CN116203085B - 一种针对缆索的含水量异常检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种针对缆索的含水量异常检测装置，应用于爬索机器人；装置包括外壳、检测模块、电极、电极弹簧、滚轮和支撑腿；滚轮设置于电极之间且与待测缆索接触，滚轮通过支撑腿与外壳连接，使装置在缆索上滑动；电极与缆索接触且环绕四周，用于采集缆索不同位置的电容数据；并且电极通过电极弹簧与外壳连接；检测模块用于根据不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常。本发明实施例通过滚轮和支撑腿使含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动，并通过若干电极采集不同个位置的电容数据，以确定是否存在含水量异常，无需对待测缆索进行切片，可以解决如何对缆索进行在线检测的问题，检测流程简洁方便，可以有效提高检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及缆索含水量异常检测领域，尤其涉及一种针对缆索的含水量异常检测装置。
背景技术
缆索是称重桥梁的主要受力部件，其耐久性直接关系索结构乃至桥梁整体使用寿命。缆索长期暴露在风雨、潮湿和污染空气的自然环境中，经受着各种不利环境的侵蚀，导致缆索极易产生腐蚀。缆索一旦发生腐蚀会减少有效的索股面积和强度，严重危及缆索承重桥梁的安全。通常，为确保缆索的安全性，会对其设置多道保护措施，例如缆索钢丝采用镀锌处理，设置“防腐腻子+缠绕钢丝+外防护涂层”缆索外层防护结构。通过设置缆索防护措施来防止水分侵入其内部达到防腐目的。
缆索外包防护层PE护套使用材料多为高分子材料，在施工或者营运过程中极易受到制作缺陷、刻痕、老化开裂等因素的影响而导致外包防护层出现细微的裂缝或者破损。缆索PE护套的破损及其与锚头连接处存在缝隙等问题，为潮湿空气、雨水和腐蚀介质进入缆索内部提供了通道，进而会造成缆索内部钢丝发生腐蚀破坏。缆索腐蚀主要原因是在潮湿环境下拉索内部的钢丝与周围腐蚀性介质发生腐蚀原电池化学反应所致。目前缆索常规外观检测技术可以对外包防护层PE护套破损进行检测，但PE护套内部缆索含水量的无损检测仍存在不少困难。现有技术主要采用开窗检测方法对待测缆索进行切片取样，测定缆索样品防护涂层等材料的水分含量，从而确定待测缆索的含水量异常分布情况。这种开窗取样检测方法工作效率低，无法进行在线检测，且检测成本高昂，其对缆索结构本身也是一种损伤，不利于大范围推广应用。因此，开发一种桥梁PE护套内部缆索含水量快速无损检测方法具有十分重要的现实意义。
发明内容
本发明提供了一种针对缆索的含水量异常检测装置，以解决如何实现对缆索进行在线检测的技术问题，实现对缆索含水量的快速、无损检测，提高检测效率。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种针对缆索的含水量异常检测装置，应用于爬索机器人，所述含水量异常检测装置包括外壳、检测模块、若干电极、若干电极弹簧、若干滚轮和若干支撑腿；
所述滚轮设置于电极与电极之间且与待测缆索接触，所述滚轮通过所述支撑腿与所述外壳连接，以使所述含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动；
所述若干电极与所述待测缆索接触且环绕设置于所述待测缆索四周，用于采集所述待测缆索不同位置的电容数据；并且所述若干电极通过所述电极弹簧与所述外壳连接，所述电极弹簧用于使所述电极与所述待测缆索保持接触；
所述检测模块用于根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常。
作为优选方案，所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常，具体为：
在所述爬索机器人爬行过程中，获取从位置a到位置i的各位置处的电容值；其中，位置a为所述爬索机器人爬行的初始位置；
根据位置i-1处对应电容值以及位置i处对应电容值，结合位置a与位置i-1之间的距离，计算位置i对应的电容变化率；
根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，当判断所述位置i存在含水量异常时，则确定所述待测缆索存在含水量异常；当判断所述位置i不存在含水量异常时，则确定所述待测缆索不存在含水量异常。
作为优选方案，所述根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，具体为：
所述位置i的电容变化率为dC(i)；所述各位置的平均电容变化率为av_dC；
当dC(i)≤-2×av_dC或dC(i)≥2×av_dC时，判断位置i存在含水量异常；当2×av_dC＞dC(i)＞-2×av_dC时，则判断位置i不存在含水量异常。
作为优选方案，在所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常之前还包括：根据所述不同位置的电容数据，绘制各电容值对应的曲线图，当检测到所述曲线图中存在电容值突变，则判断所述待测缆索存在含水量异常；反之，则判断所述待测缆索不存在含水量异常。
作为优选方案，所述采集所述待测缆索不同位置的电容数据，具体为：
在所述待测缆索上每隔预设距离，采集所述若干电极两两之间的电容值，作为所述电容数据。
作为优选方案，所述含水量检测装置还包括搭扣；所述外壳由第一搭扣板、第二搭扣板和多个铰接板构成；其中，所述第一搭扣板和第二搭扣板之间通过所述搭扣连接；所述第一搭扣板与所述铰接板之间铰接；铰接板与铰接板之间铰接；所述第二搭扣板与所述铰接板之间铰接。
作为优选方案，所述含水量异常检测装置还包括搭扣伸缩弹簧，且所述搭扣伸缩弹簧设置于所述搭扣处。
作为优选方案，所述电极的纵向剖面为圆弧状，与所述待测缆索贴合。
作为优选方案，所述电极的数量为4，所述铰接板的数量为2，每一电极与一个铰接板或一个搭扣板对应。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种针对缆索的含水量异常检测装置，应用于爬索机器人；所述含水量异常检测装置包括外壳、检测模块、若干电极、若干电极弹簧、若干滚轮和若干支撑腿；所述滚轮设置于电极与电极之间且与待测缆索接触，所述滚轮通过所述支撑腿与所述外壳连接，以使所述含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动；所述若干电极与所述待测缆索接触且环绕设置于所述待测缆索四周，用于采集所述待测缆索不同位置的电容数据；并且所述若干电极通过所述电极弹簧与所述外壳连接，所述电极弹簧用于使所述电极与所述待测缆索保持接触；所述检测模块用于根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常。本发明实施例通过滚轮和支撑腿使含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动，并通过若干电极采集不同个位置的电容数据，以确定是否存在含水量异常，无需对待测缆索进行切片，可以解决如何对缆索进行在线检测的问题，检测流程简洁方便，可以有效提高检测效率降低检测成本，实现对缆索含水量的快速、无损检测。
进一步地，通过计算各位置对应的电容变化率，和所有位置电容变化率的均值，判断是否存在含水量异常的情形，相比现有技术通过卤素水分测定仪进行测定的技术方案，无需对待测缆索进行切片、加温等步骤，对异常的判断方法简洁、方便，且降低了人力物力成本。
进一步地，根据不同位置的电容数据，绘制各电容值对应的曲线图，当检测到曲线图中存在电容值突变时，则可以判断待测缆索存在含水量异常的情况，通过曲线图进行呈现，具有直观、适合监测的特点，可以为相关技术人员及时发现缆索含水量异常提供支持。
附图说明
图1：为本发明提供的针对缆索的含水量异常检测装置的一种实施例的横截面示意图。
图2：为本发明提供的针对缆索的含水量异常检测装置的一种实施例的侧面示意图。
图3：为本发明提供的针对电极一种实施例的纵向剖面示意图。
附图说明：外壳-1；电极-2；电极弹簧-3；滚轮-4；支撑腿-5；搭扣-6；搭扣伸缩弹簧-7；缆索8。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一:
请参照图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种针对缆索8的含水量异常检测装置，应用于爬索机器人；所述含水量异常检测装置包括外壳1、检测模块(图未示)、若干电极2、若干电极弹簧3、若干滚轮4(图中的点)和若干支撑腿5；
所述滚轮4设置于电极2与电极2之间且与待测缆索8接触，所述滚轮4通过所述支撑腿5与所述外壳1连接，以使所述含水量异常检测装置在所述待测缆索8上滑动；
所述若干电极2与所述待测缆索8接触且环绕设置于所述待测缆索8四周，用于采集所述待测缆索8不同位置的电容数据；并且所述若干电极2通过所述电极弹簧3与所述外壳1连接，所述电极弹簧3用于使所述电极2与所述待测缆索8保持接触；
所述检测模块(图未示)用于根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索8是否存在含水量异常。
作为进一步优选实施方案，所述采集所述待测缆索8不同位置的电容数据，具体为：在所述待测缆索8上每隔预设距离，采集所述若干电极2两两之间的电容值作为所述电容数据。本实施例中电极2的数量优选为4个，则这4个电极2分别为J1、J2、J3和J4，这四个电极2每两两之间构成电容，譬如电极J1和J2，在某一位置下测得电容值为C1-2，电极J1和J3，则测得的电容值为C1-3，如此类推，在该位置下测得的电容值包括C1-2、C1-3、C1-4、C2-3、C2-4、C3-4共6个电容值。而图2中的滚轮4、支撑腿5和电极弹簧3设置在所述含水量异常检测装置的三个不同断面(横截面)上，且滚轮4和支撑腿5设置在电极2与电极2之间。
所述含水量异常检测装置搭载在常规的爬索机器人上，在所述爬索机器人爬行的过程中，快速高频地测得缆索8多个位置(断面或者说横截面，但是这里所说的断面并不是需要进行切断，只是针对缆索8的某一位置)的电容值。在爬索机器人爬行的过程中，每隔预设的距离，例如0.1m，可以采集一次电容值，直到爬索机器人达到预定的位置。从初始位置a开始的第d个电容测试值，或者说第d个位置的电容值可以记为C1-2，d、C1-3,d、C1-4,d、C2-3,d、C2-4,d、C3-4,d。
进一步地，对于含水量异常的具体判定方法，具体是判断电容值的突变，当电容值发生突变时，则可以判断含水量存在异常。首先可以定义第d个测试位置的总电容为Cz，d＝C1-2，d+C1-3,d+C1-4,d+C2-3,d+C2-4,d+C3-4,d。
对于Cz，d、C1-2，d、C1-3,d、C1-4,d、C2-3,d、C2-4,d、C3-4,d中的任意一个位置的电容，所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索8是否存在含水量异常，具体为：
在所述爬索机器人爬行过程中，获取从位置a到位置i的各位置处的电容值；其中，位置a为所述爬索机器人爬行的初始位置，i为各测试位置或各测试序号点；
根据位置i-1处对应电容值以及位置i处对应电容值，结合位置i与位置i-1之间的距离，计算位置i对应的电容变化率，具体地：
dC(i)＝(C(i-1)-C(i))/(Δl)；其中，Δl为测试第i-1至i点之间的距离。一般情况下，需要保持Δl的稳定并尽量保持每次测量都为相同间距。当存在构造等方面的问题导致无法等间距进行测量时，第i点数据可以不作计算。
根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，当判断所述位置i存在含水量异常时，则确定所述待测缆索8存在含水量异常；当判断所述位置i不存在含水量异常时，则确定所述待测缆索8不存在含水量异常。
进一步地，所述根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，具体为：
所述位置i的电容变化率为dC(i)；所述各位置的平均电容变化率为av_dC；
当dC(i)≤-2×av_dC或dC(i)≥2×av_dC时也就是abs(dC(i))大于等于2×av_dC时，判断位置i存在含水量异常；当2×av_dC＞dC(i)＞-2×av_dC时也就是abs(dC(i))小于2×av_dC时，则判断位置i不存在含水量异常。其中，av_dC＝Σabs(dC(i))，也即从位置a到位置i之间各位置的平均电容变化率(abs指绝对值，Σ为求和符号)。
当Cz，d、C1-2，d、C1-3,d、C1-4,d、C2-3,d、C2-4,d、C3-4,d中的任意一个位置的电容符合dC(i)≤-2×av_dC或dC(i)≥2×av_dC时，则判断该位置的电容发生突变，同时可以确定缆索8该位置处存在含水量异常。实施本申请实施例，通过计算各位置的电容变化率以及所有位置电容变化率的均值，进而判断是否存在含水量异常的情形，可以将含水量异常检测装置搭载在爬行机器人上，在机器人爬行过程中进行测量，无需如现有技术一样将缆索拆卸下来进行切片加温等，含水量的异常检测便捷，且经济成本低，可以省略大量的步骤和时间。
作为一种优选实施方式，在所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索8是否存在含水量异常之前还包括：根据所述不同位置的电容数据，绘制各电容值对应的曲线图，当检测到所述曲线图中存在电容值突变，则判断所述待测缆索8存在含水量异常；反之，则判断所述待测缆索8不存在含水量异常。其中曲线图可以通过累加的方式绘制得到，通过曲线图的方式对测得的不同位置的电容值进行可视化展示，可以直观地体现出电容的突变程度以及缆索8存在含水量异常的位置，例如，该曲线图的横坐标为缆索8的位置，可以每间隔0.1m进行取点，而纵坐标为电容值，可以在电容值突变并超过某一阈值时，判断电容突变，即缆索8的该位置存在含水量的情形。这种方式可以为相关的技术人员或管理人员提供支持，在视觉上直观地观察或监测到缆索8的电容值情况，当发生含水量异常时，可以及时地发现并采取相应措施。
在本实施例中，所述含水量检测装置还包括搭扣6；所述外壳1由第一搭扣板、第二搭扣板和多个铰接板构成；其中，所述第一搭扣板和第二搭扣板之间通过所述搭扣6连接，搭扣6起到了固定所述外壳1且使外壳1闭合的作用；所述第一搭扣板与所述铰接板之间铰接；铰接板与铰接板之间铰接；所述第二搭扣板与所述铰接板之间铰接。考虑到含水量异常检测装置的结构稳定性，其中铰接板的数量优选为2，当铰接板数量为1时，也就是横截面为三角形此时采集的电容数据偏少，容易产生误判，当铰接板数量大于2时，此时虽然有足够的电容数据，但是成本也会相应提高，因此综合考虑成本和所需的数据量，将铰接板的数量定为2块。而每一个电极2与一个铰接板或者一个搭扣板对应。
进一步地，所述含水量异常检测装置还包括搭扣伸缩弹簧7，且所述搭扣伸缩弹簧7设置于所述搭扣6处。搭扣伸缩弹簧7的作用在于，可以根据缆索8的尺寸变化(例如不同类型、不同型号的缆索8可能具有不一样的直径)，适当地张紧或拉开机构的外壳1，以使机构的外壳1与缆索8的尺寸适配，扩大本申请含水量异常检测装置的适用范围和场景。
在本实施例中，参照图3，所述电极2的纵向剖面为圆弧状(或者说马鞍状)，即两端翘起，可以与所述待测缆索8贴合，在贴合程度较高的情况下可以确保对电容数据的准确和完整的采集，提高采集的稳定性。
相比于现有技术，本发明实施例具有如下有益效果：
本发明实施例提供了一种针对缆索的含水量异常检测装置，应用于爬索机器人；所述含水量异常检测装置包括外壳、检测模块、若干电极、若干电极弹簧、若干滚轮和若干支撑腿；所述滚轮设置于电极与电极之间且与待测缆索接触，所述滚轮通过所述支撑腿与所述外壳连接，以使所述含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动；所述若干电极与所述待测缆索接触且环绕设置于所述待测缆索四周，用于采集所述待测缆索不同位置的电容数据；并且所述若干电极通过所述电极弹簧与所述外壳连接，所述电极弹簧用于使所述电极与所述待测缆索保持接触；所述检测模块用于根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常。本发明实施例通过滚轮和支撑腿使含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动，并通过若干电极采集不同个位置的电容数据，以确定是否存在含水量异常，无需对待测缆索进行切片，可以解决如何对缆索进行在线检测的问题，检测流程简洁方便，可以有效提高检测效率降低检测成本，实现对缆索含水量的快速、无损检测。
进一步地，通过计算各位置对应的电容变化率，和所有位置电容变化率的均值，判断是否存在含水量异常的情形，相比现有技术通过卤素水分测定仪进行测定的技术方案，无需对待测缆索进行切片、加温等步骤，对异常的判断方法简洁、方便，且降低了人力物力成本。
进一步地，根据不同位置的电容数据，绘制各电容值对应的曲线图，当检测到曲线图中存在电容值突变时，则可以判断待测缆索存在含水量异常的情况，通过曲线图进行呈现，具有直观、适合监测的特点，可以为相关技术人员及时发现缆索含水量异常提供支持。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，应用于爬索机器人；所述含水量异常检测装置包括外壳、检测模块、若干电极、若干电极弹簧、若干滚轮和若干支撑腿；
所述滚轮设置于电极与电极之间且与待测缆索接触，所述滚轮通过所述支撑腿与所述外壳连接，以使所述含水量异常检测装置在所述待测缆索上滑动；
所述若干电极与所述待测缆索接触且环绕设置于所述待测缆索四周，用于采集所述待测缆索不同位置的电容数据；并且所述若干电极通过所述电极弹簧与所述外壳连接，所述电极弹簧用于使所述电极与所述待测缆索保持接触；
所述检测模块用于根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常；
所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常，具体为：
在所述爬索机器人爬行过程中，获取从位置a到位置i的各位置处的电容值；其中，位置a为所述爬索机器人爬行的初始位置；
根据位置i-1处对应电容值以及位置i处对应电容值，结合位置i与位置i-1之间的距离，计算位置i对应的电容变化率；
根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，当判断所述位置i存在含水量异常时，则确定所述待测缆索存在含水量异常；当判断所述位置i不存在含水量异常时，则确定所述待测缆索不存在含水量异常；
所述采集所述待测缆索不同位置的电容数据，具体为：
在所述待测缆索上每隔预设距离，采集所述若干电极两两之间的电容值，作为所述电容数据。
2.如权利要求1所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，所述根据所述位置i对应的电容变化率和所有位置电容变化率的均值，判断所述位置i是否存在含水量异常，具体为：
所述位置i的电容变化率为dC(i)；所述各位置的平均电容变化率为av_dC；
当dC(i)≤-2×av_dC或dC(i)≥2×av_dC时，判断位置i存在含水量异常；当2×av_dC＞dC(i)＞-2×av_dC时，则判断位置i不存在含水量异常。
3.如权利要求2所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，在所述根据所述不同位置的电容数据确定所述待测缆索是否存在含水量异常之前还包括：根据所述不同位置的电容数据，绘制各电容值对应的曲线图，当检测到所述曲线图中存在电容值突变，则判断所述待测缆索存在含水量异常；反之，则判断所述待测缆索不存在含水量异常。
4.如权利要求1所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，所述含水量异常检测装置还包括搭扣；所述外壳由第一搭扣板、第二搭扣板和多个铰接板构成；其中，所述第一搭扣板和第二搭扣板之间通过所述搭扣连接；所述第一搭扣板与所述铰接板之间铰接；铰接板与铰接板之间铰接；所述第二搭扣板与所述铰接板之间铰接。
5.如权利要求4所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，所述含水量异常检测装置还包括搭扣伸缩弹簧，且所述搭扣伸缩弹簧设置于所述搭扣处。
6.如权利要求4所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，所述电极的纵向剖面为圆弧状，与所述待测缆索贴合。
7.如权利要求6所述的一种针对缆索的含水量异常检测装置，其特征在于，所述电极的数量为4，所述铰接板的数量为2，每一电极与一个铰接板或一个搭扣板对应。
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