CN120214077A 一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统与方法

(72)发明人陈迎春刘佳伟杜修力韩强温佳年姚国栋董翔宇限公司11335一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统与方法本发明公开了一种基于涡流效应的钢索损采集线圈感应的电压信号来描述钢索的损伤情21.一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，包括对扣式传感器、激励模所述对扣式传感器包括对扣式骨架以及设置在对扣式骨架上的激励线圈和信号采集线圈，所述对扣式传感器安装在待测钢索上；所述激励线圈通过激励模块连接线与所述激励模块相连，所述信号采集线圈通过信号采集模块连接线与所述电磁信号采集模块相连；所述数据处理模块与所述激励模块和电磁信号采集模块相连，用于实时采集信号采集线圈的感应电压以及激励线圈的激励电流，并进行计算，计算等效串联电阻与等效串联电所述数据分析装置实时接收无线通讯模块所上传的数据，并绘制随检测位置变化的等效串联电阻值和等效串联电抗值图表。2.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述激励线圈和信号采集线圈均为一匝，采用PCB线圈；所述激励线圈由两个对称布置的线圈组成，通过漆包线连接以确保两激励线圈的电流方向相反；所述信号采集线圈为单个线圈，位于两个激励线圈的中轴线的中间平面上；所述对扣式骨架采用高强度树脂材料以卡扣方式实现两者对扣。3.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述激励模块、电磁信号采集模块和数据处理模块被整合到单一单片机中。4.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述激励模块5.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述电磁信号采集模块由两级放大电路组成，用于实现对信号的放大。6.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述数据分析装置能够配置不同的波特率，并实时通过无线通讯模块显示数据处理模块上传的数据。7.如权利要求1所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统，其特征在于，所述钢索损伤检测系统适用于对铁磁性材料钢索，包括钢绞线和平行钢丝索的损伤程度进行表征。8.一种基于如权利要求1~7中任一项所述的基于涡流效应的钢索损伤检测系统的检测步骤1:在钢索上安装对扣式传感器，对扣式传感器的激励线圈与激励模块接口相连，对扣式传感器的信号采集线圈与电磁信号采集模块相连；步骤2:配置激励模块，选择所需的激励频率下载程序以提供相应频率的正弦激励；步骤3:配置电磁信号采集模块，选择适当的放大倍数；步骤4:配置数据处理模块，安装无线通信模块；数据处理模块对采集到的数据进行处理，计算出等效串联电阻值和等效串联电抗值，并通过无线通信模块上传到数据分析装置；步骤5:配置数据分析装置，安装无线通信模块，选择所需的波特率，接收数据处理模块传输的等效串联电阻值和等效串联电抗值；步骤：6:通过匀速移动对扣式传感器，实时采集信号采集线圈的感应电压信号和激励线圈的激励电流信号，数据分析装置实时显示数据，并显示数据与位移的关系曲线；步骤7:通过分析测得的等效串联电阻值和等效串联电抗值来描述斜拉索损伤情况。3技术领域[0001]本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于涡流效应的钢索损伤检测方法及系统，适用于大跨度桥梁工程和大型建筑工程结构等领域。背景技术[0002]随着经济与建筑行业的不断发展，斜拉桥、悬索桥等索桥在交通建设中得到了广泛应用。钢索作为索桥的主要承重结构，其安全性受到广泛关注。过载现象、急剧的温度变化以及复杂的外部环境等因素可能导致钢索PE套的老化与开裂，从而使钢索在空气和雨水的作用下产生锈蚀，进而引发钢索内部的断丝损伤。断丝损伤的出现对钢索的破坏性极大，可能导致其承载能力降低，并引发应力集中现象，进而影响钢索的使用性能，甚至对整个桥梁的安全性造成显著影响。因此，定期对钢索进行损伤检测变得至关重要，针对钢索断丝损伤的检测也是无损检测领域研究的重点之一。因此，实现对钢索损伤的精准且便利的检测已成为众多研究的重点。[0003]近年来，涡流检测技术逐步成熟，利用涡流效应进行损伤状况检测。该技术具有高精度、快速检测的优点，然而目前大多数传感器装置过于复杂，检测系统缺乏灵活性，装置[0004]综上所述，尽管当前已有许多关于钢索损伤检测方法的研究，但对钢索损伤的高效检测仍存在挑战。装置需要进一步优化，检测系统的灵活性亦需提升，同时装置体积也需要减小。发明内容[0005]针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统与方法，从而实现对钢索损伤检测系统和传感器的优化。[0006]本发明公开了一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统，包括对扣式传感器、激励模块、电磁信号采集模块、数据处理模块与数所述对扣式传感器包括对扣式骨架以及设置在对扣式骨架上的激励线圈和信号采集线圈，所述对扣式传感器安装在待测钢索上；所述激励线圈通过激励模块连接线与所述激励模块相连，所述信号采集线圈通过信号采集模块连接线与所述电磁信号采集模块相所述数据处理模块与所述激励模块和电磁信号采集模块相连，用于实时采集信号采集线圈的感应电压以及激励线圈的激励电流，并进行计算，计算等效串联电阻与等效串联电抗的大小，并通过无线通讯模块上传；所述数据分析装置实时接收无线通讯模块所上传的数据，并绘制随检测位置变化的等效串联电阻值和等效串联电抗值图表。[0007]作为本发明的进一步改进，所述激励线圈和信号采集线圈均为一匝，采用PCB线圈；所述激励线圈由两个对称布置的线圈组成，通过漆包线连接以确保两激励线圈的电流4方向相反；所述信号采集线圈为单个线圈，位于两个激励线圈的中轴线的中间平面上；所述对扣式骨架采用高强度树脂材料以卡扣方式实现两者对扣。[0008]作为本发明的进一步改进，所述激励模块、电磁信号采集模块和数据处理模块被整合到单一单片机中。[0009]作为本发明的进一步改进，所述激励模块的激励频率在1KHz至200KHz范围内调[0010]作为本发明的进一步改进，所述电磁信号采集模块由两级放大电路组成，用于实现对信号的放大，最高可达1至1000,000倍。[0011]作为本发明的进一步改进，所述数据分析装置能够配置不同的波特率，并实时通过无线通讯模块显示数据处理模块上传的数据。[0012]作为本发明的进一步改进，所述钢索损伤检测系统适用于对铁磁性材料钢索，包括钢绞线和平行钢丝索的损伤程度进行表征。[0013]本发明还公开了一种基于涡流效应的钢索损伤检测方法，包括：步骤1:在钢索上安装对扣式传感器，对扣式传感器的激励线圈与激励模块接口相连，对扣式传感器的信号采集线圈与电磁信号采集模块相连；步骤2:配置激励模块，选择合适的激励频率下载程序以提供相应频率的正弦激步骤3:配置电磁信号采集模块，选择适当的放大倍数；步骤4:配置数据处理模块，安装无线通信模块；数据处理模块对采集到的数据进行处理，计算出等效串联电阻值和等效串联电抗值，并通过无线通信模块上传到数据分析步骤5:配置数据分析装置，安装无线通信模块，选择合适的波特率，接收数据处理模块传输的等效串联电阻值和等效串联电抗值；步骤：6:通过匀速移动对扣式传感器，实时采集信号采集线圈的感应电压信号和激励线圈的激励电流信号，数据分析装置实时显示数据，并显示数据与位移的关系曲线；步骤7:通过分析测得的等效串联电阻值和等效串联电抗值来描述斜拉索损伤情[0014]实施本发明的这种基于涡流效应的钢索损伤检测系统与方法，具有以下有益效1、本发明基于涡流效应的钢索损伤检测系统具备高度集成化、高检测精度的优势。该系统提供可调节的激励电流频率和接收信号放大倍数，同时实现整体装置的小型化，具备优异的钢索损伤检测能力。[0015]2、本发明的扣式传感器结构独特，激励线圈和信号采集线圈均采用单匝线圈构成。激励线圈由两部分组成，电流方向相反，实现磁场的差分。这种传感器结构具有强大的[0016]3、本发明能够同时获取两个准确表征钢索损伤的信号值，增强了钢索损伤检测的可靠性。无需对信号采集线圈接收到的衍生信息进行二次分析，可直接通过观察当前的等效串联电阻值或等效串联电抗值的变化来确定拉索的损伤情况。5损伤的检测曲线具有极高的重复性。附图说明[0018]图1为本发明公开的基于涡流效应的钢索损伤检测系统的整体安装示意图；图2为本发明公开的对扣式传感器的示意剖面图；图3为本发明公开的单片机的工作流程图；图4为本发明公开的基于涡流效应的钢索损伤检测方法的工作流程图。具体实施方式[0020]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它[0021]为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明做进一步详细的描述。[0022]如图1、2所示，本发明提供了一种基于涡流效应的钢索损伤检测系统，包括：对扣式传感器2、单片机3和数据分析装置4;对扣式传感器2包括对扣式骨架12以及安装在对扣式骨架12上的激励线圈5和信号采集线圈6,单片机3包括激励模块、电磁信号采集模块、数据处理模块和无线通讯模块9,所述对扣式传感器2安装在待测钢索1上，所述激励线圈5通过激励模块连接线7与所述激励模块相连，所述信号采集线圈6通过信号采集模块连接线8与所述电磁信号采集模块相连；所述数据处理模块与所述激励模块和电磁信号采集模块相将对扣式传感器2安装在钢索1上，激励线圈5通过激励模块连接线7与单片机3的激励模块相连，信号采集线圈6通过信号采集模块连接线8与单片机3的电磁信号采集模块相连。将无线通讯模块9安装在单片机3上，并调整单片机3上的激励模块至适当的激励频率，加载程序。调整单片机3上信号采集模块的可调节电阻，配置装置4外部连接相同的无线通讯模块9,实现数据的通讯和上传。[0023]在上述实施方案中，优选地，将激励模块连接线7和信号采集模块连接线8设计为[0024]在上述实施方案中，优选地，将对扣式传感器2与钢索1尽可能贴合，使二者同轴，以提高检测精度。[0025]对扣式传感器的结构如图2所示，包括激励线圈5、信号采集线圈6、PCB骨架10包线11和对扣式骨架12。激励线圈5和信号采集线圈6均为单匝PCB线圈。激励线圈5由两个对称布置的线圈构成，通过漆包线11连接，以确保它们的激励电流方向相反，形成差分磁场，从而减弱一次磁场对检测结果的影响；信号采集线圈6为单个线圈，位于两个激励线圈6的中轴线中间平面上。对扣式骨架12采用高强度树脂材料，以卡扣的方式实现两者的对扣。经过电流感应放大器进行放大，为激励线圈提供正弦激励。同时，将正弦激励电流反馈给压，并将电压值输入一级放大电路进行第一级放大，可调放大倍数为1-1000倍。放大后进入取感应电压的大小，构成整个信号采集模块。在MCU内部进行相应的运算，计算出等效串联电阻值与等效串联电抗值。计算后进行正交解调与平滑滤波，过滤干扰信号与噪声，并将数据打包发送至无线通讯模块9,形成整个数据处理模块。随后，无线传输模块将数据发送至数据分析装置4,实现数据的传输与分析。[0027]如图4所示，本发明提供一种基于涡流效应的钢索损伤检测方法，该检测方法是基于上述的斜拉索损伤检测系统实现的；该检测方法不仅适用于钢绞线拉索和平行钢丝索的损伤表征，也适用于其他铁磁材料钢索的损伤表征，钢索损伤检测的具体步骤如下：S1:对扣式传感器2的漆包线两端使用小刀去除外部漆层并进行镀锡处理，连接上下两个激励线圈5,实现激励电流的反向差分。将对扣式传感器2安装在钢索1上，尽可能保证二者的同轴性，并使其尽可能贴合。通过射频线将激励线圈5连接到单片机3的激励模块接口，并将信号采集线圈6连接到单片机3的接收模块接口。[0028]S2:配置电磁信号采集模块，通过调节一级放大电路和二级放大电路的可调电阻[0029]S3:配置激励模块，选择合适的激励频率，并在MCU控制程序中将激励频率设置为适当的数值。通过STLink连接到单片机3,下载编写好的程序，以提供适当频率的正弦激励[0030]S4:配置数据处理模块，并安装无线通讯模块9。通过主控程序对采集到的数据进行处理，计算出等效串联电阻值和等效串联电抗值，进行正交解调和平滑滤波，尽可能滤除干扰和噪音，以确保检测信号的完整性，并通过无线通讯模块9上传至数据分析装置4。[0031]S5:配置数据分析装置4,该装置为自行编写并安装在电脑上的上位机，可选择不同的波特率。在进行钢索损伤检测时，将电脑的USB插口与另一个无线通讯模块9连接，并在上位机上选择适当的波特率。随后，点击开始采集按钮，接收数据处理模块传输的等效串联电阻值和等效串联电抗值。[0032]S6:在确保钢索1与对扣式传感器2对轴性的前提下，匀速移动对扣式传感器