CN210834767U - 一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，包括：套筒；励磁线圈，设于所述套筒外壁，至少分为两段，每两段之间具有间隔区域，所述励磁线圈通入双向切变脉冲电流对拉索内的钢丝进行交变磁场励磁；探测环，每个所述间隔区域内沿所述套筒的周向设有至少两周所述探测环，所述探测环包括若干探测元件。双向切变脉冲励磁方式与探测线圈阵列相结合不仅使得探测灵敏度大大提高，同时大大降低了励磁平均功率，也大幅度降低探测仪器整体重量，更加环保也更加安全。当探测仪沿着钢索轴向移动时，若存在拉索内部钢丝断裂产生的漏磁，各探测环内位于断裂处附近的探测线圈将依次遇到漏磁磁通，形成有明显特征的漏磁信号波形，保证了探测数据可靠性。

Description

一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪

技术领域

本实用新型涉及桥梁拉索无损检测技术领域，具体涉及一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪。

背景技术

目前，国内外很多大、中型桥梁为斜拉索结构，使用的斜拉索无一例外地采用了外包裹热挤双层HDPE塑料保护层的高强度平行钢丝索。随着相当数量桥梁的使用时间已经接近设计年限，桥梁主要受力构件之一——斜拉索——的内部钢丝断裂无损探伤已经成为相关业界的广泛需求。曾有多种技术方案提出，用外观视频检测、磁力探伤、声发射、X射线透视、γ射线透视等方法对斜拉索进行探伤，比较现实的技术方案是采用磁力探伤。

在目前已经实用的斜拉索磁力探伤仪器中，均采用强永磁体+霍尔元件方式的磁力探伤方案，能够采集到斜拉索内部断丝点的漏磁数据。但是这种方式有其固有的问题：1、霍尔元件的探测距离有限，需要尽可能贴近斜拉索内部的钢索。但是钢索表面的HDPE塑料保护层厚度有18～34mm厚(见JT/T 755―2010标准)，且索表面不平坦(有风扰线)，造成霍尔元件无法贴近钢索实体，输出信号较弱且不稳定；2、霍尔元件的面积非常小(仅数平方毫米)，可探测面积很小，沿最大直径229mm的斜拉索一周布置100个霍尔元件时，产生的数据量已经很大，但有效的探测面积仍无法完全覆盖钢索外周，造成部分钢索表面漏检，导致数据可靠性下降；3、在这种方式中采用的强磁性永磁体及其固定结构的体积和重量很大，大多超过100公斤，一般机器人无法运载，只能在桥塔上加装滑轮组，用几百米长的钢丝绳加上卷扬机拉拽探测仪沿斜拉索移动，不仅装卸非常繁琐，而且很容易对斜拉索塑料保护层特别是外部风扰线造成破坏。

公开号为CN106093184A的中国专利文献公开了一种桥梁拉索电磁探伤装置，包括套筒，套筒外壁上固定有多个励磁线圈，内壁上设有多个凹槽，每个凹槽内固定有用于探测断丝处漏磁磁通的探测线圈。但是其仍存在以下问题：在探伤过程中，探测线圈感应电压信号比较杂，混有很多噪声信号，导致在实际操作中大量杂波信号干扰探伤，无法分辨是真实漏磁还是杂波。

实用新型内容

为了克服现有技术中桥梁拉索探伤装置的探测线圈感应电压信号比较杂，混有很多噪声信号，导致在实际操作中大量杂波信号干扰探伤，无法分辨是真实漏磁还是杂波的问题，从而提供一种能够排除杂波干扰并提供可靠探测数据的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪。

本实用新型的设计方案如下：

一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，包括：套筒；励磁线圈，设于所述套筒外壁，至少分为两段，每两段之间具有间隔区域，所述励磁线圈通入双向切变脉冲电流对拉索内的钢丝进行交变磁场励磁；探测环，每个所述间隔区域内沿所述套筒的周向设有至少两周所述探测环，所述探测环包括若干探测元件。

优选的，所述双向切变脉冲电流包括快速切变的正脉冲电流和反脉冲电流，从前一个脉冲电流峰值切变至后一个脉冲电流峰值的时间不大于1.5微秒。

优选的，同一所述间隔区域内的各所述探测环为一组，同组的各所述探测环上的所述探测元件沿所述套筒的轴线方向对齐。

优选的，所述套筒包括第一本体和第二本体,所述第一本体和所述第二本体可拆卸连接，所述励磁线圈包括可拆卸的两部分，分别设于所述第一本体和所述第二本体上，所述第一本体和第二本体连接后，所述励磁线圈的两部分合为一体形成整体线圈。

优选的，所述套筒的截面为圆环形。

优选的，所述探测元件为探测线圈。

优选的，所述探测线圈的轴线与所述套筒的轴线垂直正交。

优选的，所述探测环所在的平面与所述套筒的轴线垂直正交。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，包括：套筒；励磁线圈，设于所述套筒外壁，至少分为两段，每两段之间具有间隔区域，所述励磁线圈通入双向切变脉冲电流对拉索内的钢丝进行交变磁场励磁；探测环，每个所述间隔区域内沿所述套筒的周向设有至少两周所述探测环，所述探测环包括若干探测元件。双向切变脉冲励磁方式与探测线圈阵列相结合不仅使得探测灵敏度大大提高，同时大大降低了励磁平均功率，也大幅度降低了探测仪器整体重量，更加环保也更加安全。根据多次实际测试，双向切变脉冲励磁方式与探测线圈阵列相结合可以准确探测到斜拉索内部一根钢丝直径1/3的裂纹，并且呈现很好的重复性。每个间隔区域内沿所述套筒的周向设有至少两周所述探测环，当探测仪沿着钢索轴向移动时，若存在拉索内部钢丝断裂产生的漏磁，各探测环内位于断裂处附近的探测线圈将依次遇到漏磁磁通。相比于只有一周探测环的探测装置，本方案会形成有明显特征的漏磁信号波形，这种波形明显不同于杂散信号，鉴别准确性很高，保证了探测数据的可靠性。

2、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，所述双向切变脉冲电流包括快速切变的正脉冲电流和反脉冲电流，从前一个脉冲电流峰值切变至后一个脉冲电流峰值的时间不大于1.5微秒。现有技术中，强永磁体励磁方式是静态磁场，其励磁磁通强度是不变的，如果钢索有断丝或裂纹，所产生的漏磁磁通强度也是不变的。当钢丝裂纹深度较小或霍尔元件探测距离较远时，漏磁磁通强度很低，不易被探测到。而本方案采用的双向切变脉冲励磁方式是动态磁场，励磁磁通强度是变化的，而且磁通变化率dφ/dt非常大。在这种励磁方式下，当钢丝裂纹深度较小或线圈探测距离较远时，漏磁强度很低但磁通变化率很大，容易被线圈探测到，从而提高了探测灵敏度。

3、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，同一所述间隔区域内的各所述探测环为一组，同组的各所述探测环上的所述探测元件沿所述套筒的轴线方向对齐。同组内各个线圈的感应信号可以单独输出，分别进行信号处理，再进行组合，也可以组合后输出，再进行信号处理。采用这种多线圈组合，是一种复式探测方式，对同一漏磁信号由多个探测线圈组合验证，大大提高了探测信号的信噪比，大幅增加了斜拉索断丝检测数据的准确度与可靠性。同时，每个探测线圈的探测宽度可达3厘米以上，即使是直径229mm的最大斜拉索(周长约72厘米)也只需要24组探测线圈就可以无缝隙覆盖斜拉索整个圆周，避免了漏检，保证了数据可靠性。

4、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，所述套筒包括第一本体和第二本体,所述第一本体和所述第二本体可拆卸连接，所述励磁线圈包括可拆卸的两部分，分别设于所述第一本体和所述第二本体上，所述第一本体和第二本体连接后，所述励磁线圈的两部分合为一体形成整体线圈。由于拉索的底部是固定的，无法直接将套筒结构安装在拉索上，因此将探伤仪分为两部分，以便进行安装。

5、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，所述套筒的截面为圆环形，从而尽可能地贴附于柱状拉索表面，增强探测信号，避免漏检的情况发生。

6、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，所述探测元件为探测线圈。现有技术中，霍尔元件的输出信号是载流子在磁场中运动受到洛伦兹力作用而形成的霍尔电压，其幅度只与磁通强度成正比，与磁通变化率dφ/dt无关，因此对于较小的钢丝裂纹产生的极低强度漏磁不敏感。根据电磁感应定律，线圈的感应电动势与磁通变化率dφ/dt成正比，所以用线圈替代霍尔元件做探测元件，可以探测到强度极低但变化率很大的漏磁，所以大幅度提高了探测灵敏度。

7、本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，所述探测线圈的轴线与所述套筒的轴线垂直正交；所述探测环所在的平面与所述套筒的轴线垂直正交。双向切变脉冲励磁单元产生脉冲大电流，使钢索受到切变脉冲磁场励磁，在钢丝中产生较强的轴向交变磁通。如果钢丝没有断点或裂纹，磁力线就会沿着磁阻最小的轴向传播，在正交方向上漏磁很少。如果钢丝有断点或裂纹，磁力线就会在断点或裂纹处沿径向泄漏，产生正交方向的漏磁。因为探测线圈的轴线方向与励磁磁场方向呈正交，所以探测线圈对励磁磁通不敏感，而对钢索断丝形成的漏磁磁通敏感。当探测仪沿着钢索轴向移动时，线圈组的各个线圈将依次遇到漏磁磁通，形成有明显特征的漏磁信号波形，这种波形明显不同于杂散信号，鉴别准确性很高，保证了探测数据的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的套管的整体结构示意图；

图2为本实用新型的套管的结构拆分示意图；

图3为本实用新型的探伤仪应用于桥梁拉索上时的结构示意图；

图4为本实用新型的双向切变脉冲电流随时间变化的波形图。

附图标记说明：

1-套筒；2-间隔区域；3-励磁线圈；4-探测线圈；5-第一本体；6-第二本体。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1示出了本实用新型提供的一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，包括：套筒1，所述套筒1的截面为圆环形，从而尽可能地贴附于柱状拉索表面，增强探测信号，避免漏检的情况发生；所述套筒1外壁设有励磁线圈3，至少分为两段，每两段之间具有间隔区域2。如图2所示，所述套筒1包括第一本体5和第二本体6,所述第一本体5和所述第二本体6可拆卸连接，所述励磁线圈3包括可拆卸的两部分，分别设于所述第一本体5和所述第二本体6上，所述第一本体5和第二本体6连接后，所述励磁线圈3的两部分合为一体形成整体线圈。由于拉索的底部是固定的，无法直接将套筒1结构安装在拉索上，因此将探伤仪分为两部分，以便进行安装。

如图3所示，每个所述间隔区域2内沿所述套筒1的周向设有至少两周所述探测环，每个间隔区域2内沿所述套筒1的周向设有至少两周所述探测环，当探测仪沿着钢索轴向移动时，若存在拉索内部钢丝断裂产生的漏磁，各探测环内位于断裂处附近的探测线圈4将依次遇到漏磁磁通。相比于只有一周探测环的探测装置，本方案会形成有明显特征的漏磁信号波形，这种波形明显不同于杂散信号，鉴别准确性很高，保证了探测数据的可靠性。所述探测环所在的平面与所述套筒1的轴线垂直正交，所述探测环包括若干探测元件，所述探测元件为探测线圈4。现有技术中，霍尔元件的输出信号是载流子在磁场中运动受到洛伦兹力作用而形成的霍尔电压，其幅度只与磁通强度成正比，与磁通变化率dφ/dt无关，因此对于较小的钢丝裂纹产生的极低强度漏磁不敏感。根据电磁感应定律，线圈的感应电动势与磁通变化率dφ/dt成正比，所以用探测线圈4替代霍尔元件做探测元件，可以探测到强度极低但变化率很大的漏磁，所以大幅度提高了探测灵敏度。所述探测线圈4的轴线与所述套筒1的轴线垂直正交。双向切变脉冲励磁单元产生脉冲大电流，使钢索受到切变脉冲磁场励磁，在钢丝中产生较强的轴向交变磁通。如果钢丝没有断点或裂纹，磁力线就会沿着磁阻最小的轴向传播，在正交方向上漏磁很少。如果钢丝有断点或裂纹，磁力线就会在断点或裂纹处沿径向泄漏，产生正交方向的漏磁。因为探测线圈4的轴线方向与励磁磁场方向呈正交，所以探测线圈4对励磁磁通不敏感，而对钢索断丝形成的漏磁磁通敏感。当探测仪沿着钢索轴向移动时，线圈组的各个线圈将依次遇到漏磁磁通，形成有明显特征的漏磁信号波形，这种波形明显不同于杂散信号，鉴别准确性很高，保证了探测数据的可靠性。同一所述间隔区域2内的各所述探测环为一组，同组的各所述探测环上的所述探测元件沿所述套筒1的轴线方向对齐。同组内各个线圈的感应信号可以单独输出，分别进行信号处理，再进行组合，也可以组合后输出，再进行信号处理。采用这种多线圈组合，是一种复式探测方式，对同一漏磁信号由多个探测线圈4组合验证，大大提高了探测信号的信噪比，大幅增加了斜拉索断丝检测数据的准确度与可靠性。同时，每个探测线圈4的探测宽度可达3厘米以上，即使是直径229mm的最大斜拉索(周长约72厘米)也只需要24组探测线圈4就可以无缝隙覆盖斜拉索整个圆周，避免了漏检，保证了数据可靠性。

所述励磁线圈3通入双向切变脉冲电流对拉索内的钢丝进行交变磁场励磁，如图4所示，所述双向切变脉冲电流包括快速切变的正脉冲电流和反脉冲电流，从前一个脉冲电流峰值切变至后一个脉冲电流峰值的时间不大于1.5微秒。双向切变脉冲励磁方式与探测线圈4阵列相结合不仅使得探测灵敏度大大提高，同时大大降低了励磁平均功率，也大幅度降低了探测仪器整体重量，更加环保也更加安全。根据多次实际测试，双向切变脉冲励磁方式与探测线圈4阵列相结合可以准确探测到斜拉索内部一根钢丝直径1/3的裂纹，并且呈现很好的重复性。现有技术中，强永磁体励磁方式是静态磁场，其励磁磁通强度是不变的，如果钢索有断丝或裂纹，所产生的漏磁磁通强度也是不变的。当钢丝裂纹深度较小或霍尔元件探测距离较远时，漏磁磁通强度很低，不易被探测到。而本方案采用的双向切变脉冲励磁方式是动态磁场，励磁磁通强度是变化的，而且磁通变化率dφ/dt非常大。在这种励磁方式下，当钢丝裂纹深度较小或线圈探测距离较远时，漏磁强度很低但磁通变化率很大，容易被线圈探测到，从而提高了探测灵敏度。

需要指出的是，所述双向切变脉冲电流不限于本实施例中给出的形式，还可以是其他波形，只要在足够短的时间内形成正反两向的切变电流即可。

需要指出的是，所述探测元件不限于探测线圈4，还可以是包括霍尔元件在内的其他探测元件，但是由于探测线圈4具有前述的优点，因此作为优选。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，包括：

套筒(1)；

励磁线圈(3)，设于所述套筒(1)外壁，至少分为两段，每两段之间具有间隔区域(2)，所述励磁线圈(3)通入双向切变脉冲电流对拉索内的钢丝进行交变磁场励磁；

探测环，每个所述间隔区域(2)内沿所述套筒(1)的周向设有至少两周所述探测环，所述探测环包括若干探测元件。

2.根据权利要求1中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述双向切变脉冲电流包括快速切变的正脉冲电流和反脉冲电流，从前一个脉冲电流峰值切变至后一个脉冲电流峰值的时间不大于1.5微秒。

3.根据权利要求1中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，同一所述间隔区域(2)内的各所述探测环为一组，同组的各所述探测环上的所述探测元件沿所述套筒(1)的轴线方向对齐。

4.根据权利要求1-3任一项中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述套筒(1)包括第一本体(5)和第二本体(6),所述第一本体(5)和所述第二本体(6)可拆卸连接，所述励磁线圈(3)包括可拆卸的两部分，分别设于所述第一本体(5)和所述第二本体(6)上，所述第一本体(5)和第二本体(6)连接后，所述励磁线圈(3)的两部分合为一体形成整体线圈。

5.根据权利要求1-3任一项中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述套筒(1)的截面为圆环形。

6.根据权利要求1-3任一项中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述探测元件为探测线圈(4)。

7.根据权利要求6中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述探测线圈(4)的轴线与所述套筒(1)的轴线垂直正交。

8.根据权利要求1-3任一项中所述的桥梁拉索在位断裂无损探伤仪，其特征在于，所述探测环所在的平面与所述套筒(1)的轴线垂直正交。

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