一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，主要包括：监测主机和监测终端，所述监测主机包括：传感器网络、压电阻抗监测装置和Lamb波监测装置。该系统利用粘贴于起重机金属结构焊缝附近的多个PZT传感器形成监控网络，综合利用压电阻抗技术和主动Lamb波技术的有效结合，实现疲劳裂纹损伤从定性到定量的全过程监测，监控过程可以覆盖疲劳裂纹从萌生到断裂的整个过程。萌生到断裂的整个过程。萌生到断裂的整个过程。

【技术实现步骤摘要】
一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统


[0001]本技术属于起重机结构健康监测
，具体涉及一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统。

技术介绍

[0002]起重机是承担货物吊装和搬运任务的重要机械，广泛应用于码头、厂房、室内外仓库等场所，在国民生产中起着相当重要的作用。起重机是一种间歇式动作机械，具有短暂、重复、周期性循环的工作特点，且工作环境恶劣，其金属结构失效事故的后果十分严重。引起起重机金属结构失效的故障类型主要有裂纹、局部或整体变形、折断、锈蚀、刚度不足等。其中，疲劳裂纹损伤会显著降低金属结构承载面积，进而引起结构承载能力下降，在外加载荷周期性作用下，疲劳裂纹长度不断增长，最终引起金属结构断裂，发生灾难性事故。
[0003]焊缝部位容易存在晶粒粗大、气孔、夹渣等先天缺陷，在后期反复加载过程中成为裂纹萌生和扩展的起点。大型起重机尺寸大、结构复杂，部分金属构架难于接触，在定期检验和日常巡查中存在盲区。在疲劳裂纹损伤的发生初期，损伤尺寸小，外观表现不明显，检验人员靠目视方法很难发现。同时，金属结构出现疲劳裂纹后，在达到一定限度之前，是容许其在规定的寿命期或检修期内安全可靠地工作的。针对大型起重机，当发现存在初始裂纹损伤时，若任其继续工作，则安全生产无法保障；若将其全部作报废处理，因大部分出现损伤的起重机尚在设计使用年限内，报废不仅会影响企业的正常生产，而且会造成巨大经济损失。因此，开发出一种针对起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测装置和方法对于保障起重机安全生产具有重大意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本技术提出了一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，该系统利用粘贴于起重机金属结构焊缝附近的多个PZT传感器形成监控网络，综合利用压电阻抗技术和主动Lamb波技术的有效结合，实现疲劳裂纹损伤从定性到定量的全过程监测，监控过程可以覆盖疲劳裂纹从萌生到断裂的整个过程。
[0005]为至少解决上述技术问题之一，本技术采取的技术方案为：
[0006]本技术提出了一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，包括：监测主机和监测终端，所述监测主机包括：传感器网络、压电阻抗监测装置和Lamb波监测装置，其中，
[0007]所述传感器网络设置于所述金属结构的待监测焊缝处；
[0008]所述压电阻抗监测装置分别与所述传感器网络和所述监测终端相连，用于检测所述待监测焊缝处是否存在疲劳裂纹；
[0009]所述Lamb波监测装置分别与所述传感器网络和所述监测终端相连，当疲劳裂纹的电阻抗谱谐振峰对应频率的偏移量达到报警设定值时，所述监测终端控制所述Lamb波监测装置检测所述疲劳裂纹的位置和大小。
[0010]进一步的，所述监测主机还包括：功率放大模块和接收电压放大模块，所述功率放大模块分别与所述传感器网络的发射传感器和所述Lamb波监测装置的信号发射单元的输出端相连，所述信号发射单元的输入端与所述监测终端相连，所述接收电压放大模块分别与所述传感器网络的接收传感器和所述Lamb波监测装置的信号接收单元相连。
[0011]进一步的，所述功率放大模块包括：变压电路和串联的两阶信号放大电路，每阶所述信号放大电路包括：信号放大芯片U5，信号放大芯片U5的第1脚经电容C17连接所述信号发射单元的输出端，且信号放大芯片U5的第1脚连接电阻R14至接地端，信号放大芯片U5的第2脚经电阻R16连接信号放大芯片U5的第5脚和第7脚，且电阻R16并联电容C19，电阻R16串联电阻R15至接地端，信号放大芯片U5的第3脚分别连接电容C14和电容C15，且电容14和电容C15并联后分别连接负电压和接地端；信号放大芯片U5的第8脚经电阻R19与电阻R16相连，信号放大芯片U5的第10脚与第11脚连接后分别连接电容C20和电容C21，且电容C20和电容C21并联后分别连接正电压和接地端；所述变压电路包括：变压器B1和变压器B2，变压器B1的一侧分别与信号放大芯片U5的第8脚和接地端相连，变压器B1的另一侧分别连接三极管Q1的基极和三极管Q2的基极，且三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极相连，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极连接变压器B2的一侧，变压器B2的另一侧分别连接所述传感器网络的发射传感器和接地端，且变压器B2的一侧的抽头分别与电池BAT1和电阻R26相连，所述电池BAT1分别与电阻R24和接地端相连，电阻R24与变压器B1的另一侧的抽头相连，电阻R26与接地端相连。
[0012]进一步的，所述信号放大芯片U5采用OPA541芯片，所述两阶信号放大电路的信号放大芯片U5的第8脚相互连接。
[0013]进一步的，所述接收电压放大模块包括：第一放大电路和第二放大电路，所述第一放大电路包括：信号放大芯片U9，信号放大芯片U9的第1脚连接电阻R35至接地端，且信号放大芯片U9的第1脚连接电阻R41和电容C33至接地端，信号放大芯片U9的第2脚连接电阻R33至接地端，信号放大芯片U9的第3脚经电阻R38、电容C32和接头J2连接，接头J2分别与所述传感器网络的接收传感器和接地端相连，信号放大芯片U9的第4脚连接负电压，信号放大芯片U9的第5脚连接电阻R34至正电压，信号放大芯片U9的第6脚经电阻R30与电阻R33相连，信号放大芯片U9的第7脚与正电压相连且连接电容C27至接地端，信号放大芯片U9的第8脚与电阻R34相连；第二放大电路包括：信号放大芯片U8，信号放大芯片U8的第1脚连接电阻R32至接地端，且信号放大芯片U8的第1脚经电阻R36、电容C31和电阻R37与信号放大芯片U9的第6脚连接，信号放大芯片U8的第2脚经电阻R39与电容C31连接，且信号放大芯片U8的第2脚经电阻R40与接头J3连接，信号放大芯片U8的第3脚连接负电压，且信号放大芯片U8的第3脚经电容C34和电阻R43与电阻R40相连，电容C34并联有电容C36至接地端，信号放大芯片U8的第4脚与接头J3相连，且信号放大芯片U8的第4脚经电阻R42和电容C35与接地端相连，信号放大芯片U8的第5脚与正电压相连，且信号放大芯片U8的第5脚连接电容C26至接地端，电容C26并联电容C28,接头J3分别与接地端和所述信号接收单元相连。
[0014]进一步的，所述信号放大芯片U8采用OPA544芯片，所述信号放大芯片U9采用OPA445芯片。
[0015]进一步的，所述压电阻抗监测装置包括：电阻抗控制模块和电阻抗测量模块，所述电阻抗控制模块与所述监测终端相连，所述电阻抗测量模块分别与所述电阻抗控制模块和
所述传感器网络相连。
[0016]进一步的，所述电阻抗控制模块包括：单片机芯片U4和EEPROM芯片U2，单片机芯片U4的第1脚与EEPROM芯片U2的第6脚相连，单片机芯片U4的第2脚与EEPROM芯片U2的第5脚相连，单片机芯片U4的第9脚连接电容C7至电压端，电容C7并联按键开关，按键开关连接电阻R12至接地端，单片机芯片U4的第18脚经晶振Y2与单片机芯片U4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，包括：监测主机和监测终端，所述监测主机包括：传感器网络、压电阻抗监测装置和Lamb波监测装置，其中，所述传感器网络设置于所述金属结构的待监测焊缝处；所述压电阻抗监测装置分别与所述传感器网络和所述监测终端相连，用于检测所述待监测焊缝处是否存在疲劳裂纹；所述Lamb波监测装置分别与所述传感器网络和所述监测终端相连，当疲劳裂纹的电阻抗谱谐振峰对应频率的偏移量达到报警设定值时，所述监测终端控制所述Lamb波监测装置检测所述疲劳裂纹的位置和大小。2.根据权利要求1所述的一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，所述监测主机还包括：功率放大模块和接收电压放大模块，所述功率放大模块分别与所述传感器网络的发射传感器和所述Lamb波监测装置的信号发射单元的输出端相连，所述信号发射单元的输入端与所述监测终端相连，所述接收电压放大模块分别与所述传感器网络的接收传感器和所述Lamb波监测装置的信号接收单元相连。3.根据权利要求2所述的一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，所述功率放大模块包括：变压电路和串联的两阶信号放大电路，每阶所述信号放大电路包括：信号放大芯片U5，信号放大芯片U5的第1脚经电容C17连接所述信号发射单元的输出端，且信号放大芯片U5的第1脚连接电阻R14至接地端，信号放大芯片U5的第2脚经电阻R16连接信号放大芯片U5的第5脚和第7脚，且电阻R16并联电容C19，电阻R16串联电阻R15至接地端，信号放大芯片U5的第3脚分别连接电容C14和电容C15，且电容14和电容C15并联后分别连接负电压和接地端；信号放大芯片U5的第8脚经电阻R19与电阻R16相连，信号放大芯片U5的第10脚与第11脚连接后分别连接电容C20和电容C21，且电容C20和电容C21并联后分别连接正电压和接地端；所述变压电路包括：变压器B1和变压器B2，变压器B1的一侧分别与信号放大芯片U5的第8脚和接地端相连，变压器B1的另一侧分别连接三极管Q1的基极和三极管Q2的基极，且三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极相连，三极管Q1的集电极和三极管Q2的集电极连接变压器B2的一侧，变压器B2的另一侧分别连接所述传感器网络的发射传感器和接地端，且变压器B2的一侧的抽头分别与电池BAT1和电阻R26相连，所述电池BAT1分别与电阻R24和接地端相连，电阻R24与变压器B1的另一侧的抽头相连，电阻R26与接地端相连。4.根据权利要求3所述的一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，所述信号放大芯片U5采用OPA541芯片，所述两阶信号放大电路的信号放大芯片U5的第8脚相互连接。5.根据权利要求2所述的一种起重机金属结构焊缝疲劳裂纹监测系统，其特征在于，所述接收电压放大模块包括：第一放大电路和第二放大电路，所述第一放大电路包括：信号放大芯片U9，信号放大芯片U9的第1脚连接电阻R35至接地端，且信号放大芯片U9的第1脚连接电阻R41和电容C33至接地端，信号放大芯片U9的第2脚连接电阻R33至接地端，信号放大芯片U9的第3脚经电阻R38、电容C32和接头J2连接，接头J2分别与所述传感器网络的接收传感器和接地端相连，信号放大芯片U9的第4脚连接负电压，信号放大芯片U9的第5脚连接电阻R34至正电压，信号放大芯片U9的第6脚经电阻R30与电阻R33相连，信号放大芯片U9的第7脚与正电压相连且连接电容C27至接地端，信号放大芯片U9的第8脚与电阻R34相连；第二放大电路包括：信号放大芯片U8，信号放大芯片U8的第1脚连接电阻R32至接地端，且信号放大芯
片U8的第1脚经电阻R36、电容C31和电阻R37与信号放大芯片U9的第6脚连接，信号放大芯片U8的第2脚经电阻R39与电容C31连接，且信号放大芯片U8的第2脚经电阻R40与接头J3连接，信号放大芯片U8的第3脚连接负电压，且信号放大芯片U8的第3脚经电容C34和电阻R43与电阻R40相连，电容C34并联有电容C36至接地端，信号放大芯片U8的第4脚与接头J3相连，且信号放大芯片U8的第4脚经电阻R42...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏宇航，李继承，林晓明，杨宁祥，梁敏健，陈建勋，
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：新型
国别省市：