桥梁缆索断丝导波无损检测系统研制*

　　1　前言

　　缆索如斜拉桥的拉索、悬索桥的主缆和吊杆、拱桥的系杆等,是桥梁的重要承载构件之一,为保证桥梁的安全运营,有必要开展缆索安全检测。目前,对于缆索缺陷检测比较实用的方法主要有漏磁法[1-3]和射线法[4]等。在缆索的生产检测过程中,缆索处于运动状态,固定检测传感器即可实现检测。而对于在役缆索,一方面,由于缆索固定不动,需要专用装置带动传感器沿缆索扫描才能实现检测,导致检测工作量大、效率低;另一方面,缆索上的辅助构件如电缆、鞍座、撑杆等也加大了检测难度。导波检测技术作为新兴的无损检测技术,具有单点激励,即可检测一段距离的优点,可实现缺陷远程、非接触式快速检测,检测时传感器无需移动,在国外已初步被用于缆索在役检测[5]。本文根据磁致伸缩导波检测原理,研制了桥梁缆索断丝检测系统,系统结构示意图和系统主机如图1所示。该系统主要由传感器、检测主机、检测软件组成。利用该系统在带有断丝的样索上进行了实验,结果表明,该系统能够实现断丝的有效检测和定位。

　　2　磁致伸缩导波检测原理

　　导波检测的关键在于导波的激励和接收,目前的实现方式主要有压电效应、电磁超声、激光超声和磁致伸缩方式。缆索表面一般带有不可拆除的包覆层,压电效应和激光超声方式需要表面接触才能进行检测,而电磁超声方式提离距离较小,因此这三种方式都不适合缆索的导波检测。磁致伸缩方式通过电磁场耦合,直接作用在承载的钢丝上,并且能够透过较厚的包覆层,所以适用于缆索的导波检测。磁致伸缩导波检测原理如图2所示。

　　磁致伸缩导波检测的过程是:由信号发生器产生的脉冲信号经功率放大器放大后,驱动检测线圈在构件中产生瞬态磁场,根据磁致伸缩效应,该瞬态磁场在线圈包围的构件中产生弹性形变,成为超声波的振源,在构件中产生超声导波,当遇到缺陷时,会产生反射回波,反射回波通过检测线圈时,受逆磁致伸缩效应的影响,在检测线圈中会感应到应变引起的电信号,该信号经预处理、A/D转换后进入计算机,通过对该信号进行分析,即可获取缺陷信息。另外,为提高磁致伸缩能量转换效率,须在磁致伸缩效应产生区域施加偏置磁场。

　　3　检测系统组成

　　检测系统主要由传感器、检测主机和软件组成。其中,传感器包括检测线圈、磁化器;检测主机包括功率放大器、双工器、信号发生器、数据采集卡等。

　　3.1　传感器

　　由导波检测原理可知,导波检测传感器主要由检测线圈和提供偏置磁场的磁化器组成。由于桥梁缆索在检测时均已完成安装,这就要求设计的传感器安装方便,便于拆卸。根据这一要求,检测线圈要做成开合式结构,如图3所示。