复杂钢索应力、缺陷的磁-声一体化综合检测技术及仪器研制

成果名称

复杂钢索应力、缺陷的磁-声一体化综合检测技术及仪器

单位名称

北京工业大学

联系人

吴斌

联系邮箱

Wb@bjut.edu.cn

成果成熟度

√正在研发   √已有样机   □通过小试   □通过中试   □可以量产

合作方式

√技术转让    □技术入股    √合作开发   □其他

成果简介： 

    仪器功能：采用单一主机与结构一体化传感技术（含磁弹、漏磁与磁致伸缩导波三种技术），同步获取钢索磁化过程中的磁-声信号，实现钢索应力状态与损伤程度的高灵敏检测。
     关键技术：
     （1）钢索结构中超声导波陷频特性的分析计算模型；
     （2）结构一体化传感器及其磁-声信号同步检测技术；
     （3）基于隧道磁阻阵列的钢索断丝弱磁检测技术；
     （4）磁弹应力测量的灵敏度矩阵及励磁参数优化方法。
     技术先进性或创新点：
     （1）国际上率先提出了基于钢索导波陷频特性的测力新原理。实验发现了钢索结构中超声导波的陷频漂移现象，理论上揭示了陷频漂移的内在机理，发展出柔性、非接触式磁致伸缩导波传感器，标定出测力新原理的分辨力可达3MPa，非线性误差小于±10%；
     （2）突破了共源励磁模式下的磁-声一体化检测传感技术。单体传感器可同步实现局部磁滞回线簇和超声导波陷频特性的检测，分别实现钢索局部与整体平均应力的检测。
     （3）提出了磁弹应力测量的灵敏度矩阵测试方法。主动调控钢索磁化静态工作点，采用幅、频调制或多频叠加信号励磁，测取局部磁滞回线簇对应力的灵敏度矩阵，为钢索检测提供多参数优化方法。
     （4）实现了基于隧道磁阻阵列的钢索断丝无线监测技术。双阵列检测环提高核心传感器的抗干扰能力，降低检测盲区至60mm，可检测单根钢索断丝；以无线网络为监测架构，有望采用多路传感器实现对多台电梯钢丝绳的同步监测。
     应用研发：已与江西飞尚、江苏多维科技以及中航工业北控所等单位展开合作或合作洽谈。

应用前景：
     典型工程应用：
     （1）桥梁斜拉索应力的长期监测；
     （2）客运索道的在线损伤检测；
     （3）电梯用钢丝绳运行状态的无线监测网络。
     适用领域：特种设备（客运索道、电梯钢丝绳）与市政工程（桥梁斜拉索）。
     市场预测：国内，斜拉桥、悬索桥、电梯、提升机械数量总和超过200万台/套，所用钢丝绳的应力、损伤状态监测需求量极大。研制的仪器不仅可作为整机销售给特种设备行业或专业检测公司，还可为特定工程项目提供技术支持与服务，预计5年内整机销售数量与服务项目数量大于300台/套，并在市场上形成技术示范作用。

知识产权及项目获奖情况：
     项目已获国家自然科学基金重点项目(11132002)支持，已获批或申请国家专利9项：

1. 钢索应力与缺陷检测用柔性磁致伸缩与磁弹一体化传感器. 发明专利. （授权公告号CN102435357B，2014.01.08）

2. 预应力波导结构超声导波声弹频散的计算方法. 发明专利. （授权公告号CN102722625B，2014.05.07）

3. 基于超声导波的液体粘滞系数检测装置及方法. 发明专利. （授权公告号CN102854090A，2013.01.02）

4. 一种钢索拉伸装置. 实用新型. （授权公告号CN202994584U，2013.06.12）

5. 一种一阶螺旋杆频散特性的提取方法. 发明专利. 201310473916.4.（授权公告号CN 103559332A, 2016-04-06）

6. 高压输电线缺陷检测用柔性磁致伸缩与涡流一体化传感器. 实用新型.  （授权公告号CN202994722U，2013.06.12）

7. 一种基于涡流阻抗法的非接触式锚杆拉力测量方法. 发明专利. 201410090742.8.（实质审查,公开）

8. 基于圆周阵列式弱磁检测传感器的钢索缺陷扫查系统. 发明专利. 201410521209.2.（实质审查, 公开）

9. 基于超声导波陷频的钢索拉力测量方法. 发明专利. 201510171312.3. (实质审查, 公开)