本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種磁記憶信號收集裝置及應(yīng)力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

應(yīng)力危害眾所周知。對于在役器件，例如吊車、起動機(jī)、承壓容器、橋梁、鐵塔等，當(dāng)其存在疲勞損傷帶來的應(yīng)力集中的情況下，其機(jī)械強(qiáng)度大幅降低，經(jīng)常引起災(zāi)難性的事故。同時，對于施工過程中的應(yīng)力監(jiān)測，也是一個十分重要的課題。一般的方法是先結(jié)合有限元計算，得出關(guān)鍵器件的應(yīng)力上限和應(yīng)力下限，再通過實(shí)時監(jiān)測關(guān)鍵器件的應(yīng)力，來保障施工的安全。

磁記憶效應(yīng)是一種新興的技術(shù)。其基本原理是通過檢測鐵磁器件在靜應(yīng)力或者周期載荷下產(chǎn)生的自發(fā)漏磁場(self-magneticleakagefield，smlf)來檢測應(yīng)力。鐵磁金屬反復(fù)加載時內(nèi)部的應(yīng)力集中區(qū)(stressconcentrationzone,scz)會得以保留，并在應(yīng)力集中區(qū)具有較高的應(yīng)力能。為抵消應(yīng)力能而引發(fā)的磁疇組織重新取向排列也會保留下來，并在應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生自發(fā)漏磁場分布。這種自發(fā)漏磁場是鐵磁材料的一種內(nèi)秉性質(zhì)，所以從根本上來說，通過自發(fā)漏磁場來測量材料的應(yīng)力更加可靠。

現(xiàn)有的磁記憶檢測，主要在空域(spatialdomain)上應(yīng)用。特別是在查找應(yīng)力集中區(qū)、應(yīng)力集中線的時候，必須要待測器件的表面位移信息，來計算空域上單位長度上的磁場變化，進(jìn)一步得知結(jié)果。一般的做法是，利用位移傳感器來同時采集待測器件表面的坐標(biāo)信息，就可以得出自發(fā)漏磁場信號對于空間坐標(biāo)的變化率，也就是梯度。這個梯度和自發(fā)漏磁場信號本身，構(gòu)成了磁記 憶檢測中兩個主要的參數(shù)。

如上所述，目前利用磁記憶效應(yīng)來檢測應(yīng)力一般在空域進(jìn)行，需要收集待測器件表面的大面積范圍內(nèi)的自發(fā)磁信號，才可方便進(jìn)行應(yīng)力的評估。在實(shí)時監(jiān)測中，特別是把磁記憶技術(shù)應(yīng)用于靜態(tài)應(yīng)力的監(jiān)測時，磁敏傳感器相對固定在待測表面，磁敏傳感器和待測表面之間沒有相對運(yùn)動，所以讀取的是一個點(diǎn)的自發(fā)磁信號，這樣就不利于器件整體情況的監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁記憶信號收集裝置及應(yīng)力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，旨在解決現(xiàn)有磁記憶效應(yīng)無損監(jiān)測方案中，只能獲取單個點(diǎn)的磁記憶信號，且信號較弱，無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)力準(zhǔn)確實(shí)時監(jiān)測的技術(shù)問題。

一方面，所述磁記憶信號收集裝置包括左右軸對稱分布的收集板，所述收集板采用軟磁材料制成，且在對稱軸位置急劇縮口，縮口位置頂面緊密固定有信號采集盒，所述收集板左右兩側(cè)為安裝連接區(qū)，每側(cè)安裝連接區(qū)上設(shè)有若干安裝固定孔，用以所述收集板剛性固定在待測器件上，所述信號采集盒包括順次連接的磁敏傳感器、處理器和信號發(fā)送模塊，還包括為所述信號采集盒供電的電源模塊。

另一方面，所述應(yīng)力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，包括一個或多個所述磁記憶信號收集裝置，還包括與各個磁記憶信號收集裝置網(wǎng)路連接的集中器、與所述集中器網(wǎng)絡(luò)連接的后臺分析裝置。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明利用聚磁原理，同時利用待測器件的應(yīng)力集中線兩側(cè)的自發(fā)磁化場的法向分量磁化方向相反的特征，在容易產(chǎn)生應(yīng)力集中線的區(qū)域，架設(shè)一個特殊磁通道，即所述磁記憶信號收集裝置，通過安裝固定孔將收集板左右兩側(cè)剛性固定在待測器件上，使得收集板和待測器件同步運(yùn)動以及同比例的受力，通過設(shè)計收集板的外形，使得收集板能夠收集和放大大范圍內(nèi)的微弱自發(fā)漏磁場信號，即磁記憶信號，把集中之后的磁記憶信號傳遞給 采集盒，這樣采集盒可以獲得穩(wěn)定和準(zhǔn)確的磁記憶信號，然后生成對應(yīng)大小的應(yīng)力信號發(fā)送至后臺，實(shí)現(xiàn)了待測器件疲勞以及應(yīng)力信息的實(shí)時監(jiān)測。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的磁記憶信號收集裝置的立體圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的收集板的俯視圖；

圖3是信號采集盒的原理圖；

圖4是應(yīng)力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為了說明本發(fā)明所述的技術(shù)方案，下面通過具體實(shí)施例來進(jìn)行說明。

圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的磁記憶信號收集裝置的立體結(jié)構(gòu)，圖2示出了其中收集板的結(jié)構(gòu)，圖3示出了其中信號采集盒的原理。為了便于說明僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。

結(jié)合圖1-3所示，本實(shí)施例提供的磁記憶信號收集裝置包括左右軸對稱分布的收集板1，所述收集板采用軟磁材料制成，且在對稱軸位置急劇縮口，縮口位置頂面緊密固定有信號采集盒2，所述收集板左右兩側(cè)為安裝連接區(qū)3，每側(cè)安裝連接區(qū)3上設(shè)有若干安裝固定孔4，用以所述收集板剛性固定在待測器件上，所述信號采集盒2包括順次連接的磁敏傳感器21、處理器22和信號發(fā)送模塊23，還包括為所述信號采集盒供電的電源模塊24。

本裝置在使用前需要固定在待測器件上，收集板左右兩側(cè)的安裝連接區(qū)上設(shè)有多個安裝固定孔，比如三個或者更多，通過配套使用抱箍，可以將收集板剛性固定到待測器件上。在中間對稱軸縮口位置，緊密固定一個信號采集盒， 信號采集盒里面主要包括一個磁敏傳感器21、處理器22和信號發(fā)送模塊23。收集板1將待測器件在一定范圍內(nèi)自發(fā)漏磁場，即磁記憶信號，進(jìn)行收集和放大，匯聚到中間縮口位置，磁敏傳感器21可以感知磁記憶信號，實(shí)時讀取或者間歇讀取磁記憶信號，輸出相應(yīng)大小的電壓或者電流數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過處理器22進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后得到應(yīng)力信號，通過信號發(fā)送模塊23發(fā)送出去。所述信號發(fā)送模塊23可以采用有線或者無線模塊，為避免連線的工作量，優(yōu)選采用無線傳輸?shù)姆绞?，比如所述信號發(fā)送模塊采用藍(lán)牙模塊、wifi模塊或者2g、3g、4g模塊等等。另外，信號采集盒2具有防潮、防濕效果，里面還安裝有電源模塊24。這里電源模塊也可以選用干電池或者太陽能電池及外圍電路。在監(jiān)測大型鋼構(gòu)應(yīng)力的時候，可以設(shè)置非常大的占空比，以延長電池壽命。

本實(shí)施例在安裝收集板時，需要使得收集板中間的縮口部分位于待測器件容易產(chǎn)生應(yīng)力的集中線區(qū)域，縮口部分形成一個特殊磁通道，縮口部分位于信號采集盒的正下方，這樣使得信號采集盒內(nèi)的磁敏傳感器可以更準(zhǔn)確、更穩(wěn)定地采集磁記憶信號，保證信號數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本實(shí)施例裝置利用了聚磁原理，同時利用待測器件的應(yīng)力集中線兩側(cè)的自發(fā)磁化場的法向分量磁化方向相反的特征，在容易產(chǎn)生應(yīng)力集中線的區(qū)域，固定本裝置。

由于本實(shí)施例需要將收集板左右兩端剛性固定在待測器件上，使得收集板和待測器件同步運(yùn)動以及同比例受力，因此在待測器件變形之前，收集板本身就可以作為待測器件由于金屬疲勞而產(chǎn)生應(yīng)力的記錄器。另外，由于收集板本身采用軟磁材料制成，本身能夠產(chǎn)生反映應(yīng)力和疲勞的磁信號，因此將收集板剛性固定到待測器件上，收集板與待測材料同步運(yùn)動，也同比例受力，因此即使待測器件本身不是非磁性金屬材料，也可以通過本裝置采集到待測器件的應(yīng)力信號，擴(kuò)大了磁記憶監(jiān)測的使用范圍。

總之，本實(shí)施例通過合理設(shè)計收集板外形結(jié)構(gòu)，在收集板中間部分急劇縮口，收集板左右部分可以收集磁記憶信號并向中間匯聚，磁敏傳感器位于特殊磁通道的預(yù)制應(yīng)力集中位置，實(shí)現(xiàn)了對待測器件表面較大范圍內(nèi)的微弱的磁記 憶信號進(jìn)行收集和放大，可以獲得穩(wěn)定和準(zhǔn)確的應(yīng)力信號數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了磁記憶信號的放大和實(shí)時監(jiān)測。同時利用收集板本身的鐵磁性能，記錄和監(jiān)測非鐵磁待測器件本身的疲勞以及應(yīng)力信息。另外，在疲勞損傷為主的失效模式的情況下，待測器件本身在突然失效前，并沒有明顯的形變，目前技術(shù)檢測無效，但是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案，可以監(jiān)測到在變形之前的疲勞損傷帶來的應(yīng)力。

本發(fā)明中，收集板的形狀決定了磁記憶信號的收集和放大效果。圖1作為一種具體實(shí)例，收集板兩側(cè)向中間對稱軸位置優(yōu)選均勻縮口，縮口線為直線，當(dāng)然也可以圓滑縮口，縮口線為弧線等。所述縮口位置上下均為缺口結(jié)構(gòu)，且所述缺口結(jié)構(gòu)的張開角度不大于130°，若大于130°，收集板中間縮口較為緩慢，不利于磁記憶信號的收集，甚至無法收集。所述縮口的寬度不大于15mm，若縮口寬度較寬，磁記憶信號匯聚較散，也不利于磁敏傳感器采集信號。所述安裝連接區(qū)的寬度不大于20mm，所述收集板從左側(cè)到右側(cè)總長度不小于150mm，所述收集板厚度為3-7mm。

對于不同的監(jiān)測對象，其尺寸不同。

一種具體尺寸實(shí)例為：

收集板左右總長度：192毫米；

收集板缺口結(jié)構(gòu)的張開角度：121.28度；

收集板中間縮口寬度：10毫米；

收集板兩端的安裝連接區(qū)寬度：16毫米；

收集板厚度：5毫米；

安裝固定孔：直徑6毫米；

收集板材料：工業(yè)純鐵。

另一種具體尺寸實(shí)例為：

收集板左右總長度：176毫米；

收集板缺口結(jié)構(gòu)的張開角度：110.2度；

收集板中間縮口寬度：10毫米；

收集板兩端的安裝連接區(qū)寬度：13毫米；

收集板厚度：4毫米；

安裝固定孔：直徑4毫米；

收集板材料：工業(yè)純鐵。

另一方面，本實(shí)施例還提供了一種應(yīng)力實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，如圖4所示，所述系統(tǒng)包括一個或多個如上述磁記憶信號收集裝置401，還包括與各個磁記憶信號收集裝置網(wǎng)路連接的集中器402、與所述集中器402網(wǎng)絡(luò)連接的后臺分析裝置403。作為一種實(shí)例，這里磁記憶信號收集裝置與集中器之間可以用藍(lán)牙模塊進(jìn)行通信，集中器到后臺分析裝置之間可以采用gprs、3g或者4g移動網(wǎng)絡(luò)通信，也可以用有線互聯(lián)網(wǎng)方案，根據(jù)實(shí)際需求組網(wǎng)即可。其中所述磁記憶信號收集裝置安裝固定在待測器件上，可以實(shí)時地，或者間歇地讀取其自發(fā)漏磁場，多個信號采集盒中的磁敏傳感器采集信號后，經(jīng)過處理器處理，最后通過信號發(fā)送模塊向集中器發(fā)送應(yīng)力信號，經(jīng)集中器匯總后，發(fā)往后臺分析裝置。后臺分析裝置根據(jù)實(shí)時獲取到的待測器件的應(yīng)力數(shù)據(jù)，判斷待測器件的狀態(tài)，當(dāng)應(yīng)力數(shù)據(jù)超過閾值時向現(xiàn)場或者管理管理人員發(fā)送告警信息，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力在線實(shí)時監(jiān)測。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。