一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統的製作方法

2023-05-21 08:40:41

專利名稱：一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無損檢測技術領域，具體涉及一種斜拉索錨固區磁致伸縮 導波檢測系統。
背景技術：
斜拉索作為斜拉橋的關鍵承載部件，對其進行檢測是維護橋梁正常運 行的重要組成部分。目前用於斜拉索檢測較為成熟的是磁性檢測方法，一 般利用爬行機器人攜帶檢測設備在斜拉索上進行掃描實現檢測。武新軍等 [1武新軍，王峻峰等，斜拉橋纜索缺陷檢測系統的研製，機械科學與技術.
2Q01， 20(6): 901-903; 2武新軍，康宜華等，斜拉橋纜索缺陷檢測機器人 的研製，機械與電子.2001， l:47-48]基於漏磁檢測原理研製了斜拉橋纜索 檢測系統和斜拉橋纜索缺陷檢測專用機器人。該系統只能對傳感器到達的 部位進行檢測，對於錨固區這類無法到達的部位無法實現檢測。而錨固區 是整根斜拉索最容易出現問題的部位。目前國內外僅僅開展了針對斜拉橋 拉索安全檢測的研究，幾乎沒有關幹錨固區檢測的研究，所以也沒有相關 的檢測系統。

發明內容
本發明的目的是提供一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統，該系 統能夠實現斜拉索錨固區的快速檢測，檢測時無需中斷交通。
一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統，包括激勵單元l、功率放大
器2、門控單元3、 USB信號發生採集單元4、計算機5、程控濾波放大單 元6、信號預處理單元7和接收單元8，
USB信號發生採集單元4產生的正弦信號依次通過門控單元3、功率放 大器2到達激勵單元1，激勵單元1通過磁致伸縮效應在斜拉索中產生彈性 波；
接收單元8通過逆磁致伸縮效應將探測到的彈性波轉換為電信號，電 信號依次通過信號預處理單元7、程控放大濾波單元6、 USB信號發生採集 單元4到達計算機5;
計算機5第一控制輸出端、第二控制輸出端和第三控制輸出端分別與 門控單元3、 USB信號發生採集單元4和程控濾波放大單元6的控制輸入 端連接。
本發明通過磁致伸縮導波激勵單元在斜拉索中產生彈性波，該彈性波 在斜拉索索體和錨固區中傳播，並由接收單元將彈性波轉化為電信號，經 信號預處理單元處理後，再經過程控放大濾波單元進行放大濾波處理，輸 入到高速USB數據採集通道轉換為數位訊號進入計算機，計算機將採集的 數據進行存儲和顯示，得到錨固區的檢測結果。本發明無需在錨固區設置 任何設備，操作方便，檢測時無需中斷交通，實現斜拉索錨固區的快速檢


圖l是本發明的系統框圖。 圖2是本發明實施的示意圖。
圖3是利用本發明對錨固區無缺陷斜拉索檢測的信號波形圖。 圖4是利用本發明對錨固區有缺陷斜拉索檢測的信號波形圖。
具體實施例方式
下面結合附圖詳細說明本發明的內容。
本發明的系統框圖如圖1所示。激勵單元1含有激勵傳感器和偏置磁 場產生裝置，偏置磁場可通過電磁鐵或永久磁鐵產生，激勵單元的輸入端 與功率放大器相應輸出端相連，激勵單元利用磁致伸縮效應在斜拉索中激
勵出彈性波；功率放大器2用於放大門控單元3輸出的脈衝小信號並提供 給激勵單元，功率放大器2的輸入端與門控單元3的相應輸出端相連；門 控單元3的信號輸入端與USB信號發生採集單元4相應輸出端相連，門控 單元3的控制輸入端與便攜計算機5串口相連；USB信號發生採集單元4 用於產生特定頻率、幅值的正弦波信號，進行檢測信號的高速採集，USB 信號發生採集單元4的控制輸入端和數據輸出端通過USB接口與便攜計算 機5相連，USB信號發生採集單元4的信號採集輸入端與程控放大濾波單 元6相應輸出端相連;便攜計算機5通過軟體分別實現程控放大濾波單元6、 USB信號發生採集單元4及門控單元3的控制和數據採集，便攜計算機5 具有數據存儲、顯示等功能；程控放大濾波單元6含有可編程信號放大器 和濾波器，程控放大濾波單元6的信號輸入端與信號預處理單元7相應輸 出端相連，控制端與便攜計算機5串口相連；信號預處理單元7含有小信 號放大器和濾波器，信號預處理單元7輸入端與接收單元8相應輸出端相 連；接收單元8含有接收傳感器和偏置磁場產生裝置，用於接收錨固區的
回波檢測信號，偏置磁場可通過電磁鐵或永久磁鐵產生。
其中功率放大器2用於放大小脈衝信號，頻率範圍10kHz至800kHz， 最大輸出電壓峰值IOOOV，瞬態功率5kW;門控單元3根據計算機的控制 信號通過單片機控制產生相應寬度的門信號，用於開啟功率放大器，確保 其工作在脈衝模式，門控電路截斷周期1至10可調，脈衝重複頻率1至 100Hz可調；USB信號發生採集單元4信號發生輸出正弦波信號的頻率 10KHz至800KHz可調，信號採集的採樣速率大於5MHz/採樣點；便攜計 算機5的內存不小於1G， CPU不低於2GHz;程控濾波放大單元6帶通範
圍最小10kHz，最大lMHz，放大倍數10倍至10000倍可調；信號預處理 器7帶通範圍10kHz至lMHz，放大倍數1倍至100倍可調。
圖2是本發明實施的示意圖。首先將系統中的激勵單元1和接收單元8 安裝在斜拉索索體9上，安裝位置可以有不鏽鋼保護套筒，同時也不需要 破壞斜拉索索體的高密度PE，利用本發明的系統在檢測的斜拉索索體9中 激勵彈性波，彈性波傳播到斜拉索錨固區10時，當錨固區IO無缺陷時將 產生正常的回波信號，當錨固區10有缺陷時將產生缺陷的回波信號，通過 檢測信號就可以實現錨固區10的缺陷檢測，同時當彈性波在索體9中傳播 時如果索體9存在缺陷將產生缺陷的回波信號，從而也可實現斜拉索索體9 的檢測。
以下結合本發明的內容提供一個實施例。
錨固區無缺陷斜拉索直徑為60mm，由55根直徑7mm的平行鋼絲構成， 鋼絲外層包有高密度PE材料。激勵單元的線圈為長280mm，寬50mm，匝 數40匝，用線徑為0.3mm的排線製成，激勵單元的偏置磁場由永久磁鐵產 生。接收單元的線圈的規格與激勵單元的線圈一樣，接收單元的偏置磁場 也由永久磁鐵產生。首先分別將磁致伸縮傳感器激勵單元和接收單元安裝 在待測斜拉索的索體上，利用便攜計算機控制USB信號發生採集單元中信 號發生器的頻率為40kHz，再控制門控單元設定脈衝的個數為2個，重複 頻率為5Hz，採集時間為2ms，重複次數為500次。脈衝信號經功率放大器 放大後傳輸到激勵單元，通過磁致伸縮效應在斜拉索中產生彈性波，接收 單元利用逆磁致伸縮效應將彈性波信號轉換為電信號，信號經預處理器後 進入程控放大濾波單元，利用便攜計算機控制程控放大濾波單元的放大倍 數為1000倍，帶通濾波器的通帶範圍為[20kHz,60kHz]，信號經程控放大濾 波單元處理後通過信號採集埠進入USB信號發生採集單元，經其中的 A/D轉換器後進入計算機。圖3是所示對錨固區無缺陷斜拉索檢測的信號 波形圖，圖3中包括通過空氣耦合電磁脈衝信號Mp第一次通過接收單元
的信號Sp錨固區及端部回波信號S2。
錨固區有缺陷斜拉索的規格與上述斜拉索一致，磁致伸縮激勵單元和 接收單元的安裝位置及系統設置均與無缺陷的一致，僅在錨固區存在缺陷，
得到的檢測信號如圖4所示。圖4中包括通過空氣耦合電磁脈衝信號Mj， 第一次通過接收單元的信號Sp缺陷的回波信號F,，錨固區及端部回波信
號S2。
該系統可以在不中止橋梁正常交通、不破壞斜拉索外層保護高密度PE 材料實現斜拉索錨固區的檢測，也可以用於斜拉索索體的檢測。
權利要求
1、一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統，其特徵在於，包括激勵單元(1)、功率放大器(2)、門控單元(3)、USB信號發生採集單元(4)、計算機(5)、程控濾波放大單元(6)、信號預處理單元(7)和接收單元(8)，USB信號發生採集單元(4)產生的正弦信號依次通過門控單元(3)、功率放大器(2)到達激勵單元(1)，激勵單元(1)通過磁致伸縮效應在斜拉索中產生彈性波；接收單元(8)通過逆磁致伸縮效應將探測到的彈性波轉換為電信號，電信號依次通過信號預處理單元(7)、程控放大濾波單元(6)、USB信號發生採集單元(4)到達計算機(5)；計算機(5)第一控制輸出端、第二控制輸出端和第三控制輸出端分別與門控單元(3)、USB信號發生採集單元(4)和程控濾波放大單元(6)的控制輸入端連接。
全文摘要
一種斜拉索錨固區磁致伸縮導波檢測系統，USB信號發生採集單元產生的正弦信號依次通過門控單元、功率放大器到達激勵單元，激勵單元在斜拉索中產生彈性波和磁場，彈性波通過磁場向外傳播；接收單元接收來自激勵單元的彈性波，將其轉換為電信號，電信號依次通過信號預處理單元、程控放大濾波單元、USB信號發生採集單元到達計算機，計算機將採集的數據進行存儲和顯示，得到錨固區的檢測結果。本發明實現對斜拉索錨固區的快速檢測，檢測時無需中斷交通，可用於斜拉橋的日常檢測。
文檔編號G01N29/14GK101393173SQ20081019682
公開日2009年3月25日 申請日期2008年8月29日 優先權日2008年8月29日
發明者康宜華, 江 徐, 武新軍, 琛 黃 申請人:華中科技大學