[发明专利]基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统

说明书

本发明公开了一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统,沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据，通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；再通过磁感应强度变化量或磁场梯度变化量确定断丝位置；最后通过断丝位置计算钢丝断面在多个采样点处的磁感应强度或磁场梯度，并进一步计算断丝数量。以解决斜拉桥拉索断丝的磁场监测中无法定量监测的问题。不需要去除拉索表面的护套等表层防护，也不存在信号干扰和解析问题，能在酸雨、风雨激振等环境进行，同时不需要暂时关闭桥梁交通。

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法。

背景技术

斜拉桥拉索一般由一定数量的钢丝组成，斜拉桥拉索的健康状况直接关系到斜拉桥的安全和剩余寿命，斜拉桥拉索服役时出现的病害，最主要表面为拉索内部的钢丝的断裂。斜拉桥拉索在建立之初，拉索内部的钢丝是完好了，在使用一段时间后，拉索内部的钢丝会出现一定程度的断裂。为了安全起见，拉索内部钢丝的断丝数量必须少于钢丝总数的2％。传统的斜拉桥拉索断丝监测方法主要依靠人工检测，检测时先通过观察斜拉桥拉索护套表面是否破损，判断是否需要在损坏部位凿开护套，使钢丝外露以监测是否发生断丝，这种方法工作效率低且精度差，需要耗费大量的人力物力，在风雨作用下高空作业对测量人员的安全造成很大的威胁。

斜拉桥拉索断丝监测需要依靠技术手段，近二十年来，监测方法主要有磁漏监测法、磁致伸缩传感器技术监测法、放射线监测法、超声波测试监测、磁记忆技术、声发射技术、PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等。其中，漏磁监测法和磁致伸缩传感器技术监测法需用专门的磁化设备(强永磁铁或电磁铁)对发生断丝处的斜拉桥拉索进行励磁，操作繁琐精准度低，并且无法确定断丝的位置以及根数；由于斜拉桥拉索表面护套存在缺陷，钢丝之间存在孔隙，放射线监测法与超声波测试监测在斜拉桥拉索断丝监测中误差较大；金属磁记忆仅可有效地对铁磁性材料进行早期损伤判断，仅可判断拉索内部发生断丝的位置，对于断丝根数无法识别；基于声发射的损伤监测主要在实验室环境下研究，声波特性变化较微弱，在工程中容易受高背景噪声信号的严重干扰；PVDF传感技术、光纤光栅应变传感技术、红外热成像法、高频导波、超声表面波技术等难以在恶劣服役环境下操作，测试时需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，存在信号干扰和解析问题，且仅可判断拉索断丝的位置，对于断丝根数定量方面存在困难。

综上所述，现有斜拉桥拉索断丝监测方法存在以下缺点：(1)需要去除斜拉桥拉索表面的护套等表层防护，操作繁琐；(2)难以在酸雨、风雨激振等复杂环境服役；(3)无法同时识别斜拉桥拉索断丝的位置和断丝根数；(4)需要暂时关闭桥梁交通，无法在斜拉桥正常运营时进行监测；(5)人工检测无法高精度、随时地进行斜拉桥拉索断丝安全预警。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测系统及监测方法，以解决现有斜拉桥拉索断丝监测中操作不方便，并且无法同时识别斜拉桥拉索中断丝的位置和断丝的根数问题。

一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，包括如下步骤：

从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；

通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；

通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量确定断丝位置；

通过断丝位置进一步计算断丝数量。

在本实施例中，优选的，通过所述磁感应强度变化量确定断丝位置，包括：