CN210221901U - 一种检测桥梁拉索表面病害的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种检测桥梁拉索表面病害的装置，包括爬升机器人、漏磁检测单元、控制单元，漏磁检测单元包括强磁铁部件、磁敏电子元器件及信号放大电路，强磁铁部件设有凹槽，磁敏电子元器件安装在所述凹槽内，磁敏电子元器件与信号放大电路相连；多个所述漏磁检测单元串接在一起形成环绕索体一周的漏磁检测装置，漏磁检测装置安装在爬升机器人上；信号放大电路与所述控制单元相连，所述控制单元安装在所述爬升机器人上。本实用新型的有益效果是：本实用新型的优点是采用特定形状的漏磁检测单元，使得被检测的索体表面病害在通过检测工件时产生具有一定规模的冲击响应信号包，为桥梁健康的维护和保养工作提供一项至关重要的参数依据。

Description

一种检测桥梁拉索表面病害的装置

技术领域

本实用新型涉及桥梁拉索检测技术领域，尤其涉及一种检测桥梁拉索表面病害的装置。

背景技术

目前国内在桥梁拉索健康维护与保养领域中对桥梁拉索表面病害检测的方法主要是人工搭乘吊蓝上桥利用人眼去查看，此方法不仅需要耗费大量的人力和时间，而由于桥梁高处工作环境多变，技术人员在检测的过程中容易疲劳，因此检测结果受人为因素影响较大。这些都将会很大程度上影响到桥梁拉索的健康维护与保养的目的。

实用新型内容

本实用新型提供了一种检测桥梁拉索表面病害的装置，包括爬升机器人、漏磁检测单元、控制单元，所述漏磁检测单元包括强磁铁部件、磁敏电子元器件及信号放大电路，所述强磁铁部件设有凹槽，所述磁敏电子元器件安装在所述凹槽内，所述磁敏电子元器件与所述信号放大电路相连；多个所述漏磁检测单元串接在一起形成环绕索体一周的漏磁检测装置，所述漏磁检测装置安装在所述爬升机器人上；所述信号放大电路与所述控制单元相连，所述控制单元安装在所述爬升机器人上。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制单元包括依次相连的多路模数转换模块、CPLD模块、嵌入式单片机系统，所述信号放大电路输出端与所述多路模数转换模块输入端相连，电信号输出后经所述多路模数转换模块转化后被所述CPLD模块进行并行数据采集，数据采集结果在CPLD模块中作硬核滤波处理，将检测中的噪声进行抑制，使得漏磁信号的冲击响应更加显化，信号经滤波处理后在嵌入式单片机系统的协助下完成异点信号冲击响应的判断。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制单元还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述嵌入式单片机系统相连，检测结果被嵌入式单片机系统通过所述无线通信模块上传至PC机。

作为本实用新型的进一步改进，所述控制单元还包括与所述嵌入式单片机系统相连的行走电机控制模块。

作为本实用新型的进一步改进，所述嵌入式单片机系统是指具有ASIC 指令集，拥有IO功能端口，Flash及通信接口功能的单片机作为硬件平台建立的一个UC/OS-II实时操作系统；所述控制单元还包括RTC时钟、测距模块、视频同步模块，所述嵌入式单片机系统分别与所述RTC时钟、所述测距模块、所述视频同步模块相连。

作为本实用新型的进一步改进，所述漏磁检测装置包含有16个磁敏电子元器件，所述信号放大电路为16路信号放大电路，所述多路模数转换模块为16路模数转换模块。

作为本实用新型的进一步改进，强磁铁部件是具有1500GS强度的人工永磁铁。

作为本实用新型的进一步改进，所述磁敏电子元器件是霍尔元器件。

作为本实用新型的进一步改进，所述的信号放大电路由两路运算放大器构成的50倍放大电路及限电压电路，它能将转换成的电信号调理至0 到2.5V区间。

作为本实用新型的进一步改进，所述爬升机器人以0.083m/s的速度沿索体进行运动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的优点是采用特定形状的漏磁检测单元，使得被检测的索体表面病害在通过检测工件时产生具有一定规模的冲击响应信号包，信号经过并行处理实现实时检测后，再经滤波、包络检测、异点冲击响应处理，可以方便、准确、快速的判断异点存在的可能，为桥梁健康的维护和保养工作提供一项至关重要的参数依据。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，在图1中，1是强磁铁部件，2是磁敏电子元器件，3是磁场线走向，4是PE测点索面，5是病害点。

图2是本实用新型的硬件电路构成框图。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型公开了一种检测桥梁拉索表面病害的装置，包括爬升机器人、漏磁检测单元，所述漏磁检测单元包括强磁铁部件1、磁敏电子元器件2及信号放大电路，所述强磁铁部件1设有凹槽，所述磁敏电子元器件2安装在所述凹槽内，所述磁敏电子元器件2与所述信号放大电路相连；多个所述漏磁检测单元串接在一起形成环绕索体一周的漏磁检测装置，所述漏磁检测装置安装在所述爬升机器人上；所述信号放大电路与所述控制单元相连，所述控制单元安装在所述爬升机器人上。

强磁铁部件1是具有1500GS强度的人工永磁铁，高强度的磁铁可以把桥梁拉索索体表面迅速磁化。

强磁铁部件1外形尺寸14cm*2cm*1.5cm(长宽厚),凹槽尺寸 2.5cm*2cm*1cm(长宽深)。

磁敏电子元器件2是具高灵敏度的霍尔元器件；所述的信号放大电路由两路运算放大器构成的50倍放大电路及限电压电路，它能将转换成的电信号调理至0到2.5V区间。

多个所述漏磁检测单元串接在一起形成环绕索体一周的漏磁检测装置，具体为利用具有柔韧性的钢丝绳将多个漏磁检测单元串在一起，头尾两端可以用锁扣扣住形成一个环形形状能将所检测索体包住。

该漏磁检测装置包含有16个磁敏电子元器件。

使用所述的漏磁检测装置安装在爬机器人上，使爬升机器人匀速沿索体往上运动，漏磁检测装置在运动的过程中实时检测索体表面的磁漏情况，并将检测到的磁场变化转换成电信号输出。所述的匀速本实用新型中是 0.083m/s，该速度既能保证检测效率，又能给ADC提供足够的采样转换时间。所述的0.083m/s的依据为：该系统取模数转换值的间隔为T＝0.03ms，所需判断的包络信号宽度为S＝1.5mm则要实现该包络信号的检测至少需要采样的点数为N＝S/T＝33,而在33个数据采样完成后设备往前移动的距离为 L＝1.5*T*N＝1.5*0.03*33≈1.5mm。

所述控制单元包括依次相连的多路模数转换模块、CPLD模块、嵌入式单片机系统，所述漏磁检测装置包含有16个磁敏电子元器件，所述信号放大电路为16路信号放大电路，所述多路模数转换模块为16路模数转换模块，所述控制单元还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述嵌入式单片机系统相连，检测结果被嵌入式单片机系统通过所述无线通信模块上传至PC机。

所述控制单元还包括与所述嵌入式单片机系统相连的行走电机控制模块。

所述信号放大电路输出端与所述多路模数转换模块输入端相连，将电信号输出，经过多路模数转换模块模数转化后被CPLD模块进行并行数据采集。所述多路模数转换模块是指16路8位具有SPI传输的ADC模数转换模块，16路ADC对应16路霍尔元器件输出电路；所述的CPLD模块是一款具大容量逻辑单元的在线可编程逻辑器件；数据采集结果在CPLD模块中作硬核滤波处理，将检测中的其他噪声进行抑制，使得漏磁信号的冲击响应更加显化，为后续的异点信号检测提供更加精确的信号特征。所述的硬核滤波是利用CPLD模块内部资源设计16路低阶的低通滤波器对信号进行滤波运算。信号经滤波处理后在嵌入式单片机系统的协助下完成异点信号冲击响应的判断和无线传输。所述的嵌入式单片机系统是指以一款具有ASIC 指令集，拥有丰富IO功能端口，大容量Flash及各种通信接口功能的单片机作为硬件平台建立的一个UC/OS-II实时操作系统。所述的异点信号的冲击响应是因索体表面病害所引起的漏磁场所转换成的电信号以及极少数符合阈值信号特征的干扰信号。

检测结果被嵌入式单片机系统以无线传输的方式上传至PC机，结合整个检测系统的视频检测、距离检测及同步时间可以快速定位病害的真实性及具体位置。所述的无线通信模块是一款具有413MHz频段的串口无线传输功能模块。

所述控制单元还包括RTC时钟、测距模块、视频同步模块，所述嵌入式单片机系统分别与所述RTC时钟、所述测距模块、所述视频同步模块相连。

爬升机器人在爬升的过程中，漏磁检测装置对拉索索体进行360度全方位实时检测，将漏磁检测结果与整个检测系统的实时视频、爬行距离及时间等参数进行统计、分析及处理。

将漏磁检测结果与整个检测系统的实时视频、爬行距离及时间等参数进行统计、分析及处理是指漏磁检测结果需要同步检测系统的实时视频、爬行距离及时间来确定索体表面病害存在的真实性以及所在索体的具体位置。

凹形设计的强磁铁部件1，凹形设计使得该漏磁检测单元运动经过表面病害点时，提供磁力线外溢的空间使得安装凹槽内部的霍尔元器件能检测到因磁力线外漏而产生的漏磁场信号。强磁铁部件1尺寸的设计依据经过表面病害时，产生的磁力线宽度要满足漏磁检测装置的信号检测和计算设定的要求。磁力线宽度足够宽能为因运动而引起的磁泄漏而导致的波动干扰提供有利的规避处理，从而进一步提高漏磁检测的准确度。

单片机嵌入式系统协同CPLD模块完成信号硬核滤波，包络信号提取及判断的参数设置及执行。包络信号是指漏磁检测装置在经过的索体表面有病害的时候所产生的漏磁场在经过磁电转换电路后所产生的一种以响应磁漏冲击信号为主，多种干扰噪声信号为辅的包络状信号。异点冲击信号是指满足系统设计门限阈值的信号,此信号不仅表示因索体表面病害所产生的冲击响应信号，同时也包含因异常情况而产生的合乎设计概念的异常信号。

本实用新型的目的就是解决桥梁拉索健康维护与保养中的索体表面病害检测技术上存在的不足，提供一种采用漏磁原理、并行执行思想，结合可编程逻辑器件的并行执行能力及嵌入式单片机控制为一体的多探头设计的环形阵列漏磁检测装置对桥梁拉索索体表面病害进行检测。爬升机器人携带漏磁检测装置沿索体匀速往上爬升的过程中，经过具有表面病害的索体时，在漏磁检测装置的磁场作用下索体表面病害改变部分磁力线的走向，从而形成漏磁场，漏磁场被漏磁检测装置中的磁敏电子元器件2检测并转换成电信号，再通过信号放大电路放大提供给多路模数转换模块(ADC)采集的数据源，CPLD模块通过并行采集各路ADC的值进行硬滤波抑制噪声信号，在嵌入式单片机的协助下完成各路信号的包络检测及异点信号的确定。最后结合检测系统的视频、检测距离及时间准确、快速的达到检测目的。

本实用新型的优点是采用特定形状的漏磁检测单元，使得被检测的索体表面病害在通过检测工件时产生具有一定规模的冲击响应信号包，信号经过并行处理实现实时检测后，再经滤波、包络检测、异点冲击响应处理，可以方便、准确、快速的判断异点存在的可能，为桥梁健康的维护和保养工作提供一项至关重要的参数依据。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种检测桥梁拉索表面病害的装置，其特征在于：包括爬升机器人、漏磁检测单元、控制单元，所述漏磁检测单元包括强磁铁部件、磁敏电子元器件及信号放大电路，所述强磁铁部件设有凹槽，所述磁敏电子元器件安装在所述凹槽内，所述磁敏电子元器件与所述信号放大电路相连；多个所述漏磁检测单元串接在一起形成环绕索体一周的漏磁检测装置，所述漏磁检测装置安装在所述爬升机器人上；所述信号放大电路与所述控制单元相连，所述控制单元安装在所述爬升机器人上。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述控制单元包括依次相连的多路模数转换模块、CPLD模块、嵌入式单片机系统，所述信号放大电路输出端与所述多路模数转换模块输入端相连，电信号输出后经所述多路模数转换模块转化后被所述CPLD模块进行并行数据采集，数据采集结果在CPLD模块中作硬核滤波处理，将检测中的噪声进行抑制，使得漏磁信号的冲击响应更加显化，信号经滤波处理后在嵌入式单片机系统的协助下完成异点冲击信号响应的判断。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述控制单元还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述嵌入式单片机系统相连，检测结果被嵌入式单片机系统通过所述无线通信模块上传至PC机。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述控制单元还包括与所述嵌入式单片机系统相连的行走电机控制模块。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述嵌入式单片机系统是指具有ASIC指令集，拥有IO功能端口，Flash及通信接口功能的单片机作为硬件平台建立的一个UC/OS-II实时操作系统；所述控制单元还包括RTC时钟、测距模块、视频同步模块，所述嵌入式单片机系统分别与所述RTC时钟、所述测距模块、所述视频同步模块相连。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述漏磁检测装置包含有16个磁敏电子元器件，所述信号放大电路为16路信号放大电路，所述多路模数转换模块为16路模数转换模块。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：强磁铁部件是具有1500GS强度的人工永磁铁，强磁铁部件外形尺寸为：长14cm、宽2cm、厚1.5cm；所述凹槽尺寸为：长2.5cm、宽2cm、深1cm。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述磁敏电子元器件是霍尔元器件。

9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的信号放大电路由两路运算放大器构成的50倍放大电路及限电压电路，它能将转换成的电信号调理至0到2.5V区间。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述爬升机器人以0.083m/s的速度沿索体进行运动。

Images