基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统,沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；再通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置；最后通过断丝位置计算钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度，并进一步计算断丝数量。以解决斜拉桥拉索断丝的磁场监测中无法定量监测的问题。不需要去除拉索表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通。

【技术实现步骤摘要】
基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统
本专利技术涉及监测
，具体涉及一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法。
技术介绍
斜拉桥拉索一般由一定数量的钢丝组成，斜拉桥拉索的健康状况直接关系到斜拉桥的安全和剩余寿命，斜拉桥拉索服役时出现的病害，最主要表面为拉索内部的钢丝的断裂。斜拉桥拉索在建立之初，拉索内部的钢丝是完好了，在使用一段时间后，拉索内部的钢丝会出现一定程度的断裂。为了安全起见，拉索内部钢丝的断丝数量必须少于钢丝总数的2％。传统的斜拉桥拉索断丝监测方法主要依靠人工检测，检测时先通过观察斜拉桥拉索护套表面是否破损，判断是否需要在损坏部位凿开护套，使钢丝外露以监测是否发生断丝，这种方法工作效率低且精度差，需要耗费大量的人力物力，在风雨作用下高空作业对测量人员的安全造成很大的威胁。斜拉桥拉索断丝监测需要依靠技术手段，近二十年来，监测方法主要有磁漏监测法、磁致伸缩传感器技术监测法、放射线监测法、超声波测试监测、磁记忆技术、声发射技术、PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等。其中，漏磁监测法和磁致伸缩传感器技术监测法需用专门的磁化设备(强永磁铁或电磁铁)对发生断丝处的斜拉桥拉索进行励磁，操作繁琐精准度低，并且无法确定断丝的位置以及根数；由于斜拉桥拉索表面护套存在缺陷，钢丝之间存在孔隙，放射线监测法与超声波测试监测在斜拉桥拉索断丝监测中误差较大；金属磁记忆仅可有效地对铁磁性材料进行早期损伤判断，仅可判断拉索内部发生断丝的位置，对于断丝根数无法识别；基于声发射的损伤监测主要在实验室环境下研究，声波特性变化较微弱，在工程中容易受高背景噪声信号的严重干扰；PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等难以在恶劣服役环境下操作，测试时需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，存在信号干扰和解析问题，且仅可判断拉索断丝的位置，对于断丝根数定量方面存在困难。综上所述，现有斜拉桥拉索断丝监测方法存在以下缺点：(1)需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，操作繁琐；(2)难以在酸雨、风雨激振等复杂环境服役；(3)无法同时识别斜拉桥拉索断丝的位置和断丝根数；(4)需要暂时关闭桥梁交通，无法在斜拉桥正常运营时进行监测；(5)人工检测无法高精度、随时地进行斜拉桥拉索断丝安全预警。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法，以解决现有斜拉桥拉索断丝监测中操作不方便，并且无法同时识别斜拉桥拉索中断丝的位置和断丝的根数问题。一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；通过断丝位置进一步计算断丝数量。在本实施例中，优选的，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：分别通过采样点Yi处沿x、y及z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；根据确定的拉索断丝处与拉索的首端的距离数据确定断丝位置。在本实施例中，优选的，计算断丝位置处断丝数量：计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度；根据所述磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，以及所述断丝位置对应的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度和断丝前后的地磁场磁感应强度计算断丝数量。在本实施例中，优选的，通过所述磁场梯度变化量确定断丝位置，包括：分别通过多个采样点Yi处沿x、y及z轴方向的所述磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；根据确定的拉索断丝处与拉索首端的距离数据计算断丝位置。在本实施例中，优选的，确定所述断丝数量，包括：计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度；根据多个采样点Yi处的磁场梯度变化量和钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度计算断丝数量。在本实施例中，优选的，还包括根据所述断丝数量进行安全预警。一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：采集多个采样点Yi处的磁感应强度；当周围环境磁场干扰较大时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁场梯度变化量，并通过磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁场梯度的计算值确定断丝数量；当周围环境磁场干扰较小时，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，并通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，进一步结合断丝位置处钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度的计算值确定断丝数量。一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统，包括：断丝测量探头，用于沿拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；数据处理系统，用于获取断丝测量探头采集的磁感应强度数据，并采用上述的监测方法确定断丝位置和断丝数量。在本实施例中，优选的，所述数据处理系统包括预警模块，该预警模块用于根据所述断丝位置处的断丝数量进行安全预警。在本实施例中，优选的，所述断丝测量探头包括：三轴磁场传感器，用于感应拉索上多个采样点的磁感应信号；微处理器，用于通过磁感应信号确定多个采样点的磁感应强度数据，并通过无线数据传输模块发送给数据处理系统；电源，用于为所述三轴磁场传感器、无线数据传输模块和微处理器供电。本专利技术的有益效果：上述基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法,该监测方法包括采集多个采样点的磁感应强度数据；通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置，并通过断丝位置进一步计算断丝数量。本方法在检测过程中，不需要去除拉索表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等复杂环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通，只需通过磁感应强度变化由数据处理系统计算出拉索的断丝率，对拉索断丝进行预警，并能高精度、随时地监测桥拉索中断丝的位置和断丝的根数，且能对索断丝进行安全预警。本监测的方法，监测系统所需设备断丝数量少，操作简单，监测准确。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍；在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1为一实施方式中斜拉桥拉索断丝监测系统的原理示意图；图2为图1所示斜拉桥拉索断丝监测系统的实施示意图；图3为图1中断丝测量探头的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，包括如下步骤：/n从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；/n通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；/n通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；/n通过断丝位置进一步计算断丝数量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；
通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；
通过断丝位置进一步计算断丝数量。


2.根据权利要求1所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过采样点Yi处沿x、y及z轴方向的磁感应强度变化量ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索的首端的距离数据确定断丝位置。


3.根据权利要求2所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，计算断丝位置处断丝数量：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度；
根据所述磁感应强度变化量ΔBx(Yi)，ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)，以及所述断丝位置对应的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁感应强度和断丝前后的地磁场磁感应强度计算断丝数量。


4.根据权利要求1所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，通过所述磁场梯度变化量确定断丝位置，包括：
分别通过多个采样点Yi处沿x、y及z轴方向的所述磁场梯度变化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)确定拉索断丝处与拉索首端的距离数据；
根据确定的拉索断丝处与拉索首端的距离数据计算断丝位置。


5.根据权利要求4所述的基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，确定所述断丝数量，包括：
计算所述断丝位置处的钢丝断面在多个采样点Yi处的磁场梯度；
根据多个采样点Yi处的磁场梯度变...

【专利技术属性】
技术研发人员：江胜华，孙伟贺，王浩，王廉强，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50