一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备及方法技术

本发明专利技术涉及一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，包括：多个压电传感器，多个压电传感器分别设置于起重机的起重构件上；多个拨码开关，多个拨码开关分别与多个压电传感器对应连接，用于选择一个压电传感器进行检测；继电器控制模块，继电器控制模块与分别与多个压电传感器连接，用于根据所选择的频段并联阈值匹配的电阻，选择信号的放大倍数；信号测量模块，信号测量模块与继电器控制模块连接，接收信号并对信号扫频，测量电阻抗；以及主控模块，主控模块与信号测量模块连接，接收电阻抗数据并输出至显示终端显示。能够对疲劳裂纹萌生、扩展、断裂的整个过程进行定量监测，实时反映疲劳裂纹的扩展情况。

A Fatigue Crack Propagation Monitoring Equipment and Method for Cranes

The invention relates to a crane fatigue crack growth monitoring device, which includes: a plurality of piezoelectric sensors, a plurality of piezoelectric sensors are respectively arranged on the crane lifting parts; a plurality of dial switches, a plurality of dial switches are respectively connected with a plurality of piezoelectric sensors to select a piezoelectric sensor for detection; a relay control module, a relay control module and a respective one. Connect with multiple piezoelectric sensors to select the magnification of the signal according to the resistance matched by the selected frequency band in parallel with the threshold value; connect the signal measurement module, the signal measurement module and the relay control module, receive the signal and sweep the signal frequency, measure the resistance; and connect the main control module, the main control module and the signal measurement module, receive the resistance data and output to the display. Terminal display. It can quantitatively monitor the whole process of fatigue crack initiation, propagation and fracture, and reflect the fatigue crack propagation in real time.

【技术实现步骤摘要】
一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备及方法
本专利技术属于港口起重机结构健康监测
，具体涉及一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备。
技术介绍
大型港口机械价格昂贵，成本高且维护费用大。随着近年来我国港口货物吞吐量的快速发展，设备配置往往跟不上港口生产发展的需要，因此目前在港口特别是在中小型港口，接近或超过二十年的门座港口机械仍然在使用，从而存在安全生产的隐患。同时老龄机械受当时各种条件限制，设计方案及生产工艺等也不一定适合现在生产的要求，而港口机械金属结构作为一个承载结构系统存在故障问题。相关统计结果表明，绝大部分的港口机械事故是由于金属结构失效引起的，港口机械中结构件的寿命对整机的寿命有关键性的影响。目前各港口使用的港口机械有相当部分已到了或者接近使用寿命，各构件出现了不同程度的损伤情况甚至出现了臂架，支承圆筒等结构折断的大事故，给安全生产带来严重威胁。因此，对港口机械金属结构进行检测研究具有重要的理论意义和较大的工程应用价值。根据港口机械的调查结果表明，裂纹、断裂、变形与锈蚀是港口机械安全使用隐患的四个主要缺陷。其中，裂纹又是金属结构最主要的缺陷，而且港口机械结构各种重要部位都有裂纹，裂纹的长度从几十毫米到几百毫米不等，事故调查中发现有些部位出现裂纹经修补后仍然多次开裂。而由于港口机械金属结构件一般体积较大、造价较高、不可能一发生故障就进行更换，所以尽管金属结构上存在着裂纹，它们仍然在生产第一线服役，这样给安全生产带来很大的隐患，疲劳裂纹导致的脆性破坏的突然性和灾难性也会使港口机械的工作安全失去保障。对港口机械金属结构裂纹扩展的预测、控制及相关检测设备手段的研究，对保障安全生产有着重要的意义。目前对于港口起重机疲劳裂纹扩展缺少切实可用的监测手段，用于对疲劳裂纹自萌生至扩展到最终断裂的整个过程进行监测，在构件由于疲劳裂纹造成结构失效断裂之前发出报警，避免人员和财产损失。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，通过压电阻抗技术和多通道阻抗测试系统的搭建最终解决该问题。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案为：根据本专利技术的一个方面，一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，包括：多个压电传感器，多个所述压电传感器分别设置于起重机的起重构件上；多个拨码开关，多个所述拨码开关分别与多个所述压电传感器对应连接，用于选择一个压电传感器进行检测；继电器控制模块，所述继电器控制模块与分别与多个所述压电传感器连接，用于根据所选择的频段并联阈值匹配的电阻，选择信号的放大倍数；信号测量模块，所述信号测量模块与所述继电器控制模块连接，接收信号并对信号扫频，测量电阻抗；以及主控模块，所述主控模块与所述信号测量模块连接，接收电阻抗数据并输出至显示终端显示。进一步，所述压电传感器避开所述起重构件的疲劳裂纹设置；所述压电传感器通过强力胶设置于所述起重构件上。进一步，还包括串口通信模块，所述主控模块经所述串口通信模块与所述显示终端连接，实现二者的通信。进一步，还包括：电源模块，所述电源模块与所述串口通信模块连接，用于稳压。进一步，所述显示终端为计算机。进一步，主控模块与所述继电器控制模块连接，用于调节所述继电器控制模块的电阻；一种利用起重机疲劳裂纹扩展监测设备进行疲劳裂纹扩展监测的方法，包括：根据疲劳裂纹走向在其两侧设置压电传感器；在一定频段和频率步进间隔内进行初步扫查，以峰值集中、尖锐的频段作为检测频段，在检测频段内以一定频率步进间隔进行电阻抗测量；确定电阻抗的测量周期，以所述测量周期为间隔，分别进行每个压电传感器的电阻抗测量，记录每个压电传感器的电阻抗测量数据；选用特征频率偏移量△f和均方差RMSD作为起重机疲劳裂纹扩展量的损伤识别指数，根据△f和RMSD的计算结果对裂纹的扩展情况进行定量评价。△f和RMSD的定义式如下：Δf＝F1-F2(1)式中，F1和F2分别为结构损伤前后压电传感器电阻抗谱中谐振峰对应频率，N为采样信号中的数据点数，xi和yi(i＝1,2,3…)分别为结构损伤前后压电传感器电阻抗谱中相对应数据点的数值。进一步，所述初步扫查的频段为1-300kHz，所述初步扫查的频率步进间隔为1Hz。进一步，所述检测频段的宽度为30-40kHz，所述检测频段的频率步进间隔为0.1-1Hz。进一步，还包括：根据起重机结构或在巡检中发现的疲劳裂纹出现位置确定出需要监测的部位。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供的监测设备和监测方法能够对疲劳裂纹萌生、扩展、断裂的整个过程进行定量监测，实时反映疲劳裂纹的扩展情况，在起重机发生灾难性的断裂事故前发出报警信息，避免造成人员和财产损失。同时，该方法也可以降低设备维护人员巡视的频率，降低劳动强度，避免巡视盲点附图说明图1为本专利技术的设备连接结构示意图。图2为本专利技术的信号测量模块电路示意图。图3为本专利技术的主控制模块电路示意图。图4为本专利技术的电源模块电路示意图。图5为本专利技术的串口通信模块电路图。图6为本专利技术的继电器控制模块电路示意图A。图7为本专利技术的继电器控制模块电路示意图B。图8为本专利技术的压电传感器和拨码开关电路示意图。图9为本专利技术的疲劳裂纹扩展示意图。图10为压电传感器电阻抗测量结果示意图。图11为损伤识别指数计算结果示意图。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请注意，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，包括：图1为本专利技术的设备连接结构示意图，计算机与电阻抗测量系统连接，电阻测量系统与压电传感器连接，压电传感器设置在起重机构件上。在计算机上安装由LabVIEW语言编写的上位机软件，该软件用于记录电阻抗信号测量结果，将该结果保存为Excel文件格式，进一步绘制出阻抗波形图作为疲劳裂纹监测的基础数据。电阻抗测量系统与压电传感器之间通过导线连接，电阻抗测量系统作为下位机负责完成电阻抗测量和数据传输功能。压电传感器通过强力胶粘贴在起重机构件附近。根据本专利技术的具体实施例，包括：多个压电传感器，多个所述压电传感器分别设置于起重机的起重构件上；多个拨码开关，多个所述拨码开关分别与多个所述压电传感器对应连接，用于选择一个压电传感器进行检测。在本专利技术的一些具体的实施例中，所述压电传感器避开所述起重构件的疲劳裂纹设置；所述压电传感器通过强力胶设置于所述起重构件上。所述电阻测量系统包括：继电器控制模块，所述继电器控制模块与分别与多个所述压电传感器连接，用于根据所选择的频段并联阈值匹配的电阻，选择信号放大倍数，辅助测量；信号测量模块，所述信号测量模块与所述继电器控制模块连接，接收信号并对信号扫频，测量电阻抗；以及主控模块，所述主控模块与所述信号测量模块连接，接收电阻抗数据并输出至显示终端显示。根据本专利技术的具体实施例，图2为本专利技术的信号测量模块电路示意图。如图所示，所述信号测量模块由电阻抗测量芯片U2，运算放大芯片U3，晶振Y2，电感L1，电阻R8-R21，电容C3-C1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，其特征在于，包括：多个压电传感器，多个所述压电传感器分别设置于起重机的起重构件上；多个拨码开关，多个所述拨码开关分别与多个所述压电传感器对应连接，用于选择一个压电传感器进行检测；继电器控制模块，所述继电器控制模块与分别与多个所述压电传感器连接，用于根据所选择的频段并联阈值匹配的电阻，选择信号的放大倍数；信号测量模块，所述信号测量模块与所述继电器控制模块连接，接收信号并对信号扫频，测量电阻抗；以及主控模块，所述主控模块与所述信号测量模块连接，接收电阻抗数据并输出至显示终端显示。

【技术特征摘要】
1.一种起重机疲劳裂纹扩展监测设备，其特征在于，包括：多个压电传感器，多个所述压电传感器分别设置于起重机的起重构件上；多个拨码开关，多个所述拨码开关分别与多个所述压电传感器对应连接，用于选择一个压电传感器进行检测；继电器控制模块，所述继电器控制模块与分别与多个所述压电传感器连接，用于根据所选择的频段并联阈值匹配的电阻，选择信号的放大倍数；信号测量模块，所述信号测量模块与所述继电器控制模块连接，接收信号并对信号扫频，测量电阻抗；以及主控模块，所述主控模块与所述信号测量模块连接，接收电阻抗数据并输出至显示终端显示。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述压电传感器避开所述起重构件的疲劳裂纹设置；所述压电传感器通过强力胶设置于所述起重构件上。3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括串口通信模块，所述主控模块经所述串口通信模块与所述显示终端连接，实现二者的通信。4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，还包括：电源模块，所述电源模块与所述串口通信模块连接，用于稳压。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述显示终端为计算机。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，主控模块与所述继电器控制模块连接，用于调节所述继电器控制模块的电阻。7.一种利用权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继承，苏宇航，戚政武，杨宁祥，林晓明，崔靖昀，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院珠海检测院，
类型：发明
国别省市：广东,44