CN106093184B - 桥梁拉索电磁探伤装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁拉索电磁探伤装置及其应用，涉及桥梁拉索无损检测领域，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。桥梁拉索无损检测系统，包括桥梁拉索电磁探伤装置；与励磁线圈相连的绝缘栅双极型晶体管；与绝缘栅双极型晶体管相连的供电装置；与绝缘栅双极型晶体管相连的计算机。信号处理装置，用于接收并处理全部探测线圈发出的损伤信号，并将处理后的损伤信号发送给计算机。本发明的桥梁拉索电磁探伤装置探测面积大且重量轻能够被对人不易到达的高空桥梁拉索进行检测，本发明的桥梁拉索无损检测系统可调节探测灵敏度，能提高探测准确率。

Description

桥梁拉索电磁探伤装置及其应用

技术领域

本发明涉及桥梁拉索无损检测领域，具体涉及一种桥梁拉索电磁探伤装置及其应用。

背景技术

目前，大量以桥梁为代表的建筑采用了缆索体系结构，重要受力构件拉索的无损检测已经成为桥梁结构安全与健康方面日益受关注的问题。由于这些拉索的长度很长，架空高度较高，采用人工检测的方式很危险同时检测效果也不理想。机器人搭载无损探伤仪器进行检测是比较安全可靠的技术手段，但要求探伤仪器重量尽可能轻、体积尽可能小、能耗尽可能低、数据尽可能可靠。

现有多种技术方案提出对拉索实现无损检测，其中视频拍照已经实现拉索表层的外观缺陷检测。至于拉索内部的无损探伤检测，目前主要有基于霍尔的漏磁探伤、声发射、X射线等方法。但是，声发射方案实现技术难度较大，X射线方案体积重量大，耗能高，所以这两种方案仅适合于钢索下锚头的探伤检测。因此，比较适合桥梁拉索检测的方案是漏磁探伤。

采用永磁体结合霍尔元件方式的漏磁探伤是现有钢丝绳检测比较成熟可靠的技术，在矿山、管道等领域应用较多，市场也有比较完善的产品。但是对于同样是钢丝绳的桥梁拉索，该技术方案却在桥梁拉索的检测中遇到了较多问题：其一是，霍尔元件的灵敏度不高，必须尽可能贴近钢索表面，然而桥梁拉索表层有近一公分厚的PE护套。其二是桥梁拉索直径较大，霍尔元件的体积非常小，探测面积也小，即使沿钢索一周布置8个霍尔元件，有效的探测面积仍不到钢索外周的10％，使得大部分钢索表面漏检。其三是霍尔元件需要在较强磁场下工作，必须外加永磁体。随着钢丝的直径增大，外加的永磁体及其固定结构的体积和重量急剧增加，这对在固定地点检测运动的钢丝绳没有问题，但不适应处于高空位置的桥梁拉索。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种探测面积大且能适应探测高空位置的桥梁拉索的桥梁拉索电磁探伤装置。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种桥梁拉索电磁探伤装置，其用于探测所述桥梁拉索的断丝，包括：套筒，所述套筒外壁上固定有多个励磁线圈，所述套筒内壁上还设有多个凹槽，每个所述凹槽内固定有用于探测所述断丝处漏磁磁通的探测线圈。

在上述技术方案的基础上，所述套筒包括可拆卸地固定在一起的第一本体和第二本体，每个所述励磁线圈均包括可拆卸地两部分，其中一部分固定在所述第一本体上，另一部分固定在所述第二本体上，当所述第一本体和第二本体固定后，每个所述励磁线圈由可拆卸地两部分合为一体形成闭合环路。

在上述技术方案的基础上，所述第一本体包括第一侧端面和第二侧端面，所述第一侧端面上设有和所述励磁线圈数量相同的插槽，所述第二侧端面上设有和所述励磁线圈数量相同的插头；所述第二本体包括第三侧端面和第四侧端面，所述第三侧端面上设有和所述励磁线圈数量相同的插头，所述第四侧端面上设有和所述励磁线圈数量相同的插槽，所述插槽的内壁和插头的前端为导体，所述第一本体和第二本体上的的励磁线圈的一端与所述插槽连接，另一端与所述插头连接。

在上述技术方案的基础上，所述第一本体和第二本体的材料为以ABS线材经3D打印机打印制作出的不导磁材料。

在上述技术方案的基础上，所述套筒为圆形套筒，所述套筒上设有两圈沿所述套筒内壁的圆周方向均匀设置的凹槽，每一圈所述凹槽的数量为n，其中20≤n≤30，每个所述凹槽内固定有一个所述探测线圈，且所述凹槽内固定的所述探测线圈为方形。

与此同时，本发明还提供一种可调节探测灵敏度且探测面积大的桥梁拉索无损检测系统。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种桥梁拉索无损检测系统，包括上述桥梁拉索电磁探伤装置，所述桥梁拉索无损检测系统还包括：

绝缘栅双极型晶体管，其与所述励磁线圈相连；

供电装置，其与所述绝缘栅双极型晶体管相连；

计算机，其与所述绝缘栅双极型晶体管相连；以及

信号处理装置，其用于接收并处理全部所述探测线圈发出的损伤信号，并将处理后的损伤信号发送给所述计算机。

在上述技术方案的基础上，所述供电装置包括储能电容和直流电源，所述储能电容一端与所述绝缘栅双极型晶体管相连，另一端与所述直流电源相连；所述信号处理装置包括依次相连的滤波器、信号放大器和模数转换器，所述滤波器与全部的所述探测线圈相连，所述模数转换器与所述计算机相连。

与此同时，本发明还提供一种能提高探测准确率的的方法。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种利用上述桥梁拉索无损检测系统检测桥梁拉索的方法，该方法包括以下步骤：

S1.将所述桥梁拉索电磁探伤装置固定在桥梁拉索上，使所述励磁线圈位于所述桥梁拉索的待检段位置；

S2.所述计算机提供指令，并通过所述绝缘栅双极型晶体管控制所述励磁线圈中脉冲电流的频率和脉宽；

S3.所述信号处理装置将从所述探测线圈接收到的损伤信号进行处理，并发送给所述计算机；

S4.所述计算机接收处理后的损伤信号，分析判断后完成所述桥梁拉索的检测。

在上述技术方案的基础上，所述励磁线圈的法线方向与任意一个所述探测线圈的法线方向正交。

在上述技术方案的基础上，所述信号处理装置包括依次相连的滤波器、信号放大器和模数转换器，所述滤波器与全部的所述探测线圈相连，所述模数转换器与所述计算机相连。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中的桥梁拉索电磁探伤装置，其上设有多个用于探测桥梁拉索断丝处漏磁磁通的探测线圈，探测线圈相比传统的霍尔元件，其探测面积大，可以实现桥梁拉索的全部检测，减少漏检的情况。此外本发明中的桥梁拉索电磁探伤装置，其不需要外加永磁体，其体积小重量轻，能更好的适应处于高空位置的桥梁拉索的探测。

(2)本发明中的桥梁拉索无损检测系统，其用脉冲大电流激励使励磁线圈产生自由振荡，从而对桥梁拉索进行交变磁场励磁，用与励磁磁场成正交方向的探测线圈探测桥梁拉索断丝形成的漏磁磁通。利用本桥梁拉索无损检测系统检测时，其探测灵敏度不像霍尔元件那样仅仅取决于霍尔元件的灵敏度，而是取决于激励电路和放大、滤波、鉴波等电路的性能，从而可以通过本桥梁拉索无损检测系统来改变探测灵敏度，最终提高了探测准确率。

附图说明

图1为本发明中桥梁拉索电磁探伤装置的结构示意图；

图2为本发明中第一本体的结构示意图；

图3为本发明中第二本体的结构示意图；

图4为本发明中桥梁拉索无损检测系统的示意框图。

图中：1-套筒，11-凹槽，12-第一本体，12a-第一侧端面，12b-第二侧端面，13-第二本体，13a-第三侧端面，13b-第四侧端面，14-插槽，15-插头，2-励磁线圈，3-探测线圈，4-绝缘栅双极型晶体管，5-供电装置，51-储能电容，52-直流电源，6-计算机，7-信号处理装置，71-滤波器，72-信号放大器，73-模数转换器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明提供一种桥梁拉索电磁探伤装置，其用于探测桥梁拉索的断丝，包括套筒1，在套筒1外壁上固定有多个励磁线圈2，励磁线圈2的数量可以根据需要合理设定。同时参见图2所示，套筒1内壁上还设有多个凹槽11，每个凹槽11内固定有用于探测桥梁拉索断丝处漏磁磁通的探测线圈3。

参见图2和图3所示，为了方便将本发明中的桥梁拉索电磁探伤装置安装到桥梁拉索上，本发明中的套筒1包括可拆卸地固定在一起的第一本体12和第二本体13，当需要将桥梁拉索电磁探伤装置安装到桥梁拉索时，只需要先拆开第一本体12和第二本体13，然后再将第一本体12和第二本体13扣在桥梁拉索上即可。与此对应的是，每个励磁线圈2均包括可拆卸地两部分，其中一部分固定在第一本体12上，另一部分固定在第二本体13上，当第一本体12和第二本体13固定后，每个励磁线圈2由可拆卸地两部分合为一体形成闭合环路。

具体的，本发明中第一本体12包括第一侧端面12a和第二侧端面12b，第一侧端面12a上设有和励磁线圈2数量相同的插槽14，第二侧端面12b上设有和励磁线圈2数量相同的插头15。第二本体13包括第三侧端面13a和第四侧端面13b，第三侧端面13a上设有和励磁线圈2数量相同的插头15，第四侧端面13b上设有和励磁线圈2数量相同的插槽14。插槽14的内壁和插头15的前端为导体，第一本体12和第二本体13上的的励磁线圈2的一端与插槽14连接，另一端与插头15连接。将第一侧端面12a上的插槽14与第三侧端面13a上的插头15相连，同时将第二侧端面12b上的插头15与第四侧端面13b上的插槽14相连，即可将桥梁拉索电磁探伤装置安装到桥梁拉索上。同时，由于励磁线圈2的两部分本身为导线，当第一本体12和第二本体13固定后，励磁线圈2也由分开的两部分形成了闭合环路。

本发明中的第一本体12和第二本体13材质均为不导磁材料，其中以ABS(Acrylonitrile butadiene Styrene copolymers，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)线材经3D打印机打印制作效果最优。

此外，本发明中的套筒1为圆形套筒，凹槽11沿套筒1内壁的圆周方向均匀设置，且固定在凹槽11内的探测线圈3为方形。为了增大探测面积，达到桥梁拉索表面全覆盖，本发明中的套筒1上设有两圈沿套筒1内壁的圆周方向均匀设置的凹槽11，每一圈的凹槽11数量为n，为了达到最佳检测效果，n的取值范围为20≤n≤30，在保证凹槽11的数量在20-30的前提下，改变凹槽11以及凹槽11内探测线圈3的尺寸即可适应桥梁拉索索径变化。

本发明中的桥梁拉索电磁探伤装置，其不需要外加永磁体，其体积小重量轻，能更好的适应处于高空位置的桥梁拉索的探测。

参见图4所示，本发明还提供一种桥梁拉索无损检测系统，其包括上述的桥梁拉索电磁探伤装置，以及绝缘栅双极型晶体管4、供电装置5、计算机6和信号处理装置7。

绝缘栅双极型晶体管4，其与励磁线圈2相连，通过绝缘栅双极型晶体管4可以控制励磁线圈2中脉冲电流的频率和脉宽，当脉冲电流的频率越高，本发明中桥梁拉索电磁探伤装置探测越灵敏。

供电装置5，其与绝缘栅双极型晶体管4相连。用于给绝缘栅双极型晶体管4提供瞬时电流。本发明中的供电装置5包括储能电容51和直流电源52，储能电容51一端与绝缘栅双极型晶体管4相连，另一端与直流电源52相连。其中，直流电源52为储能电容51提供充电能量，储能电容51给绝缘栅双极型晶体管4提供瞬时电流。

计算机6，其与绝缘栅双极型晶体管4相连，计算机6提供指令，便可通过绝缘栅双极型晶体管4控制励磁线圈2中脉冲电流的频率和脉宽。

信号处理装置7，其一端与全部的所述探测线圈3相连，另一端与所述计算机6相连。信号处理装置7用于接收并处理全部探测线圈3发出的损伤信号，并将处理后的损伤信号发送给计算机6。本发明中的信号处理装置7包括依次相连的滤波器71、信号放大器72和模数转换器73，其中，滤波器71与全部的探测线圈3相连，模数转换器73与所述计算机6相连。通过调整滤波器71和信号放大器72的参数，即可改变桥梁拉索无损检测系统的探测灵敏度，信号处理装置7将从探测线圈3所接收到的损伤信号处理后，经过模数转换器73再发送给计算机6，由计算机6分析判断后完成桥梁拉索的检测。

综上所述，本发明中的桥梁拉索无损检测系统和传统的利用霍尔元件检测的方式相比，探测灵敏度不像利用霍尔元件检测方式那样仅仅取决于霍尔元件的灵敏度，而是取决于激励电路和放大、滤波、鉴波等电路的性能，同时，由于探测线圈3的探测面积覆盖大，可以实现桥梁拉索的全部检测，避免桥梁拉索内部产生漏检。

本发明还提供一种利用上述桥梁拉索无损检测系统检测桥梁拉索的方法，该方法包括以下步骤：

S1.将桥梁拉索电磁探伤装置固定在桥梁拉索上，使励磁线圈2位于桥梁拉索的待检段位置；

为了取得最好的检测效果，本发明中的励磁线圈2的法线方向与任意一个探测线圈3的法线方向正交。

S2.计算机6提供指令，并通过绝缘栅双极型晶体管4控制励磁线圈2中脉冲电流的频率和脉宽；

S3.信号处理装置7对从探测线圈3接收到的损伤信号进行处理，并发送给计算机6；

当桥梁拉索内部无断丝时，穿过探测线圈3的磁通量恒定，探测线圈3中无感应电流，当桥梁拉索内部存在断丝时，桥梁拉索横截面积发生变化，穿过探测线圈3的磁通量发生改变导致探测线圈3中产生感应电流，即损伤信号。

本发明中的信号处理装置7包括依次相连的滤波器71、信号放大器72和模数转换器73，滤波器71与全部的探测线圈3相连。模数转换器73与计算机6相连，调节滤波器71和信号放大器72的参数，可以改变桥梁拉索无损检测系统的检测灵敏度的，从而提高检测准确率。

S4.计算机6接收处理后的损伤信号，分析判断后完成桥梁拉索的检测。

采用本发明中的检测方法，可以避免传统霍尔元件检测方式的不足，检测准确率更高。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种桥梁拉索电磁探伤装置，其用于探测所述桥梁拉索的断丝，其特征在于，包括：套筒(1)，所述套筒(1)外壁上固定有多个励磁线圈(2)，所述套筒(1)包括可拆卸地固定在一起的第一本体(12)和第二本体(13)，所述第一本体(12)和第二本体(13)材质均为不导磁材料，每个所述励磁线圈(2)均包括可拆卸地两部分，其中一部分固定在所述第一本体(12)上，另一部分固定在所述第二本体(13)上，当所述第一本体(12)和第二本体(13)固定后，每个所述励磁线圈(2)由可拆卸地两部分合为一体形成闭合环路，所述套筒(1)内壁上还设有多个凹槽(11)，每个所述凹槽(11)内固定有用于探测所述断丝处漏磁磁通的探测线圈(3)；

所述第一本体(12)包括第一侧端面(12a)和第二侧端面(12b)，所述第一侧端面(12a)上设有和所述励磁线圈(2)数量相同的插槽(14)，所述第二侧端面(12b)上设有和所述励磁线圈(2)数量相同的插头(15)；所述第二本体(13)包括第三侧端面(13a)和第四侧端面(13b)，所述第三侧端面(13a)上设有和所述励磁线圈(2)数量相同的插头(15)，所述第四侧端面(13b)上设有和所述励磁线圈(2)数量相同的插槽(14)，所述插槽(14)的内壁和插头(15)的前端为导体，所述第一本体(12)和第二本体(13)上的的励磁线圈(2)的一端与所述插槽(14)连接，另一端与所述插头(15)连接。

2.如权利要求1所述的桥梁拉索电磁探伤装置，其特征在于：所述不导磁材料为以ABS线材经3D打印机打印制作出的。

3.如权利要求1所述的桥梁拉索电磁探伤装置，其特征在于：所述套筒(1)为圆形套筒，所述套筒(1)上设有两圈沿所述套筒(1)内壁的圆周方向均匀设置的凹槽(11)，每一圈所述凹槽(11)的数量为n，其中20≤n≤30，每个所述凹槽(11)内固定有一个所述探测线圈(3)，且所述凹槽(11)内固定的所述探测线圈(3)为方形。

4.一种桥梁拉索无损检测系统，包括如权利要求1所述的桥梁拉索电磁探伤装置，其特征在于，所述桥梁拉索无损检测系统还包括：

绝缘栅双极型晶体管(4)，其与所述励磁线圈(2)相连；

供电装置(5)，其与所述绝缘栅双极型晶体管(4)相连；

计算机(6)，其与所述绝缘栅双极型晶体管(4)相连；以及

信号处理装置(7)，其用于接收并处理全部所述探测线圈(3)发出的损伤信号，并将处理后的损伤信号发送给所述计算机(6)。

5.如权利要求4所述的桥梁拉索无损检测系统，其特征在于：所述供电装置(5)包括储能电容(51)和直流电源(52)，所述储能电容(51)一端与所述绝缘栅双极型晶体管(4)相连，另一端与所述直流电源(52)相连；所述信号处理装置(7)包括依次相连的滤波器(71)、信号放大器(72)和模数转换器(73)，所述滤波器(71)与全部的所述探测线圈(3)相连，所述模数转换器(73)与所述计算机(6)相连。

6.一种利用权利要求4所述的桥梁拉索无损检测系统检测桥梁拉索的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.将所述桥梁拉索电磁探伤装置固定在桥梁拉索上，使所述励磁线圈(2)位于所述桥梁拉索的待检段位置；

S2.所述计算机(6)提供指令，并通过所述绝缘栅双极型晶体管(4)控制所述励磁线圈(2)中脉冲电流的频率和脉宽；

S3.所述信号处理装置(7)将从所述探测线圈(3)接收到的损伤信号进行处理，并发送给所述计算机(6)；

S4.所述计算机(6)接收处理后的损伤信号，分析判断后完成所述桥梁拉索的检测。

7.如权利要求6所述的检测桥梁拉索的方法，其特征在于：所述励磁线圈(2)的法线方向与任意一个所述探测线圈(3)的法线方向正交。

8.如权利要求6所述的检测桥梁拉索的方法，其特征在于：所述信号处理装置(7)包括依次相连的滤波器(71)、信号放大器(72)和模数转换器(73)，所述滤波器(71)与全部的所述探测线圈(3)相连，所述模数转换器(73)与所述计算机(6)相连。