漏磁Sensing-Based钢丝绳无损探伤技术

文摘

无损评价(NDE)钢电缆在大跨度桥梁是必要的,以防止结构失效。因此,一个自动化的有线监控系统提出了使用一个合适的濒死经历技术和爬行机器人。基于漏磁-(漏)检测系统应用于监测电缆的情况。这个检验系统措施磁通检测钢丝绳的当地的缺点(低频)。来验证提出的损伤检测技术的可行性,摘要漏磁场传感器头原型设计和制造。一群钢丝绳标本与几种类型的损坏是捏造和扫描的漏磁场传感器头测量试样的磁通密度。解释的状况钢缆,磁信号被用来确定缺陷的位置和损伤的水平。从损坏的标本测量信号与设定的阈值进行比较客观的决策。此外,测量磁信号是可视化的三维漏磁场图直观的有线监控。最后,结果与实际造成的信息损失,确认该电缆监测方法的准确性和有效性。

1。介绍

最近,已经有越来越多的要求结构健康监测(SHM)和无损检测(NDT)在民事领域,机械和航空航天工程。特别是当地监测方法研究了特定的关键成员克服全球监测技术整体结构的限制(1- - - - - -4]。大跨度桥梁的钢电缆也关键成员暂停几乎所有的静负荷的结构。然而,横向损伤可能发生在钢丝绳由于腐蚀和断裂,从而导致应力集中。横截面损伤结构失效的直接原因。因此,无损评价(NDE)检测是必要的初始阶段代表性的损伤电缆。然而,很难监控大多数电缆的条件,可以无形的伤害和位于难得一见。为了克服这些缺点,我们提出一个自动有线监控系统,它使用一个合适的濒死经历技术和爬行机器人的方法破坏点,如图所示1。

同时,濒死经历技术用于并入爬行机器人已经被广泛研究。在这项研究中,磁传感器的检测应用横断面损害。磁传感器被广泛用于监控结构,包括飞机和船只,由于其出色的可靠性和再现性。各种磁传感器存在,和最佳的磁性可以利用根据目标结构(5- - - - - -9]。

在这项研究中,一个漏磁场传感器用于检测当地断层(低频)钢电缆损坏,通过捕获漏磁。漏磁方法是最适合连续结构常数截面,如电缆和管道,并已申请检验钢电缆在采矿业,滑雪电梯,电梯,和其他应用程序(10- - - - - -15]。然而,大多数漏磁设备是固定的系统,不能用于桥梁钢电缆。此外,漏磁信号测量设备需要专家的分析来确定损伤。为了克服这些限制,已开发出一种先进MFL-based损伤探测技术,利用阈值从统计方法用于创建目标决策。

来验证提出的损伤检测技术的可行性,摘要漏磁场传感器原型设计和制造。一群钢丝绳标本也制造执行实验,横断面损害逐步形成,通过削减电缆。传感器是用来测量磁通在每个破坏条件。从损坏的标本测量信号与设定的阈值进行比较。最后,测量磁信号可视化三维漏磁场图,直观的有线电视监控。

2。理论背景

2.1。漏磁原理

钢试样,磁化磁场本身及其周边地区,和任何地方磁力线退出或进入标本被称为极。一块磁铁破裂,但没有完全坏了两个,形成了南北磁极在每个裂缝边缘,如图2。磁场在北极和退出重新进入南极。磁场扩散当遇到小气隙产生的裂缝,因为空气不能支持尽可能多的单位体积磁场的磁铁。当领域扩散,它似乎泄露出来的材料,因此被称为磁漏场。

2.2。磁通量Leakage-Based当地断层破坏检测技术

强大的永久磁铁或电磁铁是用来建立一个磁材料进行检查。当没有缺陷,金属的通量仍均匀,如图3(一个)。相比之下,图3 (b)说明了磁漏,低频时就会发生破坏,由于断丝或磨损。流量泄漏缺陷附近的金属。传感器,可以检测之间的磁漏放置磁铁的两极,他们产生一个电信号,漏磁(成正比16]。

在这项研究中,霍尔传感器被用来捕获漏磁场。霍尔传感器是基于霍尔效应,如图4。当磁场应用于一个盘子,一个电子穿过磁场经历一种力量,被称为洛伦兹力,垂直运动的方向和领域的方向。这是应对这个力,创造了霍尔电压(17,18]。这个大厅可以测量电压使用数据收集系统,可以用来检查目标结构的条件。

2.3。建立一个使用GEV分布阈值水平

测量磁通之后,有必要确定一个合适的阈值的测量输出电压区分一个完整和破损。在这项研究中,99.99%的置信度阈值的完整的条件设置,使用广义极值分布(GEV)。极值定理,GEV分布的极限分布合理规范化的极大值独立同分布随机变量序列。正因为如此,GEV分布作为一个近似,模型长(有限)的最大值的随机变量序列。广义极值分布的累积分布函数,如图所示 为,在那里是上面的端点,位置参数,尺度参数,形状参数(19]。

3所示。实验研究

3.1。漏磁传感器头设计和制造的原型

一个漏磁场传感器头原型是捏造的,如图5,执行实验研究来验证该电缆濒死经历的方法。的传感器头由磁化组件和一个信号测量组件,挤在一个铝18厘米宽度的情况下,18厘米高,30厘米的长度。此外,该组件可以分离方便,通过一个系统,可以随时打开。

首先,磁化组件,它创造了磁场磁化钢丝绳标本的一部分,是一对轭,也包括2高强度钕铁硼永磁永久磁铁(35)钕和碳钢的板,如图6(一)。永磁的优点是不需要任何权力操作,并允许轻系统比电磁磁铁是否被使用。

8通道的信号测量组件是由霍尔传感器、压痕的定期安排在一个圆形的配置如图6 (b)。每个8安排传感器将漏磁信号转换为电压信号,传输到数据收集系统。传感器头的内径是60毫米,以适应钢丝绳相同的维度。

3.2。实验装置和程序

一系列的实验研究进行了检查的功能检测技术。60毫米直径的钢丝绳标本和1700毫米长度是捏造实验,通过填写25股钢丝绳在管的外部直径60毫米。每一条电缆被困元素电线直径10毫米,如图7。

此后,4水平的低频损失逐步形成的中心钢丝绳标本,如表所示1。在表1,红点意味着完全损坏的链被指定为4%(1/25)横截面电缆样品的损失。首先,电缆附近传感通道2被切断(损伤级别1)。第二,对损伤级别2,电缆位于对称面与损伤1级另外削减(传感通道附近6)。在3级,减少损害延长电缆切割两个元素在顺时针方向如表1。最后,在损害四级,2电缆位于横截面的中心被削减,形成内部损伤。

使用传感器头,漏磁信号测量的只有1米中心部分损坏的标本为每个损伤水平条件,如图8。的移动速度传感器头是1米/秒,采样率是1 kHz。因此,这个设置是1毫米的位移分辨率。

接下来,一个虚拟的5米钢丝绳的长度呈现,结合每个损坏的5-measurement部分条件(从完整的破坏等级4号),如图9。

信号处理技术,如低通滤波和补偿修正,进行了提高分辨率的测试结果。

3.3。实验结果

3.3.1。结果基于漏磁的低频损伤诊断方法

每个通道的电压信号,测量霍尔传感器是显示在图中10。

这个图展示了对称的漏磁信号测量传感通道2的1.5点沿着标本,在通道2和6 2.5点。这些漏磁场信号符合当地实际的位置故障破坏形成的标本。磁漏是捕获只有在传感通道附近损失。3.5点,磁漏信号测量传感通道2,3,6,微弱的磁漏信号也以传感通道1和4。这表明当损害更大,可以测量磁漏在邻近的通道。此外,小FL信号捕获每一个频道在4.5点(减少损失都位于一个类似的距离传感通道)。这些事实表明漏磁传感器的方法可以检测低频损失,和传感灵敏度取决于损伤和霍尔传感器之间的距离。此外,损害的圆周位置可以判断,通过传感器在一个数组中。

一个阈值,区分完整和破坏条件,确定客观的损害。原始的漏磁信号被转换为绝对值,因此只有大小将被视为阈值。在这项研究中,99.99%的置信度阈值的完整的条件设置,使用广义极值分布(GEV)。计算阈值是0.1358 V,漏磁信号转换的图所示11。

转换后的磁漏信号超过了阈值感应通道2在1.5点,在2.5频道2和6点,和通道1,2,3,6在3.5点。在4.5点,几乎所有频道的信号超过了阈值以微弱劣势。这些测量结果与实际损伤位置和显示自定义阈值可以作为标准来检查是否损坏发生。

3.3.2。可视化的磁通

三维图表达的漏磁信号,如图12。

的设在沿着样本的距离,设在是测量通道号,表示在圆周方向上的位置传感器,磁通的振幅是显示在设在颜色编码。进行插值来克服的局限性的有限数量的传感通道平滑的形状图。在这个图中,大峰描述磁漏清晰可辨的完整的信号,他们制定有效的低频损失的大小和位置。然而,小泄漏是不区分,由于噪音信号。因此,增加了表面阈值(黑色)所示的漏磁场图,如图13。这正是区分噪音信号的低频受损区域和完好状态。

最后,漏磁信号的可视化,通过映射到一个形状类似于电缆。可视化,y- - -z维损伤指标的计算从磁通值,转换使用 在哪里和是- - --dimenional损伤指标,是电缆的磁通,是一个半径为虚拟电缆可视化和的周向角度传感器。

这些损伤指标计算绘制3 d图上距离指标,如图14。

这个3 d磁通量地图表示的损伤位置信息纵向和圆周方向和节目的损坏程度乍一看,从任何角度。

此外,3 d地图是用磁圆柱阈值,在某种程度上类似于图13,如图15。

这图显示了破坏阈值所反映出的部分覆盖的过程。此外,损害的圆周方向和大小,可以更有效地发现使用三维漏磁场的截面图,如图16。

图16显示可视化截面和一个阈值。通过这种可视化工作,预计损伤电缆可以检测到任何人,即使是那些没有专业经验与电缆濒死经历。

4所示。结论

一种漏磁传感器损伤检测技术,提出了钢电缆的健康监测研究。制造的漏磁场传感器头和一系列实验研究和损害可视化进行了验证该技术的可行性,并通过以下观察确认。(1)漏磁检测在实际低频损伤的位置。(2)传感灵敏度取决于损伤和霍尔传感器之间的距离。(3)的圆周位置损伤可以通过设置传感器判断数组中。(4)磁漏信号超过了阈值基于GEV点分布的实际损害。(5)漏磁信号被表示为一个三维图形,提出了低频损失的大小和位置。(6)漏磁信号是用阈值的可视化表示,通过3 d图映射到一个形状类似于有线形状,这将有效地提供关于损坏电缆的信息,从许多角度。

总的来说,这些结果表明,该钢电缆监测技术利用漏磁传感器可以用来有效地检测当地断层破坏。在不久的将来,这个漏磁场——电缆濒死经历技术将被整合基于爬行机器人配置自动有线监控系统。此外,预计该濒死经历技术可以作为一个先进的工具,利用可靠的有线监控智能城市基础设施在整个融合各种无处不在的技术。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持的基础科学研究项目通过国家研究基金会(NRF)由教育部、韩国科学技术(没有。2010 - 0023404)和超级大跨度桥梁的研究项目核心研发中心(08年CTIP-E01)由朝鲜土地、交通和海事(MLTM)。完整的支持我将非常感谢。

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