CN113970554A - 拉索缺陷检测装置及拉索缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉索缺陷检测装置及拉索缺陷检测方法，其中，拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；激励装置由轭铁、第一磁铁、第二磁铁和两个连接体组成；检测装置由两个弧形结构体组成；单个弧形结构体包括电磁铁、滤网和电阻屏；本发明的有益技术效果是：提出了一种拉索缺陷检测装置及拉索缺陷检测方法，该方案能够对拉索周向同步进行全向检测，几乎不受外部干扰影响，检测精度较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种拉索缺陷无损检测技术，尤其涉及一种拉索缺陷检测装置及拉索缺陷检测方法。
背景技术
随着我国公路桥梁的迅猛发展，以缆索结构体系的大跨、特大跨桥梁日益增多，拉索作为其重要承载构件，在桥梁运营后期应定期进行健康检测。
近些年来，行业内的拉索检测方法以目视检测、超声检测、磁粉检测、磁致伸缩导波检测、漏磁检测为主。其中漏磁检测法对拉索表面清洁度要求低、检测装置无需接触、人工操作方便、成本可控，在拉索无损检测方法中相对成熟。
但传统的漏磁检测需要广泛采用霍尔传感器探测漏磁信号，基于霍尔元件的漏磁检测精度和灵敏度比较低，受背景磁场干扰较为严重，再有，因爬索机器人移动，传感器的提离高度无法为定值对漏磁场信号收集影响较大，此外，在斜拉索的检测过程中，进行周向检测较为复杂，探头旋转会产生较大的机械噪音从而影响采集信号，若采用多个霍尔元件传感器，其电路繁杂，无法做到周向360度周向信号的采集，检测结果不准确，因此，如何同步地进行拉索周向缺陷检测、减少检测时的干扰因素、提高检测灵敏度和精度具有非常重要的工程意义和实用价值。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种拉索缺陷检测装置，其创新在于：所述拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；
所述激励装置由轭铁、第一磁铁、第二磁铁和两个连接体组成；所述第一磁铁的上端与轭铁左侧的下端面连接，第一磁铁的轴向与轭铁轴向垂直；第二磁铁的上端与轭铁右侧的下端面连接，第二磁铁的轴向与轭铁轴向垂直；第一磁铁的上端为S极、下端为N极，第二磁铁的上端为N极、下端为S极；其中一个连接体的上端面与第一磁铁的N极连接，另一个连接体的上端面与第二磁铁的S极连接；连接体的下端面轮廓与拉索外轮廓匹配；连接体采用导磁材料制作；所述第一磁铁表面缠绕有线圈，所述第二磁铁表面缠绕有线圈；线圈与第一电源连接；
所述检测装置由两个弧形结构体组成；
单个弧形结构体包括电磁铁、滤网和电阻屏，所述电磁铁、滤网和电阻屏均为瓦片状结构，滤网随形设置在电阻屏的径向外侧，电磁铁随形设置在滤网的径向外侧，滤网和电阻屏之间留有间距，电磁铁和滤网之间留有间距；电磁铁、滤网和电阻屏三者构成弧形结构；弧形结构周向两端各设置有一连接板，电磁铁、滤网和电阻屏三者的相应端部与相应连接板的内壁固定连接；弧形结构轴向两端各设置有一弧形板，电磁铁、滤网和电阻屏三者的相应端部均与相应弧形板的内壁固定连接；弧形板与连接板固定连接；电磁铁、电阻屏、连接板和弧形板四者所围区域形成封闭的腔体，腔体内填充有水基磁流体，水基磁流体填充率为10%~15%；所述连接板采用导磁材料制作，连接板内壁上设置有疏水材料层；所述电磁铁与第二电源连接，电磁铁的内壁上设置有疏水材料层，电磁铁的外壁上设置有屏磁材料层；弧形板采用屏磁材料制作，弧形板的内壁上设置有疏水材料层；电阻屏的内壁上设置有疏水材料层，电阻屏的外壁上设置有导磁材料层，电阻屏与控制模块电气连接；所述滤网采用非导磁疏水材料制作；
两个弧形结构体拼接在一起形成圆筒状结构体，圆筒状结构体的内径与拉索外径匹配；弧形结构体表面设置有锁定机构，两个弧形结构体拼接时，锁定机构能使两个弧形结构体相对固定；其中一个弧形结构体的径向外壁上设置有连接柱，连接柱的外端与轭铁的下端面连接，圆筒状结构体的轴向与轭铁的轴向平行，圆筒状结构体和激励装置不接触；所述连接柱采用非导磁材料制作。
本发明的原理是：
基于磁流体的知识可知，封装在腔体内的水基磁流体会被外部磁场吸引而发生移动，当我们通过第二电源使电磁铁产生磁场时（为便于叙述，此磁场称为第一磁场），水基磁流体就会被第一磁场所吸引，于是水基磁流体就会穿过滤网并附着在电磁铁内壁上；水基磁流体附着在电磁铁内壁上后，关闭第二电源，使第一磁场消失，此时，水基磁流体就会在重力作用下自然流淌到滤网上，由于滤网采用非导磁疏水材料制作，且滤网孔径很小，此时水基磁流体由于液体的表面膜张力作用无法穿过滤网与电阻屏接触；但是，如果电阻屏的径向内侧存在第二磁场，则水基磁流体就会被第二磁场所吸引，使得水基磁流体能够穿过滤网并最终附着在电阻屏内壁上，基于电阻屏的相关知识可知，通过检测电阻屏的输出信号，我们就能知道水基磁流体是与电阻屏的哪个部位最先接触的，由于水基磁流体是受第二磁场所吸引，水基磁流体与电阻屏最先接触的部位即为第二磁场所在的位置；结合到拉索的无损检测，基于现有知识可知，完好的拉索在外部磁场激励下，其周围是不会产生漏磁场的，当拉索存在损伤或缺陷时，在外部磁场激励下，拉索周围的相应区域就会出现漏磁场，此时，漏磁场就相当于前文所述的第二磁场，在漏磁场作用下，水基磁流体就会穿过滤网并附着在电阻屏上，通过检测水基磁流体与电阻屏最先接触的部位，我们就能知道漏磁场所在的位置，进而就能确定损伤或缺陷位置。
基于前述装置，本发明还提出了一种拉索缺陷检测方法，所涉及的硬件包括爬索机器人和拉索缺陷检测装置；所述爬索机器人用于带动拉索缺陷检测装置沿拉索轴向移动；所述拉索缺陷检测装置如前所述；具体的检测方法包括：
1）将爬索机器人布置在待检测的拉索上；将激励装置安装在爬索机器人上，然后将两个弧形结构体拼合在一起，此时，拉索位于圆筒状结构体的内孔中；然后通过爬索机器人将拉索缺陷检测装置搬运至检测区域；搬运过程中，通过第二电源使电磁铁产生磁场，水基磁流体会在电磁铁磁场的作用下穿过滤网并附着在电磁铁内壁上；
2）到达检测区域后，使连接体紧贴在拉索外壁上，然后通过第一电源使激励装置产生磁场激励，然后，关断第二电源，此时，若检测区域内的拉索不存在缺陷，则拉索周围不会产生漏磁场，水基磁流体不会被漏磁场吸引而穿过滤网，若检测区域内的拉索存在缺陷，缺陷部位就会在磁场激励作用下产生漏磁场，水基磁流体会在漏磁场的吸引作用下穿过滤网并最终附着在电阻屏内壁上与缺陷对应的位置处；通过检测电阻屏的输出信号就能确定缺陷的位置。
与现有技术相比，本发明能够同时对检测区域内的拉索周向进行全向检测，并且不存在传统霍尔元件传感器易受背景磁场、机器噪音等干扰的问题，再有，检测结果不会受提离值大小、传感器角度等因素影响，检测精度较高、准确性较好，并且检测操作简便、易行。
本发明的有益技术效果是：提出了一种拉索缺陷检测装置及拉索缺陷检测方法，该方案能够对拉索周向同步进行全向检测，几乎不受外部干扰影响，检测精度较高。
附图说明
图1、本发明的结构示意图；
图2、电磁铁、滤网和电阻屏位置关系示意图；
图3、拉索和检测装置横截面示意图；
图4、本发明的原理示意图一（图中所示状态为水基磁流体的尖部刚与电阻屏接触）；
图5、本发明的原理示意图二（图中所示状态为水基磁流体已经附着在电阻屏上了）；
图中各个标记所对应的名称分别为：轭铁1、第一磁铁21、第二磁铁22、连接体3、弧形结构体4、电磁铁41、滤网42、电阻屏43、连接板44、弧形板45、连接柱5、拉索A。
具体实施方式
一种拉索缺陷检测装置，其创新在于：所述拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；
所述激励装置由轭铁1、第一磁铁21、第二磁铁22和两个连接体3组成；所述第一磁铁21的上端与轭铁1左侧的下端面连接，第一磁铁21的轴向与轭铁1轴向垂直；第二磁铁22的上端与轭铁1右侧的下端面连接，第二磁铁22的轴向与轭铁1轴向垂直；第一磁铁21的上端为S极、下端为N极，第二磁铁22的上端为N极、下端为S极；其中一个连接体3的上端面与第一磁铁21的N极连接，另一个连接体3的上端面与第二磁铁22的S极连接；连接体3的下端面轮廓与拉索外轮廓匹配；连接体3采用导磁材料制作；所述第一磁铁21表面缠绕有线圈，所述第二磁铁22表面缠绕有线圈；线圈与第一电源连接；
所述检测装置由两个弧形结构体4组成；
单个弧形结构体4包括电磁铁41、滤网42和电阻屏43，所述电磁铁41、滤网42和电阻屏43均为瓦片状结构，滤网42随形设置在电阻屏43的径向外侧，电磁铁41随形设置在滤网42的径向外侧，滤网42和电阻屏43之间留有间距，电磁铁41和滤网42之间留有间距；电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者构成弧形结构；弧形结构周向两端各设置有一连接板44，电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者的相应端部与相应连接板44的内壁固定连接；弧形结构轴向两端各设置有一弧形板45，电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者的相应端部均与相应弧形板45的内壁固定连接；弧形板45与连接板44固定连接；电磁铁41、电阻屏43、连接板44和弧形板45四者所围区域形成封闭的腔体，腔体内填充有水基磁流体，水基磁流体填充率为10%~15%；所述连接板44采用导磁材料制作，连接板44内壁上设置有疏水材料层；所述电磁铁41与第二电源连接，电磁铁41的内壁上设置有疏水材料层，电磁铁41的外壁上设置有屏磁材料层；弧形板45采用屏磁材料制作，弧形板45的内壁上设置有疏水材料层；电阻屏43的内壁上设置有疏水材料层，电阻屏43的外壁上设置有导磁材料层，电阻屏43与控制模块电气连接；所述滤网采用非导磁疏水材料制作；
两个弧形结构体4拼接在一起形成圆筒状结构体，圆筒状结构体的内径与拉索外径匹配；弧形结构体4表面设置有锁定机构，两个弧形结构体4拼接时，锁定机构能使两个弧形结构体4相对固定；其中一个弧形结构体4的径向外壁上设置有连接柱5，连接柱5的外端与轭铁1的下端面连接，圆筒状结构体的轴向与轭铁1的轴向平行，圆筒状结构体和激励装置不接触；所述连接柱5采用非导磁材料制作。
一种拉索缺陷检测方法，所涉及的硬件包括爬索机器人和拉索缺陷检测装置；所述爬索机器人用于带动拉索缺陷检测装置沿拉索轴向移动；
所述拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；
所述激励装置由轭铁1、第一磁铁21、第二磁铁22和两个连接体3组成；所述第一磁铁21的上端与轭铁1左侧的下端面连接，第一磁铁21的轴向与轭铁1轴向垂直；第二磁铁22的上端与轭铁1右侧的下端面连接，第二磁铁22的轴向与轭铁1轴向垂直；第一磁铁21的上端为S极、下端为N极，第二磁铁22的上端为N极、下端为S极；其中一个连接体3的上端面与第一磁铁21的N极连接，另一个连接体3的上端面与第二磁铁22的S极连接；连接体3的下端面轮廓与拉索外轮廓匹配；连接体3采用导磁材料制作；所述第一磁铁21表面缠绕有线圈，所述第二磁铁22表面缠绕有线圈；线圈与第一电源连接；
所述检测装置由两个弧形结构体4组成；
单个弧形结构体4包括电磁铁41、滤网42和电阻屏43，所述电磁铁41、滤网42和电阻屏43均为瓦片状结构，滤网42随形设置在电阻屏43的径向外侧，电磁铁41随形设置在滤网42的径向外侧，滤网42和电阻屏43之间留有间距，电磁铁41和滤网42之间留有间距；电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者构成弧形结构；弧形结构周向两端各设置有一连接板44，电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者的相应端部与相应连接板44的内壁固定连接；弧形结构轴向两端各设置有一弧形板45，电磁铁41、滤网42和电阻屏43三者的相应端部均与相应弧形板45的内壁固定连接；弧形板45与连接板44固定连接；电磁铁41、电阻屏43、连接板44和弧形板45四者所围区域形成封闭的腔体，腔体内填充有水基磁流体，水基磁流体填充率为10%~15%；所述连接板44采用导磁材料制作，连接板44内壁上设置有疏水材料层；所述电磁铁41与第二电源连接，电磁铁41的内壁上设置有疏水材料层，电磁铁41的外壁上设置有屏磁材料层；弧形板45采用屏磁材料制作，弧形板45的内壁上设置有疏水材料层；电阻屏43的内壁上设置有疏水材料层，电阻屏43的外壁上设置有导磁材料层，电阻屏43与控制模块电气连接；所述滤网采用非导磁疏水材料制作；
两个弧形结构体4拼接在一起形成圆筒状结构体，圆筒状结构体的内径与拉索外径匹配，其中一个电磁铁41的S极与另一个电磁铁41的N极相对；弧形结构体4表面设置有锁定机构，两个弧形结构体4拼接时，锁定机构能使两个弧形结构体4相对固定；其中一个弧形结构体4的径向外壁上设置有连接柱5，连接柱5的外端与轭铁1的下端面连接，圆筒状结构体的轴向与轭铁1的轴向平行，圆筒状结构体和激励装置不接触；所述连接柱5采用非导磁材料制作；
其创新在于：所述拉索缺陷检测方法包括：
1）将爬索机器人布置在待检测的拉索上；将激励装置安装在爬索机器人上，然后将两个弧形结构体4拼合在一起，此时，拉索位于圆筒状结构体的内孔中；然后通过爬索机器人将拉索缺陷检测装置搬运至检测区域；搬运过程中，通过第二电源使电磁铁41产生磁场，水基磁流体会在电磁铁41磁场的作用下穿过滤网42并附着在电磁铁41内壁上；
2）到达检测区域后，使连接体3紧贴在拉索外壁上，然后通过第一电源使激励装置产生磁场激励，然后，关断第二电源，此时，若检测区域内的拉索不存在缺陷，则拉索周围不会产生漏磁场，水基磁流体不会被漏磁场吸引而穿过滤网42，若检测区域内的拉索存在缺陷，缺陷部位就会在磁场激励作用下产生漏磁场，水基磁流体会在漏磁场的吸引作用下穿过滤网42并最终附着在电阻屏43内壁上与缺陷对应的位置处；通过检测电阻屏43的输出信号就能确定缺陷的位置。
参见图4、5，由现有知识可知，当水基磁流体受磁场吸引而移动时，其前端会形成“山峰”状结构并逐渐移动（如图4所示），当到遇到阻挡物后又会变回“瘫软”状态（如图5所示），在“山峰”状时，会有一部分水基磁流体率先与电阻屏43接触，此时，我们就能根据接触位置知道缺陷的中心所在位置，当水基磁流体被电阻屏43阻挡变为“瘫软”状态时，其所覆盖的区域就能大致示出缺陷的轮廓。
Claims (2)
1.一种拉索缺陷检测装置，其特征在于：所述拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；
所述激励装置由轭铁（1）、第一磁铁（21）、第二磁铁（22）和两个连接体（3）组成；所述第一磁铁（21）的上端与轭铁（1）左侧的下端面连接，第一磁铁（21）的轴向与轭铁（1）轴向垂直；第二磁铁（22）的上端与轭铁（1）右侧的下端面连接，第二磁铁（22）的轴向与轭铁（1）轴向垂直；第一磁铁（21）的上端为S极、下端为N极，第二磁铁（22）的上端为N极、下端为S极；其中一个连接体（3）的上端面与第一磁铁（21）的N极连接，另一个连接体（3）的上端面与第二磁铁（22）的S极连接；连接体（3）的下端面轮廓与拉索外轮廓匹配；连接体（3）采用导磁材料制作；所述第一磁铁（21）表面缠绕有线圈，所述第二磁铁（22）表面缠绕有线圈；线圈与第一电源连接；
所述检测装置由两个弧形结构体（4）组成；
单个弧形结构体（4）包括电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43），所述电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）均为瓦片状结构，滤网（42）随形设置在电阻屏（43）的径向外侧，电磁铁（41）随形设置在滤网（42）的径向外侧，滤网（42）和电阻屏（43）之间留有间距，电磁铁（41）和滤网（42）之间留有间距；电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者构成弧形结构；弧形结构周向两端各设置有一连接板（44），电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者的相应端部与相应连接板（44）的内壁固定连接；弧形结构轴向两端各设置有一弧形板（45），电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者的相应端部均与相应弧形板（45）的内壁固定连接；弧形板（45）与连接板（44）固定连接；电磁铁（41）、电阻屏（43）、连接板（44）和弧形板（45）四者所围区域形成封闭的腔体，腔体内填充有水基磁流体，水基磁流体填充率为10%~15%；所述连接板（44）采用导磁材料制作，连接板（44）内壁上设置有疏水材料层；所述电磁铁（41）与第二电源连接，电磁铁（41）的内壁上设置有疏水材料层，电磁铁（41）的外壁上设置有屏磁材料层；弧形板（45）采用屏磁材料制作，弧形板（45）的内壁上设置有疏水材料层；电阻屏（43）的内壁上设置有疏水材料层，电阻屏（43）的外壁上设置有导磁材料层，电阻屏（43）与控制模块电气连接；所述滤网采用非导磁疏水材料制作；
两个弧形结构体（4）拼接在一起形成圆筒状结构体，圆筒状结构体的内径与拉索外径匹配；弧形结构体（4）表面设置有锁定机构，两个弧形结构体（4）拼接时，锁定机构能使两个弧形结构体（4）相对固定；其中一个弧形结构体（4）的径向外壁上设置有连接柱（5），连接柱（5）的外端与轭铁（1）的下端面连接，圆筒状结构体的轴向与轭铁（1）的轴向平行，圆筒状结构体和激励装置不接触；所述连接柱（5）采用非导磁材料制作。
2.一种拉索缺陷检测方法，所涉及的硬件包括爬索机器人和拉索缺陷检测装置；所述爬索机器人用于带动拉索缺陷检测装置沿拉索轴向移动；
所述拉索缺陷检测装置包括激励装置和检测装置；
所述激励装置由轭铁（1）、第一磁铁（21）、第二磁铁（22）和两个连接体（3）组成；所述第一磁铁（21）的上端与轭铁（1）左侧的下端面连接，第一磁铁（21）的轴向与轭铁（1）轴向垂直；第二磁铁（22）的上端与轭铁（1）右侧的下端面连接，第二磁铁（22）的轴向与轭铁（1）轴向垂直；第一磁铁（21）的上端为S极、下端为N极，第二磁铁（22）的上端为N极、下端为S极；其中一个连接体（3）的上端面与第一磁铁（21）的N极连接，另一个连接体（3）的上端面与第二磁铁（22）的S极连接；连接体（3）的下端面轮廓与拉索外轮廓匹配；连接体（3）采用导磁材料制作；所述第一磁铁（21）表面缠绕有线圈，所述第二磁铁（22）表面缠绕有线圈；线圈与第一电源连接；
所述检测装置由两个弧形结构体（4）组成；
单个弧形结构体（4）包括电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43），所述电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）均为瓦片状结构，滤网（42）随形设置在电阻屏（43）的径向外侧，电磁铁（41）随形设置在滤网（42）的径向外侧，滤网（42）和电阻屏（43）之间留有间距，电磁铁（41）和滤网（42）之间留有间距；电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者构成弧形结构；弧形结构周向两端各设置有一连接板（44），电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者的相应端部与相应连接板（44）的内壁固定连接；弧形结构轴向两端各设置有一弧形板（45），电磁铁（41）、滤网（42）和电阻屏（43）三者的相应端部均与相应弧形板（45）的内壁固定连接；弧形板（45）与连接板（44）固定连接；电磁铁（41）、电阻屏（43）、连接板（44）和弧形板（45）四者所围区域形成封闭的腔体，腔体内填充有水基磁流体，水基磁流体填充率为10%~15%；所述连接板（44）采用导磁材料制作，连接板（44）内壁上设置有疏水材料层；所述电磁铁（41）与第二电源连接，电磁铁（41）的内壁上设置有疏水材料层，电磁铁（41）的外壁上设置有屏磁材料层；弧形板（45）采用屏磁材料制作，弧形板（45）的内壁上设置有疏水材料层；电阻屏（43）的内壁上设置有疏水材料层，电阻屏（43）的外壁上设置有导磁材料层，电阻屏（43）与控制模块电气连接；所述滤网采用非导磁疏水材料制作；
两个弧形结构体（4）拼接在一起形成圆筒状结构体，圆筒状结构体的内径与拉索外径匹配；弧形结构体（4）表面设置有锁定机构，两个弧形结构体（4）拼接时，锁定机构能使两个弧形结构体（4）相对固定；其中一个弧形结构体（4）的径向外壁上设置有连接柱（5），连接柱（5）的外端与轭铁（1）的下端面连接，圆筒状结构体的轴向与轭铁（1）的轴向平行，圆筒状结构体和激励装置不接触；所述连接柱（5）采用非导磁材料制作；
其特征在于：所述拉索缺陷检测方法包括：
1）将爬索机器人布置在待检测的拉索上；将激励装置安装在爬索机器人上，然后将两个弧形结构体（4）拼合在一起，此时，拉索位于圆筒状结构体的内孔中；然后通过爬索机器人将拉索缺陷检测装置搬运至检测区域；搬运过程中，通过第二电源使电磁铁（41）产生磁场，水基磁流体会在电磁铁（41）磁场的作用下穿过滤网（42）并附着在电磁铁（41）内壁上；
2）到达检测区域后，使连接体（3）紧贴在拉索外壁上，然后通过第一电源使激励装置产生磁场激励，然后，关断第二电源，此时，若检测区域内的拉索不存在缺陷，则拉索周围不会产生漏磁场，水基磁流体不会被漏磁场吸引而穿过滤网（42），若检测区域内的拉索存在缺陷，缺陷部位就会在磁场激励作用下产生漏磁场，水基磁流体会在漏磁场的吸引作用下穿过滤网（42）并最终附着在电阻屏（43）内壁上与缺陷对应的位置处；通过检测电阻屏（43）的输出信号就能确定缺陷的位置。
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