一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法及系统，涉及桥梁工程检测技术领域，通过在被检缆索钢丝端部设置压电探头，通过超声脉冲发射装置向压电探头发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；在被检缆索表面设置电磁超声接收装置采集超声导波信号；通过与电磁超声接收装置相连的超声信号处理装置将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机；通过计算机分析超声信号处理装置发送的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。本发明专利技术操作方便灵活，检测距离远，检测结果精确可靠。

An ultrasonic guided wave detection method and system for bridge cable wire damage

The invention discloses an ultrasonic wave guide wire for bridge cable damage detection method and system, relates to the technical field of detection of bridge engineering, the tested cable wire end of the piezoelectric probe through the ultrasonic pulse emission device to the piezoelectric probe emission excitation signal of ultrasonic guided waves generated in the wire cable to be examined; the surface is provided with an electromagnetic ultrasonic guided wave signal receiving device through the acquisition of ultrasound; ultrasonic signal processing device is connected with the electromagnetic ultrasonic receiving device of the ultrasonic guided wave signal into digital signal and transmitted to the computer through the computer analysis; ultrasonic signal processing device transmits the ultrasonic guided wave signal, and calculate the damage location and depth of the size of steel wire. The invention has the advantages of convenient and flexible operation, long detection distance and accurate and reliable detection results.

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法及系统
本专利技术涉及桥梁工程检测
，具体涉及一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法及系统。
技术介绍
随着现代桥梁技术的不断发展，斜拉桥、悬索桥等大跨度桥梁已逐渐成为现代桥梁的主要桥型。拉索系统作为大跨度桥梁最主要的承载部件之一，是索类桥梁的生命索，其可靠性、耐久性、适应性将直接影响桥梁安全运营和使用寿命。由于拉索系统长期承受交变载荷并暴露于自然环境中，索内钢丝极易遭受环境腐蚀，发生腐蚀或断丝破坏，进而导致整个缆索的承载失效，影响桥梁的安全运营。为确保缆索结构服役期间的安全，应对缆索钢丝损伤进行定期检测，并将检测数据进行实时处理，基于检测结果进行风险评估。目前缆索损伤检测的几种主要方法有：目视检测法、漏磁技术、声发射技术、射线检测技术及超声导波检测技术。目视检测法是在大多数情况下所采用的方法，只能对缆索的表面损伤进行判别，而无法对表层细微损伤以及索体内部损伤做出判别；漏磁检测技术对于缆索断丝和缺陷检测，取得了一定的成果，但该方法很难在锚固区内进行检测。声发射技术是一种被动的监测手段，主要用于缆索索力和腐蚀、断丝的实时监测，对于索体内的损伤很难进行有效检测；射线检测技术虽然可以对缆索钢丝损伤进行检测，但很难在锚固区进行有效检测，且检测设备造价昂贵，对人体有害。超声导波技术是一种成熟的无损检测技术，可以实现长距离检测和构件内部缺陷检测，检测灵敏度高，操作灵活。超声导波技术不仅可对缆索自由部分进行断丝、腐蚀缺陷检测，还可对锚固区拉索损伤进行检测。针对桥梁缆索锚固区损伤检测，专利号为CN101393173A的中国专利公开了一种斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测系统，该专利技术提出了基于磁致伸缩的检测方式对缆索损伤进行检测，但该方式激发的超声导波信号比较弱，其能量转换效率比压电换能器低20-40dB，并且大部分能量被缆索PE保护层反射，因此无法检测缆索中心钢丝的损伤情况。专利号为CN104634873A的中国专利公开了一种桥梁缆索锚固区钢丝损伤的超声检测系统及方法，但该专利技术采用单探头自发自收的方式，检测盲区较大，无法对缆索端部附近钢丝进行有效检测。综上所述，现有缆索损伤超声导波检测技术存在检测信号弱、检测距离有限、检测盲区较大等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法及系统，操作方便灵活，检测距离远，检测结果精确可靠。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法：在被检缆索钢丝端部设置压电探头，通过超声脉冲发射装置向压电探头发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；在被检缆索表面设置电磁超声接收装置采集超声导波信号；通过与电磁超声接收装置相连的超声信号处理装置将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机；通过计算机分析超声信号处理装置发送的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。在上述技术方案的基础上，计算机分析电磁超声接收装置采集的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置的方法为：设电磁超声接收装置距压电探头的距离为L0，超声导波信号传播至电磁超声接收装置时间为t0，钢丝损伤位置距压电探头的距离为Lf，损伤信号传播至电磁超声接收装置的时间为tf：计算公式为：Lf＝L0+(tf-t0)v0/2。在上述技术方案的基础上，计算机分析电磁超声接收装置采集的超声导波信号，并计算出钢丝损伤深度大小的方法为：根据损伤信号的反射系数计算出损伤深度大小。在上述技术方案的基础上，所述计算机还用于向超声脉冲发射装置发送控制命令，使超声脉冲发射装置向压电探头发射激励信号。本专利技术还公开了一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测系统，包括：所述压电探头固定于被检缆索端部，超声脉冲发射装置向其发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；超声脉冲发射装置用于向所述压电探头发射激励信号；电磁超声接收装置固定于被检缆索表面，接收通过所述被检缆索钢丝传播的超声导波信号并将接收的电磁导波信号发送至超声信号处理装置；超声信号处理装置用于接收电磁超声接收装置发送的电磁导波信号，将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机；计算机用于接收并分析超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。在上述技术方案的基础上，所述计算机还用于向超声脉冲发射装置发送控制命令，使超声脉冲发射装置向压电探头发射激励信号。在上述技术方案的基础上，所述压电探头包括导电杆、接线片、引线、压电晶片与磁环：所述导电杆一端与超声脉冲发射装置相连，另一端依次通过接线片和引线与压电晶片相连，所述磁环设置于所述压电晶片外周，所述压电晶片通过所述磁环吸附于被检缆索端部。在上述技术方案的基础上，所述压电晶片与被检缆索端部的接触面上还设有氧化铝保护膜。在上述技术方案的基础上，所述压电探头还包括外壳与阻尼块，所述接线片、引线、压电晶片设于所述外壳中，所述阻尼块设于所述压电晶片与所述外壳之间。在上述技术方案的基础上，所述超声信号处理装置包括超声接收模块、信号放大模块和信号处理模块。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术电磁超声接收位置可以沿缆索表面移动，操作方便灵活，检测距离远；采用互相关算法的信号处理方法提取超声导波信号，检测灵敏度高，可以直接反映钢丝断丝损伤位置和大小，检测结果精确可靠。(2)采用优化的压电探头激发超声导波的方式对缆索断丝损伤进行检测，激发信号强，可用于中心钢丝损伤检测，且可消除检测盲区。附图说明图1为本专利技术实施例中桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测系统的结构示意图。图2为本专利技术实施例中桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测系统的压电探头的结构示意图；图3为本专利技术实施例中桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测系统的检测原理示意图。图中：1-压电探头，12-导电杆，13-接线片，14-引线，15-阻尼块，16-外壳，17-压电晶片，18-磁环，19-保护膜，2-被检缆索，3-电磁超声接收装置，4-线圈，5-磁化器，6-超声脉冲发射装置，7-超声信号处理装置，8-超声接收模块，9-信号放大模块，10-信号处理模块，11-计算机。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。实施例1：参见图1所示，本专利技术实施例提供一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法：在被检缆索2钢丝端部设置压电探头1，通过超声脉冲发射装置6向压电探头1发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；在被检缆索2表面设置电磁超声接收装置3采集超声导波信号；通过与电磁超声接收装置3相连的超声信号处理装置7将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机11；通过计算机11分析超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。本专利技术电磁超声接收位置可以沿缆索表面移动，操作方便灵活，检测距离远；采用互相关算法的信号处理方法提取超声导波信号，检测灵敏度高，可以直接反映钢丝断丝损伤位置和大小，检测结果精确可靠。参见图3所示，计算机11分析电磁超声接收装置3采集的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置得方法为：设电磁超声接收装置3距压电探头1的距离为L0，超声导波信号传播至电磁超声接收装置3时间为t0，钢丝损伤位置距压电探头1的距离为Lf，损伤信号传播至电磁超声接收装置3的时间为tf：计算公式为：Lf＝L0+(tf-t0)v0/本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法，其特征在于：在被检缆索(2)钢丝端部设置压电探头(1)，通过超声脉冲发射装置(6)向压电探头(1)发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；在被检缆索(2)表面设置电磁超声接收装置(3)采集超声导波信号；通过与电磁超声接收装置(3)相连的超声信号处理装置(7)将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机(11)；通过计算机(11)分析超声信号处理装置(7)发送的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法，其特征在于：在被检缆索(2)钢丝端部设置压电探头(1)，通过超声脉冲发射装置(6)向压电探头(1)发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；在被检缆索(2)表面设置电磁超声接收装置(3)采集超声导波信号；通过与电磁超声接收装置(3)相连的超声信号处理装置(7)将超声导波信号转换成数字信号并发送至计算机(11)；通过计算机(11)分析超声信号处理装置(7)发送的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置和损伤深度大小。2.如权利要求1所述的桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法，其特征在于：计算机(11)分析电磁超声接收装置(3)采集的超声导波信号，并计算出钢丝损伤位置的方法为：设电磁超声接收装置(3)距压电探头(1)的距离为L0，超声导波信号传播至电磁超声接收装置(3)时间为t0，钢丝损伤位置距压电探头(1)的距离为Lf，损伤信号传播至电磁超声接收装置(3)的时间为tf：计算公式为：Lf＝L0+(tf-t0)v0/2。3.如权利要求1所述的桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法，其特征在于：计算机(11)分析电磁超声接收装置(3)采集的超声导波信号，并计算出钢丝损伤深度大小的方法为：根据损伤信号的反射系数计算出损伤深度大小。4.如权利要求1所述的桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测方法，其特征在于：所述计算机(11)还用于向超声脉冲发射装置(6)发送控制命令，使超声脉冲发射装置(6)向压电探头(1)发射激励信号。5.一种桥梁缆索钢丝损伤的超声导波检测系统，其特征在于，包括：所述压电探头(1)固定于被检缆索(2)端部，超声脉冲发射装置(6)向其发射激励信号，在钢丝中激发超声导波；超声脉冲发射装置(6)用于向所述压电探头(1)发射激励信号；电磁超声接收装置(...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东波，王波，汪正兴，荆国强，柴小鹏，伊建军，马长飞，刘鹏飞，王翔，阮小丽，吴肖波，王梓宇，
申请(专利权)人：中铁大桥科学研究院有限公司，中铁大桥局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42