一种基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置的制作方法

本实用新型主要涉及到桥梁工程技术领域，特指一种基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置。

背景技术：

吊杆作为中下承式拱桥、悬索桥等大跨桥梁的主要承重构件，其长期处于露天环境中，受到外界因素影响，护套老化损伤严重；若防护不当，雨水等侵蚀物渗入护套会加速钢丝的锈蚀损伤甚至断裂。同时，反复车辆荷载作用下吊杆内高强钢丝的疲劳问题日益引起广泛关注，腐蚀会进一步加剧钢丝的疲劳断裂过程，显著降低其使用寿命。国内外已发生多起因吊杆破坏引起的桥梁安全事故，造成恶劣的社会影响和惨重的经济损失。因此，有必要对桥梁吊杆进行有效的破损及断丝检测。

传统对大跨桥梁吊杆的检测以人工为主，不仅人力物力耗费高、工作效率低、且检测精度难以保障。近年来，漏磁法被广泛应用于桥梁结构检测领域，但漏磁传感器结构较为复杂，在实际检测过程中，主要为单点检测，且漏磁检测信号易受环境噪声的影响，对缺陷信号的准确识别尚面临挑战。

磁致伸缩传感器利用铁磁材料在交变磁场作用下的长度变化，可以激励和接收超声导波，依据超声导波的基本特征，通过计算机系统控制，可实现对吊杆的长距离检测。与漏磁法相比，磁致伸缩法在提高检测效率的同时，检测信号的辨识度也明显增强。

然而，常规套筒式螺线管线圈的磁致伸缩传感器需在吊的自由端进行安装，再移至检测位置对其进行固定。在实际工程中，桥梁吊杆两端已锚固固定，不存在自由端，使得套筒式感应线圈难以满足实际需求。因此，提供一种适用于现场拼装的桥梁吊杆有效检测装置，成为本领域技亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种结构简单紧凑、装配简便、适用范围广的基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置，包括：

线圈装配机构，包括两片以上的弧形基体，所有所述弧形基体合围在吊杆外侧形成固定式基体结构；

线圈单元，包括激励线圈和接收线圈，所述激励线圈和接收线圈缠绕在基体结构的外侧；

磁路永磁体结构，包括轭铁，所述轭铁上设置有一组以上的永磁单元，每组永磁单元均包括鞍片、永磁体和夹片，所述永磁体与轭铁相连，用于产生匀强磁场；所述鞍片用于连接永磁体与夹片，所述夹片用来与线圈装配机构相连并形成夹持式固定结构。

作为本实用新型的进一步改进：所述激励线圈通入交流电时可在吊杆内部形成交变磁场，磁畴受交变磁场的作用发生来回偏转，致使材料外观尺寸会发生变化，产生磁致伸缩应变，进而激发超声导波；所述超声导波回波回传到所述接收线圈时，铁磁材料产生逆磁致伸缩应变，导致其磁感应强度变化，所述接收线圈在变化的磁场中可感生出变化的电压，将电压信号传入数字示波器转换为数字信号，并连接计算机软件系统进行处理。

作为本实用新型的进一步改进：所述永磁单元为两组，分别位于轭铁上的两端。

作为本实用新型的进一步改进：所述轭铁沿着吊杆的轴向方向布置，用于导通磁路并封闭磁力线。

作为本实用新型的进一步改进：所述夹片的位置处设置一个调节机构，用来调节夹片夹持和连接的效果。

作为本实用新型的进一步改进：所述调节机构包括螺杆和螺帽，所述螺杆穿过夹片并位于夹片的两侧，利用螺帽在螺杆上的滑动即调节夹片的张合程度，

作为本实用新型的进一步改进：所述激励线圈和所述接收线圈均由三段组成，分别与磁路永磁体结构组成磁路激励传感器和磁路接收传感器。

作为本实用新型的进一步改进：所述三段激励线圈和所述接收线圈的中段漆包线的绕线与首段和尾段的绕线方向相反。

作为本实用新型的进一步改进：所述线圈装配机构中每个弧形基体上两个环形突起分为三段，所述环形突起的中间留有供导线穿过的缺口。

作为本实用新型的进一步改进：还包括计算机，所述计算机收到超声导波回波波形信号后，通过正常回波与缺陷回波进行对比可确定吊杆是否存在缺陷；通过基于反射信号的传播时间t和激励导波的群速度vg计算传播距离l＝vg·t，从而确定吊杆缺陷所在位置。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置，结构简单紧凑、装配简便，采用分离套筒进行现场扣合安装，并将三个单磁路永磁体结构通过夹片连接在一起，通过螺杆和螺帽进行固定，形成三磁路永磁体结构，操作简单方便。

2、本实用新型的基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置，基于磁致伸缩原理，激励传感器产生超声导波沿吊杆轴向传播，遇到缺陷后的回波经接收传感器接收后，将回波信号通过处理系统进行分析，即可确定缺陷位置，从而实现对吊杆破损及断丝的长距离检测。另外，鉴于吊杆锚头处构造复杂，本实用新型无须将检测装置移动便可对其进行检测，检测精度高，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型实施例的破损及断丝检测工作示意图。

图2是本实用新型实施例的检测装置安装位置示意图。

图3是本实用新型的实施例的原理图。

图4是本实用新型的实施例磁致伸缩感应器立体分解示意图。

图例说明：

1、平行钢丝；2、断裂钢丝；3、pe护套；4、护套裂纹；5、鞍片；6、永磁体；7、轭铁；8、夹片；9、激励线圈；10、接收线圈；11、螺杆；12、螺帽；13、弧形基体；14、导线；15、超声导波；16、超声导波回波；17、环形突起。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-图4所示，本实用新型的基于磁致伸缩法的桥梁吊杆破损及断丝检测装置，包括：

线圈装配机构，包括两片以上的弧形基体，所有所述弧形基体合围在吊杆外侧形成固定式基体结构。

线圈单元，包括激励线圈9和接收线圈10，所述激励线圈9和接收线圈10缠绕在基体结构的外侧；所述激励线圈9通入交流电时可在吊杆内部形成交变磁场，磁畴受交变磁场的作用发生来回偏转，致使材料外观尺寸会发生变化，产生磁致伸缩应变，进而激发超声导波；所述超声导波回波回传到所述接收线圈10时，铁磁材料产生逆磁致伸缩应变，导致其磁感应强度变化，所述接收线圈10在变化的磁场中可感生出变化的电压，将电压信号传入数字示波器转换为数字信号，并连接计算机软件系统进行处理。

磁路永磁体结构，包括沿着吊杆的轴向方向布置的轭铁7，所述轭铁7用于导通磁路并封闭磁力线；所述轭铁7上设置有一组以上的永磁单元，每组永磁单元均包括鞍片5、永磁体6和夹片8，所述永磁体6与轭铁7相连，用于产生匀强磁场；所述鞍片5用于连接永磁体6与夹片8，所述夹片8用来与线圈装配机构相连并形成夹持式固定结构。

在具体应用实例中，永磁单元为两组，分别位于轭铁7上的两端。

在具体应用实例中，进一步地，所述永磁体6根据实际需要可以选用稀土材料钕铁硼制成，所述轭铁7、鞍片5和夹片8均由优质碳素结构钢制成，所述的永磁体6、轭铁7、鞍片5、夹片8可以通过焊接形成单磁路永磁体结构。可以理解，只要能够满足本实用新型的需要，采用其他材料或者连接方式，例如不采用焊接方式而是通过连接件的装配方式连接等等，这都应该在本实用新型的保护范围之内。

在具体应用实例中，所述轭铁7的长度由磁路内需产生的磁感应强度决定，其横截面面积需保证磁铁产生的磁通能最大限度地通过轭铁。

作为较佳的应用实例，本实例中进一步在夹片8的位置处设置一个调节机构，用来调节夹片8夹持和连接的效果。该调节机构可以根据实际需要采用螺杆11和螺帽12的方式，即螺杆11穿过夹片8并位于夹片8的两侧，利用螺帽12在螺杆11上的滑动即可以调节夹片8的张合程度，进而调节夹片8夹持和连接的效果。可以理解，对夹片8的调节目的是保证夹持的效果，那么只要能够满足这个需求，其他的方式也应该在本实用新型的保护范围之内。当然，在另外的实施例中，调节夹片8也可以采用弹性材料制成的结构，那么利用其本身的弹性也可以进行自适应调节。

在具体应用实例中，吊杆的结构中一般包括平行钢丝1和pe护套3，所述平行钢丝1和pe护套3均为铁磁体材料，材料内部分为很多磁畴，各磁畴具有一定极化方向并在材料内部自由排列。在无外加磁场时，铁磁体材料对外表现出磁中性，当磁体材料置于外加磁场中将被磁化。而本实用新型中的磁路永磁体结构能够使得所述平行钢丝1和pe护套3材料内部磁畴偏转。

作为较佳的应用实例，所述激励线圈9和所述接收线圈10均由三段组成，用以产生更好的磁致伸缩效果，分别与磁路永磁体结构组成磁路激励传感器和磁路接收传感器。

在具体应用实例中，所述激励线圈9和接收线圈10的漆包线为均为铜质漆包线，即选用漆包线绕制基体结构，且中段漆包线的绕线与首段和尾段的绕线方向相反。

作为较佳的应用实例，在本实例中所述线圈装配机构由两个半弧形基体13组成，每个弧形基体13被两个环形突起17分为三段，环形突起17的中间留有供导线穿过的缺口。

在具体使用过程中，本实用新型中交流电的输入具体为：函数发生器产生正弦脉冲信号，经功率放大器放大后输入至激励传感器的激励线圈9。那么，超声导波沿轴向传播过程中，若遇到所述的断裂钢丝2或/和所述的护套裂纹4时，部分信号波在波导界面发生反射，产生复杂的波形转换以及波形耦合，超声导波回波波形发生变化。

进一步地，在采集到上述信号反馈之后，计算机处理过程包括：通过正常回波与缺陷回波进行对比可确定吊杆是否存在缺陷；通过基于反射信号的传播时间t和激励导波的群速度vg计算传播距离l＝vg·t，从而确定吊杆缺陷所在位置。

在一个具体应用实例中，本实用新型上述检测装置的使用过程包括以下步骤：

s1：对吊杆进行外观检查，选取合适的位置安装激励传感器和接收传感器；

s2：分别将激励线圈9和接收线圈10的两个弧形塑料基体13在吊杆上进行扣合组装，并在基体上绕制三段线圈，首尾两端分别留出一定长度的导线；

s3：分别将激励传感器和接收传感器的轭铁、永磁体、鞍片组成的单磁路永磁体结构通过夹片进行装配连接，使用螺杆和螺帽进行调节固定，从而形成三磁路永磁体结构；

s4：将激励传感器与功率放大器及函数发生器连接，将接收传感器接与数字示波器连接，再将函数发生器和数字示波器连接至计算机；

s5：启动装置，进行磁致伸缩超声导波无损检测，通过正常回波与缺陷回波进行对比可确定吊杆是否存在缺陷；通过基于反射信号的传播时间t和激励导波的群速度vg计算传播距离l＝vg·t，从而确定吊杆缺陷所在位置。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。