[发明专利]钢索应力与缺陷检测用柔性磁致伸缩和磁弹一体化传感器

说明书

技术领域：

钢索应力与缺陷检测用柔性磁致伸缩和磁弹一体化传感器，属于电磁声学传感器技术领域，其作用是在钢索中激励出纵向模态超声导波，对钢索进行长距离缺陷检测，或基于超声导波声弹性效应，对一定距离内的钢索平均应力进行测量；也可测量钢索材料沿长度方向的磁导率变化，反映出缺陷的大小和位置，或基于磁弹性效应，测量得出钢索某一截面的平均应力。该传感器集合了磁致伸缩和磁弹传感器的共同结构，具有缺陷检测与应力测量的双功能，同时其具有柔性可卷曲的物理性质，结构轻便，易于拆装，适用于钢索的实际工程检测。

背景技术：

钢索的健康状况监测主要包括对其应力状况的监测和对其中缺陷的检测。目前单一功能的传感器都只能对应力或缺陷进行检测，且由于结构复杂和体积、质量较大等原因，在实际检测中存在安装不方便等局限性。因此，需要发展结构简洁，集应力和缺陷检测双功能于一体的，方便拆装的新型传感器。

发明内容：

本发明的目的为实现磁致伸缩传感器和磁弹传感器的结构统一，方便安装于钢索和从钢索上拆卸，使单一传感器具有对钢索应力和缺陷检测的双功能。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：钢索应力与缺陷检测用柔性磁致伸缩和磁弹一体化传感器，包括内外两片柔性印刷线圈，柔性印刷线圈中铜线沿线圈宽度方向均匀分成N组，N为大于或等于2的偶数，每组铜线的一端与连接器相焊接；内外两片柔性印刷线圈可卷曲贴覆在钢索表面，柔性印刷线圈未焊接有连接器的一端扣合在连接器被锁固后形成环状安装于钢索上，以形成与钢索长度方向一致的内外两个螺旋管线圈；外层柔性印刷线圈的N组铜线采取同向绕制方式；当内层柔性印刷线圈的N组铜线采用正反交替绕制方式时，一体化传感器工作于磁致伸缩传感器功能；当内层柔性印刷线圈的N组铜线采用同向绕制方式时，一体化传感器工作于磁弹传感器功能；通过改变内层柔性印刷线圈的连接导线的连接方式来改变它的绕制方向。

一体化传感器安装于钢索后，沿钢索长度方向，外层柔性螺线管的宽度大于内层柔性螺线管，且内层柔性螺线管与外层柔性螺线管沿钢索长度方向的中心保持一致。

采用的柔性印刷线圈为单层或多层柔性印刷线圈；单层柔性印刷线圈缠绕钢索卷曲一次后，未焊接有连接器的一端扣合在连接器后被锁固，在钢索表面形成具有单层线圈的螺线管线圈；多层柔性印刷线圈相比单层柔性印刷线圈，外形上存在一窄条状气隙，多层柔性印刷线圈未焊接有连接器的一端可穿过该气隙(n-1)次后，扣合在连接器内被锁固，在钢索表面形成具有n层线圈的螺线管线圈，其中n为大于1的自然数，表示多层线圈的层数。

本发明工作于磁致伸缩传感器功能时，内层线圈的N组铜线实现正反交替绕线方式时，相邻同向绕制的线圈的组数为任何小于N且可被N整除的自然数，以此改变内层柔性印刷线圈中正向与反向绕制线圈沿钢索长度方向的间距即频率特征参数，调节一体化传感器工作于磁致伸缩传感器功能时的中心频率。

本发明采用以上技术方案，使得一体化传感器可实现磁致伸缩和磁弹传感器的双功能，并且结构轻便，易于拆装，利用此两种传感器功能都可对钢索的应力和缺陷进行检测。

附图说明：

图1本发明整体安装示意图；

图2单层柔性印刷线圈示意图；

图3多层柔性印刷线圈示意图；

图4-a一体化传感器工作于磁致伸缩传感器功能时，内层柔性印刷线圈频率特征参数为d；时各组铜线输入输出端口的连线方式；

图4-b一体化传感器工作于磁致伸缩传感器功能时，内层柔性印刷线圈频率特征参数为e时各组铜线输入输出端口的连线方式；

图5一体化传感器工作于磁弹传感器功能时，内层柔性印刷线圈的各组铜线输入输出端口的连线方式；

图6一体化传感器工作于磁致伸缩传感器功能时，接收的超声导波回波信号；

图7一体化传感器工作于磁弹传感器功能时的接收信号；

图中：1-钢索2-内层柔性印刷线圈3-外层柔性印刷线圈4-连接器5-铜线6-基板7-气隙

具体实施方式：

钢索应力与缺陷检测用柔性磁致伸缩和磁弹一体化传感器由内层柔性印刷线圈2和外层柔性印刷线圈3组成，柔性印刷线圈分为单层柔性印刷线圈(图2)和多层柔性印刷线圈(图3)两种形式。柔性印刷线圈由连接器4，铜线5和基板6组成。单层线圈的长度L依据钢索外径D进行设计，一般L＞π×D，由此单层柔性印刷线圈可卷曲一次后，通过连接器4扣合安装于钢索1表面。