分别为：
ΔBx(Yi)≈m[Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)]+BEx2(Yi)-BEx1(Yi)
ΔBy(Yi)≈m[By断面1(Yi)+By断面2(Yi)]+BEy2(Yi)-BEy1(Yi)
ΔBz(Yi)≈m[Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)]+BEz2(Yi)-BEz1(Yi)
拉索未断丝前，采样点的磁场梯度Bxy1(Yi)、Byy1(Yi)及Bzy1(Yi)对应的理论值分别为：
Bxy1(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+nBxy侧面(Yi)+BExy(Yi)
Byy1(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+nByy侧面(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy1(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+nBzy侧面(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy左端(Yi)、Byy左端(Yi)、Bzy左端(Yi)为钢丝左端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy右端(Yi)、Byy右端(Yi)、Bzy右端(Yi)为钢丝右端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy侧面(Yi)、Byy侧面(Yi)、Bzy侧面(Yi)为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，BExy(Yi)、BEyy(Yi)、BEzy(Yi)为地磁场在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，n为一条拉索中所有钢丝的总根数；
拉索断丝后，磁场梯度Bxy2(Yi)、Byy2(Yi)及Bzy2(Yi)对应的理论值分别为：
Bxy2(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+(n-m)Bxy侧面(Yi)+mBxy断面1(Yi)+mBxy断面2(Yi)+mBxy断侧面1(Yi)+mBxy断侧面2(Yi)+BExy(Yi)
Byy2(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+(n-m)Byy侧面(Yi)+mByy断面1(Yi)+mByy断面2(Yi)+mByy断侧面1(Yi)+mByy断侧面2(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy2(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+(n-m)Bzy侧面(Yi)+mBzy断面1(Yi)+mBzy断面2(Yi)+mBzy断侧面1(Yi)+mBzy断侧面2(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)、Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)、Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿y轴方向的磁场梯度，Bxy断侧面1(Yi)+B断x侧y面2(Yi)、Byy断侧面1(Yi)+Byy断侧面2(Yi)、Bzy断侧面1(Yi)+Bzy断侧面2(Yi)为一根钢丝断裂后形成的两个侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，地磁场的磁场梯度约为2×10-5nT/mm，远小于斜拉桥拉索本身的磁场梯度，断丝前后将地磁场的磁场梯度均忽略不计，n为一条拉索中所有钢丝的总根数，m为断裂的钢丝的根数；
根据断丝前后采集的磁场梯度，通过下式得到断丝前后的磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)：
ΔBxy(Yi)＝Bxy2(Yi)-Bxy1(Yi)
ΔByy(Yi)＝Byy2(Yi)-Byy1(Yi)
ΔBzy(Yi)＝Bzy2(Yi)-Bzy1(Yi)
通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量，结合理论模型中断裂处二个断面及二个侧面导致的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，确定断丝位置；
通过断丝位置进一步计算断丝数量。
2.根据权利要求1所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过采样点Yi处沿x、y及z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，结合理论模型中断裂处二个断面及二个侧面导致的磁感应强度变化量，确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索的首端的距离数据确定断丝位置。
3.根据权利要求2所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，计算断丝位置处断丝数量：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度；
根据所述磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，以及所述断丝位置对应的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度和断丝前后的地磁场磁感应强度，结合理论模型中断裂处二个断面及二个侧面导致的磁感应强度变化量，计算断丝数量。
4.根据权利要求1所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，通过所述磁场梯度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过多个采样点Yi处沿x、y及z轴方向的所述磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)，结合理论模型中断裂处二个断面及二个侧面导致的磁场梯度变化量，确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索首端的距离数据计算断丝位置。
5.根据权利要求4所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，确定所述断丝数量，包括：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度；
根据多个采样点Yi处的磁场梯度变化量和钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度计算断丝数量。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，还包括根据所述断丝数量进行安全预警。
7.根据权利要求1所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，还包括如下步骤：
采集多个采样点Yi处的磁感应强度；
当周围环境磁场干扰较大时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁场梯度变化量，并通过磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁场梯度的计算值确定断丝数量；
当周围环境磁场干扰较小时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，并通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度或磁场梯度的计算值确定断丝数量。
8.一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，其特征在于，包括：
断丝测量探头，用于沿拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
数据处理系统，用于获取断丝测量探头采集的磁感应强度数据，并采用如权利要求1-7任一所述的监测方法确定断丝位置和断丝数量。
9.根据权利要求8所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，其特征在于，所述数据处理系统包括预警模块，该预警模块用于根据所述断丝位置处的断丝数量进行安全预警。
10.根据权利要求9所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，其特征在于，所述断丝测量探头包括：
三轴磁场传感器，用于感应拉索上多个采样点的磁感应信号；
微处理器，用于通过磁感应信号确定多个采样点的磁感应强度数据，并通过无线数据传输模块发送给数据处理系统；
电源，用于为所述三轴磁场传感器、无线数据传输模块和微处理器供电。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL396732A1 (pl) * 2011-10-24 2013-04-29 Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanislawa Staszica w Krakowie Uklad ciaglego wykrywania uszkodzen linek w plaskich ciegnach stalowo-tworzywowych
CN103163148B (zh) * 2013-03-11 2016-04-13 深圳市市政设计研究院有限公司 一种拉索断丝检测方法及系统
CN104407045B (zh) * 2014-12-15 2017-08-25 重庆交通大学 基于金属磁记忆技术的捕捉桥梁拉索断丝的装置及方法
CN107102057B (zh) * 2017-04-28 2020-03-10 西南大学 基于磁场的斜拉桥拉索疲劳损伤监测系统及方法
CN208833707U (zh) * 2018-09-20 2019-05-07 江苏多维科技有限公司 一种检测钢丝绳损伤的无损检测装置
JP7200697B2 (ja) * 2019-01-25 2023-01-10 株式会社島津製作所 ワイヤロープ検査装置およびワイヤロープ検査方法

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