文摘
在现实世界中,悬索桥的主要电缆通常通过开展定期检查电缆的外盖的目视检查。虽然需要进行无损评价(NDE)的损害主要电缆,一个合适的濒死经历技术尚未发展由于电缆的大直径和较低的可访问性。本研究主要探讨磁传感横断面损失量化方法,可以检测到内部和外部的主要损坏电缆。这个主电缆濒死经历的方法非常适用于低频交流电(ELF-AC)磁化方法和搜索线圈传感器总通量测量。总磁通传感器头由一个磁化的轭和搜索线圈传感器。磁化主缆,磁场是由应用生成三角形ELF-AC电压电磁轭。传感部分措施通过搜索线圈的磁通,并获得使用b - h循环ELF-AC电压之间的关系,输入和测量的总通量。同时,横截面损失可以量化使用b - h回路的磁特性的一种变体。验证使用提出的濒死经历技术的可行性,进行了一系列的实验使用主缆标本与横截面损失逐渐增加。最后,横断面损失之间的关系,提取磁特性是确定和使用通过该方法量化横断面损失。
1。介绍
在悬索桥钢电缆是核心的支持材料,暂停大部分结构的负载。然而,横断面损害可以发生在钢电缆由于外部原因,包括腐蚀和断裂。它可以导致应力集中,结构失效的直接原因损坏的快速扩张。因此,一个合适的无损评价(NDE)方法是需要检查的初始阶段损伤钢丝绳,事故是可以预防的。然而,很难诊断电缆由于损伤电缆可以无形的和难以接近。
为了克服这些限制,本研究提出了一种非接触无损探伤技术结合磁传感技术利用钢电缆的铁磁特性。磁传感器被广泛用于监控的安全结构由于其伟大的重现性和可靠性1- - - - - -3]。存在各种类型的磁传感器测量各种磁性,和获得适当的磁性测量磁信号可以用来检查结构根据目标对象的特征(4- - - - - -7]。尽管磁传感技术没有常用检查大型民用基础设施、研究人员最近调查了使用磁传感方法对大型基础设施,包括铁路、管道、和悬索桥(3,8- - - - - -10]。
通常,漏磁(漏)方法是使用连续体结构的最优技术有一个恒定的横截面形状,如铁路和管道,它被用来检查钢丝绳索电梯、起重机和其他应用程序(11- - - - - -16]。
然而,大直径内隐藏的伤害电缆以来未发现漏磁技术只能检测表面附近的局部缺陷。因此,漏磁场法不是一个合适的濒死经历法检查悬索桥的主要电缆与一个非常大的直径。此外,研究和开发来代替传统的目视检查方法没有积极进行由于大尺寸的主要电缆。
为了克服这种局限性,提出了一种新的方法来检查整个截面,包括内部和外部的部分。拟议的技术包含了极低频交流电(ELF-AC)磁化方法使用一个搜索与总通量测量线圈传感器获得磁滞回路(b - h循环)根据每个条件的主缆17]。提取获得的b - h循环、磁性量化电缆的截面,和量化算法使用提取的磁性变化诱导估计横截面的速度损失的主要电缆。的可行性提出了主缆濒死经历技术验证通过一系列实验研究使用大直径的电缆样品,造成人工股的损失。
2。理论背景
2.1。使用电磁轭磁化
当材料被放置在一个强大的外部磁场,可以磁化铁磁材料,因为材料中的磁域是一致的(18]。当一个强磁场应用于材料,更多的领域是一致的,这种状态是磁饱和当所有磁域是一致的。
当电磁线圈用于磁化过程,携带导体的电流流过线圈;一个强大的磁场集中然后在电磁线圈的中心生成的。线圈的磁场强度的增加,应用电流增加而额外的线圈(19]。电磁线圈内的磁场产生的非常有用的磁化铁磁材料检查磁域(9]。
然而,使用电磁线圈磁化法很难申请连续标本在现实领域由于其闭环形状。
因此,轭型电磁铁在这项研究中利用更换电磁阀,提高该领域的适用性。通常,一个电磁铁轭由固体钢筋核心和一个电磁缠绕着核心,如图1。
当电流流经电磁钢筋,钢筋的磁通量展磁化轭的核心。当经过磁化磁轭,两端的轭成为北极和南极,分别。如图1,然后诱导磁场南北极之间的束缚。
这个磁场可以用来间接引入磁场在材料检验的标本可以磁化。
在这项研究中,ELF-AC电压应用于磁化的全部标本主要电缆使用电磁轭。产生的磁场通过ELF-AC通常可以穿透整个铁磁材料的横截面。ELF-AC非常有效当检查整个截面的标本,因为ELF-AC生成一个有效磁场穿透更深的材料。
2.2。搜索线圈传感器总磁通测量
搜索线圈传感方法的原理是基于法拉第感应定律(4]。电压成正比的速度生成磁通量的变化导致之间的搜索时线圈传感器通过搜索线圈磁通量的变化。通过搜索线圈的磁通会有所不同,如果线圈穿过一个非均匀场,或如果线圈的磁场随时间变化。反映磁条件下试样的磁畴影响试件的横截面积、材料特性等(5]。
根据法拉第定律和楞次定律,产生的电动势在相关搜索时间变化的感应线圈的计算使用 总磁通在哪里给药 在哪里线圈的匝数,试样的横截面,是样品的通量密度。
磁通密度标本和诱导外磁场相关的如下: 在哪里相关的空气渗透率和吗是样品的相对渗透率。
的电动势是集成运算放大器和米勒积分器,和集成的输出电压如下(4,20.]: RC时间常数的积分器。因此,方程(4)改写如下:
根据方程(5),磁导率是常数时,输出电压依赖于横截面的标本。输出电压 ,叫做总磁通,测量使用磁通计将运算放大器与米勒积分器。
因此,横截面损失可以量化测量的总通量用搜索线圈传感器和磁通计。
2.3。横断面量化使用小b - h循环的变化
b - h循环(磁滞回路)代表磁化力之间的关系(磁场)( )和诱导磁通密度(磁化)( )(21),如图2。
通过测量获得的b - h循环的总通量铁磁材料磁化力变化一个周期。整个周期的磁化回路获得足够的双极磁场使一个完全磁化条件被称为主要磁化回路。利用主要的b - h循环是最有效的方法来进行磁力探伤以来的主要循环显示各种磁性样品(21]。然而,很难把这个网站以来由于低可行性所需的传感器头完全吸引真正的主缆是太大了。因此,最初的小b - h循环,红线图2在这项研究中,利用的一个主要磁化回路改进的可行性。
量化的横断面损失,根据横断面的磁性变化提取损失。各种磁性的b - h之间循环,b - h的斜率循环提取,称为渗透。铁磁材料的磁导率是一个属性用于描述材料的磁化程度在回应一个磁场。在一般情况下,渗透率是用来估计张力的电缆通过测量电压从搜索假设下线圈传感器不断横截面积是按照方程(5)[4,20.]。与此同时,这个方程是用来估计横截面的变化在这项研究中。的横截面可以通过测量电压估计紧张时假定为常数。
3所示。系统制造b - h循环测量
3.1。制造的总磁通传感器头
图3显示详细的图纸的总磁通传感器头捏造如上所述。它被设计成适合使用300毫米直径的主缆。具体信息的总通量测量系统中描述表1。
电磁轭组成的钢筒管和通风的应用电磁线圈磁化大直径的电缆样品。此外,总通量信号测量使用搜索线圈传感器,和搜索线圈传感器配置作为一个能开的带式使用灵活的线圈和PCB板,方便现场安装。捏造的总通量传感器头显示在图4。
(一)
(b)
磁轭的大小 ( ),和线圈绕组的铜盘管的磁轭磁化是800。
灵活的内部直径搜索线圈传感器感应总磁通是320毫米,和圈数为30。测试测量的时间周期是60秒。
3.2。采集配置和b - h循环采集过程
在此系统中,ELF-AC电压应用于磁化整个试样的内部和外部。双极电源生成一个ELF-AC电压,它提供的初级线圈电磁轭磁化主电缆样品。
的周期三角ELF-AC电压提供给b - h的获得一个周期循环在这项研究。其振幅范围是±4 V,它提供的磁化轭60秒(22]。这个电压可分为ELF-AC因为它变化非常缓慢。三角ELF-AC电压的波形在磁化的轭是图所示5。
磁化过程后,搜索线圈的磁通密度传感器措施的整个截面磁化电缆样品,和获得的磁通密度值集成磁通计计算总磁通。
因为过度测量系统需要获得一个主要磁化循环饱和磁化的主缆大直径大小,初始磁化的电压范围,显示为红线图2,用于获得一个小b - h循环在这项研究。
在b - h循环的特点,根据电缆样品的状况,渗透这意味着b - h的斜率循环使用是一个指数来量化横截面的变化情况。
3.3。补偿和去噪流程改善信号的质量
数据6(一)和6 (b)显示一个示例从b - h获得原始信号的循环。如图6(一)在系统操作、电子漂移发生。这种自然的漂移可以干扰信号,提取磁化回路的磁特性。
(一)
(b)
避免错误由于漂移,一系列自原始信号进行去噪过程包含漂移和一个偏移量误差。虽然这种信号处理可以诱导一些失真在最初的b - h循环特征,本研究的重点是改变截面变化的指数提取。因此,以下执行一致的薪酬形式封闭的b - h循环。这个过程有助于提供参考点等指数提取反映了b - h循环的斜率b - h循环。
补偿漂移误差,误差分为若干采样点,和价值成正比增加了采样点,如图7。此外,抵消补偿过程来促进执行每个条件的b - h循环之间的比较。
(一)
(b)
4所示。实验研究
4.1。实验装置和程序
一系列的实验研究进行了横断面的检查功能损失量化使用b - h循环的变化。
主电缆试样直径200毫米和800毫米的长度是捏造实验研究,如图8通过填充300股钢丝的丙烯酸管式转弯的内部直径200毫米,如图8。每个链圆钢筋的直径10毫米。
图9实验室实验显示了设置。磁轭和搜索线圈安装在圆周方向的标本。丙烯酸的搜索线圈固定的标本进行实验时因为搜索线圈的形状会影响测量信号。一个功率放大器产生ELF-AC有线线圈磁化的轭,磁通计来确定积分的总通量信号搜索线圈传感器,采集和控制器组成测量系统获得的b - h循环标本。该测量系统使用虚拟仪器操作的用户界面。
测试过程量化的横断面损失是一样的表所示2。模拟横截面损失,30条钢筋被移除每一步从主电缆样品。三十条钢筋对应于横截面的10%的完好状态,和完整的实验是在六个步骤的条件减少50%的条件。使用传感器头和信号测量系统,获得了b - h的周期循环的重复10次在每个横截面损失水平。
5。实验结果
小b - h循环从主电缆试样横截面损失的每一步获得一个周期的总通量获取和运用的过程。获得的b - h循环使用每种情况下的平均价值显示在图中10。
如图10的死胡同,b - h循环逐渐改变。图11显示的死胡同的放大图b - h循环,它表明b - h的顶点循环逐步减少,根据横截面损失程度,由于钢筋。
b - h循环的变化意味着各种磁性的变化特征根据标本的条件,如磁导率、电导率和记忆力。因此,特征提取的磁特性磁化回路需要量化横断面的损失。在这项研究中,b - h的斜率循环,这意味着渗透率、提取b - h循环的每一个步骤。
斜率的b - h循环绘制在图12。的斜率b - h循环根据横断面损失逐渐减小,如图12。此外,减少的速度略有增加,这是假定基于非常数的磁化强度由于偏置磁轭的位置。
改善损伤诊断的准确性,每一步之间的横截面损失水平降低到1.67%。数据13和14显示变化的b - h循环和变化曲线的斜率b - h循环,分别。
如数据所示13和14,斜率随横截面损失,减少10%的情况下,这个结果表明,横截面损失小于2%能被探测到。
此外,在图的变化关系曲线14类似的变化范围的0%到10%的曲线在图12。因此,数据集通过两例实验被认为通过可靠性数据集之间的相似度。
这些结果表明,该电缆检验方法使用总通量传感器可以定量诊断大口径电缆的横截面损失。
6。结论
主电缆濒死经历的方法提出了合并ELF-AC磁化使用电磁铁轭总通量测量通过搜索线圈诊断横断面悬索桥主缆的损失。总通量测量磁传感器头是捏造将电磁铁轭和搜索线圈传感器获得b - h循环从主电缆。进行了一系列的实验研究使用伪造的总通量传感器头和主缆的标本可以删除线的一部分。对于每个横截面损失水平,一个磁化回路根据横断面损失获得通过使用输入ELF-AC电压信号和测量之间的关系总通量信号。的斜率b - h循环,这反映出渗透率,在每个循环获得的b - h量化提取将b - h循环的变化。这个实验结果表明b - h循环的斜率逐渐减小根据逐步横断面损失和还显示一个常数之间存在关系的变化磁化回路和主缆横截面损失的标本。总通量sensing-based主缆濒死经历的技术可以用来诊断横断面损失而不需要复杂的破坏性试验得到的b - h循环使用总通量测量系统。这总flux-based主缆濒死经历的技术可以有效的检测工具,以确保安全的斜拉桥结构通过进一步的研究和机器人和IT技术的融合。
数据可用性
原始数据的总通量信号用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项研究受到了基础科学研究项目通过韩国国家研究基金会(NRF)由教育部(NRF - 2017 r1a6a3a04011933和联盟- 2017 r1a2b3007607)。