本发明专利技术涉及一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法，该装置包括：装配于限位封装结构内的干耦合超声探头，限位封装结构与被测钢丝连接，被测钢丝与干耦合超声探头的端部相抵触，上位机与超声收发设备连接，用于传输控制指令以及对数据信息进行处理，以得到被测钢丝腐蚀检测结果；超声收发设备与干耦合超声探头连接，用于输出激励信号给探头，并获取探头返回的数据信息；干耦合超声探头与限位封装结构装配，用于进行激发模态的选择操作，以及与被测钢丝进行固定连接。与现有技术相比，本发明专利技术造价低、操作方便，通过单点激励即可对拉索钢丝进行快速检测，而且不会对索体产生额外损伤与污染，既能检测断丝情况，同时能对腐蚀情况进行定位与评估。进行定位与评估。进行定位与评估。
【技术实现步骤摘要】
一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法
[0001]本专利技术涉及无损检测
，尤其是涉及一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法。
技术介绍
[0002]主缆系统作为斜拉桥的重要组成部分，一般是由高强镀锌钢丝制成的平行钢丝束组成，能够将斜拉桥桥跨结构的荷载和恒载传递到主塔上，是斜拉桥结构的主要承载部件。然而，在桥梁服役期间，受外界环境(例如车辆载荷、风载荷、温度变化等)的影响，主缆系统长期承受大小和加速度不断变化的交变载荷，易产生疲劳效应导致拉索失效。此外，主缆系统一般都暴露于自然环境中，特别是大气污染严重地区、水污染严重地区、海滨及海洋环境，当其防腐体系在施工阶段或交变载荷导致的疲劳阶段遭到破坏时，索内钢丝极易遭受环境腐蚀，从而导致主缆系统发生腐蚀破坏，特别是在其锚固区，由于拉索为竖直或倾斜布置，雨水顺着索体渗透进锚固区内形成长期积水，腐蚀程度比自由拉索部分更严重。在疲劳损伤与腐蚀损伤的联合作用下，拉索将形成断裂损伤，如果处理不及时，桥梁寿命将大幅减少，对人身安全与社会经济造成极大的损失。
[0003]目前国内外斜拉桥拉索检测手段比较少，特别是无损检测手段，均处在探索阶段，如何快速有效检测斜拉桥拉索腐蚀损伤是国内外无损检测研究的一大热点。现有针对拉索损伤的无损检测方法主要包括：目视检测法、漏磁技术、声发射技术、射线检测技术以及超声导波技术。其中，目视检测法只能对索体表面较为明显的损伤进行判别，而对表层细微损伤以及索体内部损伤无法做出判别，无法满足拉索整体安全评估的要求，仅适用于作为随时检查的辅助检测手段；在外围拉索断丝以及缺陷检测方面，漏磁检测技术取得了一定的成果，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，主要用于对索力和断丝的监测，对于索体腐蚀的监测很困难，且无法对损伤尺寸进行定量分析；射线检测技术较难透射入锚固区，且设备昂贵笨重，使用不便。
[0004]对于超声导波技术，中国专利CN101393173A提出基于磁致伸缩的无损检测方式，其通过对磁性材料施加瞬间的激励磁场，进而在构件内激发导波，再通过逆磁致伸缩效应获得反射波信号，根据反射波信号分析被测构件的损伤状况，但该方案的激发信号比较弱，对索体中心钢丝检测比较困难，而基于压电式激发的超声导波技术对缆索的应力、腐蚀、缺陷、断丝的检测具有一定的优势，特别是在锚固区，然而，由于雨水等因素的长期影响，缆索锚固区远比其他部位更为容易腐蚀损伤而导致断丝。中国专利CN107843651A采用一发一收的方式来激发和接受超声信号实现缺陷检测，通过处理接收到的超声导波信号分析出钢丝损伤位置和损伤深度大小，但该方法需要两个检测面，适用难度大。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法，以实现一种造价低、操作方便、单点激励即可对拉索钢丝腐蚀进
行快速检测的技术方案。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，包括依次相互连接的上位机、超声收发设备和干耦合超声探头，所述干耦合超声探头装配安装于限位封装结构内，所述限位封装结构与被测钢丝连接，所述被测钢丝与干耦合超声探头的端部相抵触，所述上位机与超声收发设备连接，用于传输控制指令以及对接收的数据信息进行处理，以得到被测钢丝的腐蚀检测结果；
[0007]所述超声收发设备与干耦合超声探头连接，用于输出瞬时高压脉冲形式的激励信号给干耦合超声探头，并获取干耦合超声探头返回的数据信息；
[0008]所述干耦合超声探头与限位封装结构装配，用于进行激发模态的选择操作，以及与被测钢丝进行固定连接。
[0009]进一步地，所述限位封装结构包括定位卡扣和导向外壳，所述定位卡扣与干耦合超声探头装配连接，所述定位卡扣安装于导向外壳内，所述导向外壳与被测钢丝连接。
[0010]进一步地，所述定位卡扣包括紧扣胶圈，所述紧扣胶圈套设于干耦合超声探头外部，所述紧扣胶圈上安装有四个用于与导向外壳卡合连接的垂直复位按钮，所述四个垂直复位按钮之间围绕紧扣胶圈的圆心呈90
°
圆周阵列排布，所述四个垂直复位按钮中设置有一个用于进行激发模态选择操作的0
°
垂直复位按钮。
[0011]进一步地，所述干耦合超声探头旋转装配于紧扣胶圈内，所述紧扣胶圈内设置有凸起状螺纹，用于增加干耦合超声探头金属外壁与紧扣胶圈内壁的摩擦阻尼系数，以防止探头脱落。
[0012]进一步地，所述导向外壳包括主壳体和外部固定框，所述主壳体包括探头导向槽和钢丝限位槽，所述紧扣胶圈安装于探头导向槽内，所述外部固定框套设于探头导向槽外部，所述外部固定框外部设置有螺纹孔，所述外部固定框通过螺栓装配以实现干耦合超声探头的紧固、并对干耦合超声探头进行纵向限位，所述钢丝限位槽内卡接有被测钢丝。
[0013]进一步地，所述探头导向槽上开设有四个用于卡合连接垂直复位按钮的矩形通孔，所述矩形通孔的宽度与垂直复位按钮的宽度相匹配以实现横向限位，所述矩形通孔的长度大于垂直复位按钮的长度，以对干耦合超声探头的纵向位置进行调整导向。
[0014]一种拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，包括以下步骤：
[0015]S1、确定检测频率：获取被测拉索钢丝的直径及材料参数，通过求解频散方程得到群速度频散曲线，再根据群速度频散曲线确定干耦合超声探头中心频率f；
[0016]S2、选择激发模式：将中心频率为f的干耦合超声探头以所需激发模式与限位封装结构进行装配，并与超声收发设备相连，超声收发设备对干耦合超声探头给予瞬时高压脉冲作为激励信号；
[0017]S3、衰减系数与模式传播速度标定：选择与被测拉索钢丝相同参数的已知长度钢丝一根，以所需激发模式进行测试，利用超声收发设备采集干耦合超声探头在该钢丝中传播的导波信号、利用上位机对该导波信号进行处理，以得到超声衰减系数以及模式传播速度；
[0018]S4、信号后处理：超声收发设备采集干耦合超声探头的空载信号以及干耦合超声探头在被测拉索钢丝中传播的导波信号，上位机结合超声衰减系数和模式传播速度对该空载信号以及该导波信号进行后处理，得到检测结果；
[0019]S5、检测结果成像：对检测结果进行成像处理，并根据成像结果判断得到拉索钢丝的腐蚀程度。
[0020]进一步地，所述步骤S3的具体过程为：
[0021]选择与被测拉索钢丝相同参数的已知长度钢丝一根，以所需激发模式进行测试；
[0022]导波在每经过2倍标定钢丝长度后返回激发点，超声收发设备采集探头在钢丝中传播的导波信号S0，并在上位机上对信号S0进行带通滤波与连续小波变换，选择频率f对应的信号S0
’
；
[0023]取出信号S0
’
中各回波的最大值Mi与对应传播时间Ti；
[0024]在上位机中对传播时间Ti与对应传播距离Di进行线性拟合，得到所用模态在拉索钢丝内传播的群速度：
[0025][本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，包括依次相互连接的上位机(1)、超声收发设备(2)和干耦合超声探头(3)，所述干耦合超声探头(3)装配安装于限位封装结构(4)内，所述限位封装结构(4)与被测钢丝(5)连接，所述被测钢丝(5)与干耦合超声探头(3)的端部相抵触，所述上位机(1)与超声收发设备(2)连接，用于传输控制指令以及对接收的数据信息进行处理，以得到被测钢丝(5)的腐蚀检测结果；所述超声收发设备(2)与干耦合超声探头(3)连接，用于输出瞬时高压脉冲形式的激励信号给干耦合超声探头(3)，并获取干耦合超声探头(3)返回的数据信息；所述干耦合超声探头(3)与限位封装结构(4)装配，用于进行激发模态的选择操作，以及与被测钢丝(5)进行固定连接。2.根据权利要求1所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述限位封装结构(4)包括定位卡扣(401)和导向外壳(402)，所述定位卡扣(401)与干耦合超声探头(3)装配连接，所述定位卡扣(401)安装于导向外壳(402)内，所述导向外壳(402)与被测钢丝(5)连接。3.根据权利要求2所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述定位卡扣(401)包括紧扣胶圈，所述紧扣胶圈套设于干耦合超声探头(3)外部，所述紧扣胶圈上安装有四个用于与导向外壳(402)卡合连接的垂直复位按钮，所述四个垂直复位按钮之间围绕紧扣胶圈的圆心呈90
°
圆周阵列排布，所述四个垂直复位按钮中设置有一个用于进行激发模态选择操作的0
°
垂直复位按钮。4.根据权利要求3所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合超声探头(3)旋转装配于紧扣胶圈内，所述紧扣胶圈内设置有凸起状螺纹，用于增加干耦合超声探头(3)金属外壁与紧扣胶圈内壁的摩擦阻尼系数，以防止探头脱落。5.根据权利要求3所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述导向外壳(402)包括主壳体和外部固定框，所述主壳体包括探头导向槽和钢丝限位槽，所述紧扣胶圈安装于探头导向槽内，所述外部固定框套设于探头导向槽外部，所述外部固定框外部设置有螺纹孔，所述外部固定框通过螺栓装配以实现干耦合超声探头(3)的紧固、并对干耦合超声探头(3)进行纵向限位，所述钢丝限位槽内卡接有被测钢丝(5)。6.根据权利要求5所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述探头导向槽上开设有四个用于卡合连接垂直复位按钮的矩形通孔，所述矩形通孔的宽度与垂直复位按钮的宽度相匹配以实现横向限位，所述矩形通孔的长度大于垂直复位按钮的长度，以对干耦合超声探头(3)的纵向位置进行调整导向。7.一种应用如权利要求1所述超声检测装置的拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定检测频率：获取被测拉索钢丝的直径及材料参数，通过求解频散方程得到群速度频散曲线，再根据群速度频散曲线确定干耦合超声探头中心频率f；S2、选择激发模式：将中心频率为f的干耦合超声探头以所需激发模式与限位封装结构进行装配，并与超声收发设备相连，超声收发设备对干耦合超声探头给予瞬时高压脉冲作为激励信号；S3、衰减系数与模式传播速度标定：选择与被测拉索钢丝相同参数的已知长度钢丝一根，以所需激发模式进行...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵仲杰，潘永东，李秋玉，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：
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