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        磁致伸縮導波檢測原理

           導波(guided wave)具有單點激勵即可實現長距離快速檢測的優點,近年來得到了廣泛的應用。導波指在有界介質(如管、板、桿等)中平行于介質邊界并以超聲或者聲頻率傳播的機械波(或彈性波),導波傳播介質稱為波導。導波在傳播過程中遇到缺陷或邊界條件發生改變時會發生發射,從而可以應用于檢測。由于能量被限制在波導內部,導波能夠傳播很長距離,例如,在狀況良好的橋梁索桿中導波一般可傳播數十甚至上百米的距離,因而使用導波技術可以從總體上提高檢測效率和降低檢測成本。導波的傳播需要對象橫截面上全部質點的參與,因而能夠檢測橋梁索桿整個端面。導波檢測的優勢如圖1所示。

        導波技術相對傳統檢測方法的優勢

        磁致伸縮導波傳感器利用電磁場和鐵磁材料的磁致伸縮效應及其逆效應實現能量耦合和信號轉換,檢測時允許一定的提離距離(一般可達幾厘米)而不需要與被檢對象直接接觸。由于傳感器的提離距離可達幾厘米,在檢測過程不需要拆除PE,因此它尤其適用于帶PE保護層橋梁索桿的在役檢測。磁致伸縮導波檢測原理的基礎是磁致伸縮(Joule)效應及其逆(Villari)效應。鐵磁體在外磁場中被磁化時,其外型尺寸會發生變化,即產生磁致伸縮應變,從而在鐵磁體內激發應力波,這種應力波實際上是結構導波,也是一種彈性波。反過來,當鐵磁中存在缺陷時其聲阻將發生變化,從而引起導波的反射、透射等,進而導致鐵磁體內磁感應強度發生變化,而變化的磁感應強度必定引起接收線圈中的電壓變化,通過測量電壓信號即可檢測出鐵磁體構件中是否存在腐蝕、裂紋、破損等缺陷。

        根據磁致伸縮導波檢測原理和信號處理要求設計的檢測系統結構框如圖2所示。整個檢測系統由主機、激勵傳感器、接收傳感器和前置放大器組成,通過彈性波激勵和接收,實現構件的檢測。利用系統實現檢測的過程是:首先將激勵傳感器和接收傳感器安裝在待測構件上,待測構件可有包覆層且表面無需處理,再利用便攜計算機控制信號發生單元產生特定頻率正弦波信號。正弦波信號輸入到門控電路,在計算機的控制下產生特定寬度和間隔的門控信號。正弦波信號在門控信號的控制下經功率放大器放大后傳輸到激勵傳感器,通過磁致伸縮效應在待測構件中產生彈性波,接收傳感器利用逆磁致伸縮效應將彈性波信號轉換為電信號,信號經前置放大器后進入放大濾波單元處理后通過信號采集端口進入數據采集單元,經其中的A/D轉換器后進入計算機,經計算機處理后得到構件的檢測結果。

            檢測系統如圖3所示,整個檢測樣機由系統主機、激勵和接收線圈、磁化器、前置放大器,連接器和連接線纜組成。激勵和接收線圈適應于直徑32-609mm范圍內的橋梁索桿檢測。磁化器也需要根據管道規格進行多個搭配使之處于最佳的工作狀態。連接線纜保證主機與傳感器的距離可達30m以上。

        系統結構框圖

        磁致伸縮導波檢測系統樣機

         

            檢測軟件的主要功能有信號發生單元控制、門控單元控制、數據采集、數據分析、數據處理、數據壓縮等。根據軟件平臺體系結構的特征,將軟件分為采集控制和數據分析處理兩個模塊。軟件的采集和數據分析界面如圖4所示。

        (a) 采集界面                          (b) 數據分析界面

        檢測軟件界面



         

         

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