斜拉索索力與損傷檢測用脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統的製作方法
2024-03-24 07:42:05
本發明為一種斜拉索索力與損傷檢測用脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統，屬於機械性能測試領域，可適用於斜拉索索力與損傷定位的無損檢測。
背景技術：
斜拉索在大橋承力部件中扮演著重要的角色，但是隨著斜拉索使用時間的推移，索力值和疲勞損傷缺陷是斜拉索健康狀態的兩個重要評價指標。應力是在役斜拉索最直接也是最重要的評價指標，鋼索的應力水平發生變化會出現突發斷裂，造成嚴重工程事故。疲勞損傷缺陷也是斜拉索健康狀態的重要評價指標，常見的疲勞損傷缺陷有：鏽蝕、變形、斷絲及磨損等。本發明設計了斜拉索索力與損傷缺陷檢測用脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統。
技術實現要素：
本發明的目的為提供能夠實現斜拉索索力與損傷定位無損檢測的脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統。
為實現上述目的，本方發明用如下技術方案：斜拉索索力與損傷定位無損檢測的脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統，該系統包括勵磁源、中控箱、傳感器結構；中控箱通過四個螺絲定位在傳感器結構表面上，勵磁源通過電纜線與中控箱連接，實現對傳感器結構的信號傳輸功能。
傳感器結構包括勵磁線圈(4)、感應線圈(5)、溫度傳感器(9)、霍爾傳感器(7)和隧道磁阻傳感器陣列環(8)，隧道磁阻傳感器陣列環(8)為TMR陣列環。勵磁線圈(4)和感應線圈(5)均繞在線圈骨架上，傳感器屏蔽層(3)和線圈骨架通過傳感器結構兩端的限位端蓋進行固定定位。隧道磁阻傳感器陣列環屏蔽層(6)、隧道磁阻傳感器陣列環(8)、霍爾傳感器(7)、溫度傳感器(9)放置在傳感器內表面的設置固定位置的凹槽中固定。傳感器導輪(2)沿著待測斜拉索(1)周向等間距布置。
勵磁源通過充放電電路與開關直流電源實現不同方式的勵磁模式。傳感器導輪(2)的移動和緊固決定傳感器的工作模式，在隧道磁阻傳感器陣列環(8)和整個傳感器外層都設計屏蔽層，分別為隧道磁阻傳感器陣列環屏蔽層(6)和傳感器屏蔽層(3)，避免了外界幹擾磁場對測量結果的影響，提高檢測系統的準確性。
斜拉索索力與損傷檢測用脈衝磁彈與漏磁一體化檢測系統，採用與電感線圈相匹配的充放電電路和開關直流電源作為勵磁源，輸出脈衝電流至傳感器的勵磁線圈對斜拉索結構進行飽和脈衝勵磁，利用三類磁敏元件同步記錄斜拉索結構的磁響應過程，包括霍爾元件測取表面勵磁場強度、兩段串接式感應線圈接收磁感應信號、內嵌於屏蔽殼的隧道磁阻傳感器陣列環採集表面漏磁場信號，在檢測系統不移動模式下，利用表面勵磁場強度和磁感應信號得到退磁曲線，提取特徵參數對索力進行檢測；在檢測系統沿鋼索掃查模式下，利用表面漏磁場信號對缺陷進行檢測定位。
一體化傳感器沿著斜拉索的軸向方向安裝固定，在不同的檢測要求選擇傳感器對應的工作模式，一共為兩種工作模式。
傳感器在兩種工作模式下，三類磁敏元件的工作方式完全相同，但勵磁源和霍爾元件的作用不同，具體為：檢測系統不移動模式下，採用充放電電路提供持續時間0.1～1.0秒的單向脈衝輸入至勵磁線圈，霍爾元件實時測量輸出電壓信號作為控制參數，通過電壓反饋電路實現表面勵磁場強度的調整；在掃查模式下，採用開關直流電源作為勵磁源，開關頻率處於50Hz～1kHz範圍，此時霍爾元件輸出信號經過傅立葉變換後，計算總諧波畸變率，與採集的表面漏磁場信號一併用於缺陷檢測。
本發明採用以上技術方案，使得一體化檢測系統具有測量斜拉索索力與損傷定位的雙功能，利用一體化系統可對斜拉索的索力與損傷進行檢測和定位。
附圖說明
圖1為本發明檢測系統整體測量安裝示意圖。
圖2為一體化檢測系統傳感器示意剖面圖。
圖3為一體化檢測系統索力檢測原理框圖。
圖4為一體化檢測系統缺陷檢測定位原理框圖。
圖中：1-待測斜拉索，2-傳感器導輪，3-傳感器屏蔽層，4-勵磁線圈，5-感應線圈，6-隧道磁阻傳感器陣列環屏蔽層，7-霍爾傳感器，8-隧道磁阻傳感器陣列環，9-溫度傳感器。
具體實施方式
一體化傳感器沿著斜拉索的軸向方向安裝固定，在不同的檢測要求選擇傳感器對應的工作模式，一共為兩種工作模式。
如圖1為斜拉索索力與損傷測量的一體化檢測系統整體安裝示意圖。圖1中，將傳感器裝在待測斜拉索(1)，傳感器導輪(2)的移動與緊固決定傳感器的兩種工作模式(索力測量模式和損傷檢測模式)。硬體電路與傳感器通過信號線與傳感器可靠連接，保證信號的準確傳輸，其中傳感器屏蔽層(3)起到屏蔽外界磁場幹擾的作用。
傳感器在兩種工作模式下，三類磁敏元件的工作方式完全相同，但勵磁源和霍爾元件的作用不同，具體為：檢測系統不移動模式下，採用充放電電路提供持續時間0.1～1.0秒的單向脈衝輸入至勵磁線圈，霍爾元件實時測量輸出電壓信號作為控制參數，通過電壓反饋電路實現表面勵磁場強度的調整；在掃查模式下，採用開關直流電源作為勵磁源，開關頻率處於50Hz～1kHz範圍，此時霍爾元件輸出信號經過傅立葉變換後，計算總諧波畸變率，與採集的表面漏磁場信號一併用於缺陷檢測。