磁致伸缩导波技术在锚杆检测中的应用研究

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基于磁致伸缩效应导波的数值模拟和实验研究

基于磁致伸缩效应导波的数值模拟和实验研究沈立华1　王悦民1　郑明雪2　孙丰瑞11.海军工程大学,武汉,4300332.青岛大学,青岛,266071摘要:利用数值模拟和实验研究两种手段,从频散的角度分析了基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术在圆管检测中的应用。

参照数值计算结果,实验中采用不同频率激励纵向模态导波。

通过实验对比发现,频率为f =20k Hz 左右时导波频散最小,且L (0,1)模态的导波适合用于管道检测。

实验检测到的钢管不同孔径缺陷信号与数值模拟结果相吻合。

关键词:磁致伸缩效应;导波;无损检测;数值模拟中图分类号:T G115.28;TM930.124 文章编号:1004—132X (2007)05—0532—04Numerical Simulation and Experimental R esearch on G uided W aves B ased on Mangentostrictive E ffectShen Lihua 1　Wang Yuemin 1　Zheng Mingxue 2　Sun Fengrui 11.Naval U niversity of Engineering ,Wuhan ,4300332.Qingdao University ,Qingdao ,Shandong ,266100Abstract :In view of dispersion ,t he application of guided wave ND T of pipe based on magnetos 2t rictive effect was analyzed by t he combinatio n of numerical simulation and experimental research.Ac 2cording to t he simulated numerical result s ,t he longit udinal mode guided waves at different f requencies were excited in t he experiment s.The dispersion of guided wave at f =20k Hz is little by contrasting t he experimental result s ,and L (0,1)mode is suitable for t he pipe inspection.The signals of different diamet ric defect s are detected clearly.The experimental result s agree wit h which of numerical simula 2tion.K ey w ords :magnetost rictive effect ;guided wave ;non -dest ructive testing ;numerical simulation收稿日期:2006—06—30基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2004ABA028)0　引言导波作为超声波的一种,是沿着构件表面或沿着杆、管道或板结构传播的波。

磁致伸缩导波在桥梁索体结构检测中的应用研究

磁致伸缩导波在桥梁索体结构检测中的应用研究摘要：缆索桥梁因具有跨越能力强、结构轻盈、造型美观等优点而被城市桥梁广泛采用，缆索系统是桥梁结构的主要承重构件也是结构的薄弱点，缆索系统的健康检测对维持桥梁有效运营具有重大作用。

磁致伸缩导波无损检测技术拥有远距离检测、不会破坏构件、不受构件尺寸限制等优点，已经广泛应用于拉（吊）索桥梁锚固区的无损检测中。

本文主要介绍磁致伸缩导波检测原理、检测设备以及实际工程应用，列举了大佛寺长江大桥、桃夭门大桥以及金塘大桥采用磁致伸缩导波检测桥梁索体结构的应用效果。

关键词：磁致伸缩导波；桥梁索体；无损检测；1 引言21世纪以来，缆索桥梁因具有跨越能力强、结构轻盈、造型美观等优点而被城市桥梁广泛采用，如斜拉桥、悬索桥等。

缆索系统作为缆索桥梁的主要承重构件，是桥梁结构中的薄弱处，容易在外界环境的侵蚀下破坏损伤，进而影响桥梁结构性能及耐久性[1]。

所以要求桥梁管养部门加强对缆索桥梁的日常养护和检测，提前发现缆索系统的安全隐患，保证缆索系统处于安全健康的状态[2]。

拉（吊）索桥梁锚固区由于其构造的限制，很少能够检测到，成为桥梁检测的薄弱部位；磁致伸缩导波技术是桥梁缆索无损检测技术的一种，将其应用于桥梁缆索扫描，可以快速得到桥梁损伤情况。

实现现代城市桥梁无盲区检测。

磁致伸缩导波无损检测技术拥有远距离检测、不会破坏构件、不受构件尺寸限制等优点，故将其应用于拉（吊）索桥梁锚固区的无损检测中。

本文介绍磁致伸缩导波的桥梁拉索锚固系统无损检测技术原理、设备与重庆大佛寺长江大桥、桃夭门大桥、金塘大桥拉索锚固系统无损检测应用，为今后相关研究应用提供参考。

2 磁致伸缩导波检测原理磁致伸缩导波检测原理的基础是磁致伸缩(或Joule)效应及其逆(或Villari)效应[3]。

磁致伸缩效应是指由外部施加的磁场引起的铁磁材料物理尺寸的微小变化(在碳钢中约为百万分之几)。

对于磁致伸缩导波检测，它依赖于逆磁致伸缩(Villari)效应，指由机械应力(或应变)引起的铁磁材料磁感应的变化。

磁致伸缩导波技术在管道检测中的应用

２．ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｃｔｅｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｉｔｔｕｔｅ，ＢｅＵｉｎｇ１０００１３，Ｃｈｉｎａ）
２０１３焦
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２０１３Ｎｏ．１
第１期
ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｍｅｎｔ
磁致伸缩导波技术在管道检测中的应用
丁敏，俞树荣，胡斌，刘展，韩利哲
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆＴ— ｍｏｄｅｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｆｏｒｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｄｅｆｅｃｔｓｉｎｐｉｐｅｓｉｓｉｎｔｒｏ — ｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｓｔｕｄｉｅｄｈｅｒｅａｒｅｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｄｅｔｅｃｔｉｏｎｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｐｉｐｅ－
ｌｉｎｅｄｅｆｅｃｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｙｇｉｓｏｆｈｉｇｈｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎｄａｃｃｕｒａｃｙ．Ｏｎｔｈｉｓｂａｓｉｓ，ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇ

磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用

磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用董永;王明明;孙晓云;王莎;林童【摘要】针对电磁超声信号信噪比低、回波特征不明显的问题,本文对磁致伸缩扭转导波特性进行了分析,扭转导波非频散适合信号处理,且在传播过程中能量衰减较小.利用ANSYS有限元仿真软件分析了扭转导播在纤维增强塑料(FRP)锚杆内的位移、功率流特性;搭建了物理实验平台,在FRP锚杆内激励和接收磁致伸缩扭转导波信号,对采集到的回波信号进行CEEMD-LMS算法滤波;实验数据验证了数值分析结果的有效性.结果表明:磁致伸缩扭转导波在FRP锚杆内的传播功率趋向于表面,适用于FRP锚杆表面缺陷检测;经CEEMD-LMS滤波算法处理后的磁致伸缩导波信号信噪比得到提升;磁致伸缩扭转导波技术可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行识别.【期刊名称】《中国矿业》【年(卷),期】2019(028)005【总页数】6页(P158-163)【关键词】FPR锚杆;ANSYS有限元仿真;扭转导波;CEEMD-LMS算法【作者】董永;王明明;孙晓云;王莎;林童【作者单位】石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TP273;TH7为解决锚杆的锈蚀问题，国外自20世纪90年代开始使用FRP锚杆来代替传统的钢铁锚杆，已在国内外矿山、隧道、公路边坡支护中得到了广泛的应用，但目前针对FRP锚杆的研究主要集中于力学性能，对其无损健康检测并不成熟[1-2]。

磁致伸缩导波技术作为新型检测方式，克服了传统检测方式的局限性，具有非接触、距离长、无需耦合剂等特点，可对材料的健康状况进行快速、精确检测。

磁致伸缩导波技术在纤维增强塑料锚杆中的应用

磁致伸缩导波技术在纤维增强塑料锚杆中的应用董永;刘怡明;王明明;孙晓云【期刊名称】《济南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(032)006【摘要】为了提高纤维增强塑料(FRP)锚杆的缺陷检测精度,将磁致伸缩检测技术应用于FRP锚杆检测,通过镍带与FRP锚杆耦合的方式激发并接收磁致伸缩导波信号;为了解决磁致伸缩导波信号信噪比低、特征不明显的问题,利用变分模态分解(VMD)算法将信号分解为多个模态信号,对各层多模态信号进行滤波后重构,再通过最小均方误差估计(MMSE)增强算法提高信号信噪比.结果表明:经变分模态分解-最小均方误差估计(VMD-MMSE)算法处理后,可提升FRP锚杆反射回波信号的信噪比和信号特征;磁致伸缩导波检测技术可应用于FRP锚杆质量检测,可对有周向缺陷的FRP锚杆长度、缺陷位置进行精确判断.【总页数】6页(P476-481)【作者】董永;刘怡明;王明明;孙晓云【作者单位】石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043;石家庄市第二中学,河北石家庄 050000;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄050043;石家庄铁道大学电气与电子工程学院,河北石家庄 050043【正文语种】中文【中图分类】TM933【相关文献】1.磁致伸缩导波在锚杆检测中的初步研究 [J], 林俊明;周昌智;李松;沈建中;王弼2.基于磁致伸缩导波技术的锚杆新型检测方法设计 [J], 吕福在;王飞;项贻强;唐志峰;竺冉3.磁致伸缩导波技术在锚杆检测中的应用研究 [J], 刘洋;项占琴;唐志峰4.磁致伸缩导波在锚杆检测中的应用 [J], 何明;唐志峰;项占琴;王飞5.磁致伸缩扭转导波在纤维增强塑料锚杆中的应用 [J], 董永;王明明;孙晓云;王莎;林童因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于磁致伸缩超声导波的无损检测系统研究的开题报告

基于磁致伸缩超声导波的无损检测系统研究的开题报告一、选题背景随着工业化的进程，人们越来越依赖各种机械设备和建筑结构，这些设备和结构的安全可靠性对于人们的生命、财产以及社会稳定都至关重要。

传统的检测方法如视觉检测、射线检测、超声波探伤等有很多局限性，不能满足现代工业生产的需要。

因此，无损检测技术应运而生，磁致伸缩超声导波无损检测技术是目前发展较为迅速的一种新型技术。

磁致伸缩超声导波无损检测技术基于磁致伸缩效应和超声波导波理论相结合的方法，能够对各种材料中的缺陷、腐蚀、裂纹等进行非接触式的精准检测。

因此，该技术在航空、航天、电力、石油、化工、建筑等领域都有广泛应用。

本论文将研究基于磁致伸缩超声导波的无损检测系统，通过对不同材料的测试和分析，探究该技术在工业生产中的应用方向和优点，为相关领域提供更为安全可靠的技术保障提供支持。

二、研究目的本文旨在研究基于磁致伸缩超声导波的无损检测系统，探究该技术在工业生产中的应用价值和优势，针对该技术的不足和局限性进行改进，并设计实现一个高效、可靠、实用的磁致伸缩超声导波检测系统，提高无损检测的准确性和可靠性。

三、研究内容和关键技术本文的研究内容主要包括以下几个方面：1. 对磁致伸缩超声导波无损检测技术进行深入研究，了解其基本原理和优缺点。

2. 设计实现一个基于磁致伸缩超声导波的检测系统，包括接口电路、信号处理模块和数据输出模块等。

3. 在各种不同材料和结构上进行实验，检测和分析材料中的缺陷、腐蚀、裂纹等。

4. 针对该技术的不足和局限性进行改进，提高检测的准确性和可靠性。

四、研究计划和进度安排第一年：1. 收集和了解国内外磁致伸缩超声导波无损检测技术的相关文献和资料。

2. 分析各种已有磁致伸缩超声导波检测系统的特点和局限性，确定自己的设计方向和目标。

3. 进行磁致伸缩超声导波检测系统的硬件平台设计和实现，包括接口电路、信号处理模块和数据输出模块等。

第二年：1. 对不同材料进行磁致伸缩超声导波测试，分析和评估检测结果的准确性和可靠性。

磁致伸缩导波检测技术应用分析

间设置减震器以防吊杆疲劳破坏。桥梁概貌见图ｌ所示为了确保
图１桥梁概貌图
桥梁的安全运衍．对解放大桥吊杆进行内部锈蚀断丝专项的无损伸缩应变，从而在铁磁体内激发应力波，这种直力波实际上足结构
检测丁作．．２磁致伸缩导波检测工作原理
０．４７５ｍ～－－０．２６３ｍ区间。
４．５周边建筑物沉降监测。本项日共进行了４１次顶应力锚索监测。周边建筑物沉降监测值随时间变化情况为：佶｛边
建筑物沉降监测最终累加值分布存－９．２６ｎＩｌｌｌ￣－３．１０ｎｌｎｌ
间。
４．６土体深层水平位移。本项目共进行了３６次土体深层
２０１８．１８科学技术创新一１３３一
磁致伸缩导波检测技术应用分析
范立朋（广东盛翔交通工程检测有限公司，广东广州５１００３２）
摘要：为确保桥梁的安全运营，本文基于实际工程，利用磁致伸缩导波检测技术，对大桥吊杆进行内部锈蚀断丝专项无损检测在无损检测结果的基础上，选取波形相对较差最有可能锈蚀断丝的８根吊杆进行开窗验证，检测铜丝的锈蚀断丝情况，开窗检测结果较好地验证了无损检测的结论。由验证结果可知，磁致伸缩导波检测技术应用于桥梁内部无损检测．可行性强，值得推
导波，也是一种弹性波。反过来，当铁磁中存在缺陷时声阻将发生变化，从而引起导波的反射、透射等，进而导致铁磁体内磁感应

磁致伸缩导波锚杆无损检测实验研究的开题报告

磁致伸缩导波锚杆无损检测实验研究的开题报告一、研究背景与目的磁致伸缩导波锚杆是一种新型的加固材料，其具有重量轻、强度高等优点，正逐渐被广泛应用于工程领域中的建筑加固和岩质边坡支护等方面。

然而，由于其是一种复合材料，其内部存在许多微小的裂缝、缺陷，这些问题都会影响其使用寿命和性能稳定性，因此，如何对其进行无损检测成为研究的重要方向。

本文旨在通过开展磁致伸缩导波锚杆无损检测实验研究，寻求一种新的无损检测方法，以提高其使用寿命和性能稳定性，为工程实践提供技术支持。

二、研究内容和方法（一）研究内容1.对磁致伸缩导波锚杆进行材料分析，揭示其内部结构和力学性能特点；2.分析现有磁致伸缩导波锚杆无损检测方法的优缺点，寻找可能存在的不足之处，并提出改进方案；3.针对改进后的磁致伸缩导波锚杆无损检测方法，设计实验方案，考虑实际工程应用；4.进行实验研究，实现对磁致伸缩导波锚杆内部缺陷的精确探测；5.对实验结果进行数据处理和分析，验证磁致伸缩导波锚杆无损检测方法的可行性和有效性。

（二）研究方法1.实验室实验在实验室进行对磁致伸缩导波锚杆的成分分析、性质分析等，揭示其内在结构和性能特点；2.检测设备实验采用超声波、磁损耗等现有的磁致伸缩导波锚杆无损检测方法进行实验，并结合实际情况及使用需求改进这些设备；3.现场实验在实际的工程现场进行实验研究，并对经过改进的检测设备进行实际测试，在实践中验证其实用性和有效性。

三、研究意义1.旨在探索一种新的磁致伸缩导波锚杆无损检测方法，实现其内部裂缝、缺陷等缺陷的快速精确探测，以提高其使用寿命和性能稳定性。

2.对加固材料的研究，对于工程建设具有重要的现实意义，为加固工程的优化设计和施工提供技术支持。

3.研究成果可以为相关领域的学者和实践工作者提供新的思路和方法，促进磁致伸缩导波锚杆的应用和推广。

四、论文结构安排第一章：绪论1.1 研究背景1.2 研究目的和意义1.3 国内外研究现状1.4 论文结构安排第二章：磁致伸缩导波锚杆的相关知识2.1 磁致伸缩导波锚杆的产生与发展2.2 磁致伸缩导波锚杆的结构与特性2.3 磁致伸缩导波锚杆的应用第三章：磁致伸缩导波锚杆无损检测方法研究3.1 磁致伸缩导波锚杆无损检测的意义与现状3.2 磁致伸缩导波锚杆无损检测方法的优缺点分析3.3 磁致伸缩导波锚杆无损检测方法的改进方案第四章：实验研究4.1 磁致伸缩导波锚杆无损检测实验设计4.2 实验数据处理和分析第五章：结论和展望5.1 研究结论5.2 研究展望参考文献附录。

新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用

新型磁致伸缩材料的传感技术及其生物检测应用概述随着科学技术的不断进步，磁性材料在传感技术领域得到了广泛的应用。

其中，新型磁致伸缩材料因其独特的性能在传感技术和生物检测方面展现出了巨大的潜力。

本文将就新型磁致伸缩材料的传感技术及其在生物检测中的应用进行全面评估，并据此撰写一篇有价值的文章。

1. 新型磁致伸缩材料的性能特点新型磁致伸缩材料是一类具有磁致伸缩性能的材料，具有磁性和机械性能的耦合效应。

这类材料在外加磁场的作用下能够发生形变，同时在外力的作用下也能够发生磁化改变，具有很高的灵敏度和响应速度。

相比传统材料，新型磁致伸缩材料具有更高的磁致伸缩应变和更低的能耗，因此在传感技术中具有广泛的应用前景。

2. 新型磁致伸缩材料的传感技术应用在传感技术领域，新型磁致伸缩材料可以应用于电磁传感器、应变传感器和磁致伸缩传感器等多个方面。

其中，磁致伸缩传感器是新型磁致伸缩材料最具潜力的应用之一。

由于其高灵敏度和快速响应的特点，磁致伸缩传感器可以实现对微小位移和微小力的监测，广泛应用于精密仪器的测量和控制系统中。

3. 新型磁致伸缩材料在生物检测中的应用除了在传感技术中的应用外，新型磁致伸缩材料还展现出了在生物检测领域的巨大潜力。

利用其高灵敏度和生物兼容性，新型磁致伸缩材料可以用于细胞生长监测、细胞力学性质的研究以及生物分子的检测等方面。

与传统的生物检测技术相比，新型磁致伸缩材料能够实现对微小生物力学性质和生物分子的高灵敏检测，为生物医学研究提供了新的可能。

结论新型磁致伸缩材料在传感技术和生物检测中展现出了巨大的应用潜力。

其独特的性能特点使其成为传感器和生物检测器的理想材料，为这些领域的发展带来了新的机遇和挑战。

我们有理由相信，随着新型磁致伸缩材料的进一步研究和发展，其在传感技术和生物检测中的应用将会得到进一步拓展，为人类的健康和科学研究提供更多可能性。

个人观点和理解作为我的文章写手，对于新型磁致伸缩材料的传感技术及其在生物检测中的应用，我个人认为这是一个非常具有前景和挑战性的领域。

（测试计量技术及仪器专业论文）磁致伸缩导波无损检测理论及应用研究

华中科技大学博士学位论文磁致伸缩导波无损检测理论及应用研究姓名：***申请学位级别：博士专业：测试计量技术及仪器指导教师：康宜华;武新军20081227摘要磁致伸缩导波检测技术不仅具有导波检测的单点激励即可实现长距离检测优点，而且能够实现非接触和大提离条件下的检测，所以近年来受到了广泛关注。

本学位论文结合国家863项目“斜拉索锚固区磁致伸缩导波检测关键技术的研究”和“十一五”国家科技支撑计划子项目“带保温层管道腐蚀电磁导波检测技术研究与设备研制”，以将该技术实用化为目标，系统深入研究了非接触式磁致伸缩导波检测技术的原理、实现及工程应用。

首先研究了磁致伸缩导波纵向模态和扭转模态的检测原理。

设计了基于磁致伸缩效应的纵向导波传感器，通过实验进行了模态验证，并成功应用于周向缺陷检测。

创造性的提出了非接触式扭转模态导波激励和接收方法，设计了基于磁致伸缩效应的非接触式扭转模态导波传感器，通过实验验证了其正确性，并成功应用于轴向缺陷检测。

其次研制了磁致伸缩导波检测系统，系统包括主机、传感器、前置放大器和检测软件等。

详细论述了主机中功率放大单元、门控电路单元、信号发生单元、数据采集单元、放大滤波单元等功能模块的实现和主要性能参数。

为解决工程应用问题对磁化器和线圈结构进行了深入研究，制作了实用化的传感器。

针对微弱检测信号的传输问题，设计制作了前置放大器，为信号的传输进行了阻抗匹配。

针对导波的频散和多模态等特性，研究了检测信号的时域、频域和时频域分析方法。

结合信号分析结果，研究了硬件和软件两种信号处理方法。

在此基础上开发了检测软件，详细论述了采集控制和数据分析处理两个模块的实现方法。

最后针对包覆层管道和斜拉索锚固区两种典型构件，利用研制的系统进行了工程实践。

基于磁致伸缩导波检测带包覆层管道的原理，建立并验证了激励端和接收端带包覆层的理论模型。

实验结果表明：在带焊缝管道中导波的传播距离不低于50米(双向不低于100米)；近距离缺陷检测精度达到1.5%横截面积损失；横截面积损失大于6%刻槽和通孔缺陷均能实现远距离检测。

基于磁致伸缩原理的拉吊索锚头无损检测研究

(收稿日期:2018-09-03)基于磁致伸缩原理的拉吊索锚头无损检测研究李继亮(苏交科集团股份有限公司㊀南京㊀211112)摘㊀要㊀拉吊索锚固系统是缆索桥梁的重要受力构件,其安全与可靠性十分重要,一旦出现损伤,将严重危及全桥的适用性乃至引起破坏性事故㊂对拉吊索锚头进行快速有效的无损检测是缆索桥梁管理养护的关键㊂总结了缆索锚固系统的常见病害,针对其构造特点,采用基于磁致伸缩原理的检测系统进行了实桥锚固系统的无损检测,给出了磁致伸缩检测的一般流程,根据试验结果对损伤锈蚀程度进行了初步分类㊂结果表明,该方法方便快捷㊁结果可靠,具有广阔的应用前景㊂关键词㊀磁致伸缩㊀锚固系统㊀无损检测㊀㊀随着我国桥梁建设的迅猛发展,大跨桥梁日益增多[1]㊂其中,缆索承重桥梁以其外表轻柔美观㊁跨越能力强等优势,在大跨桥梁中得到了广泛的应用㊂缆索以及锚固系统作为此类桥梁的重要受力部件,其安全对保证全桥的适用性具有重要意义[2]㊂拉吊索锚固系统无损检验技术[3]可以极大地方便此类桥梁的日常检查,同时,有利于及早发现吊索的内部损伤,为桥梁的养护管理提供重要技术支撑㊂缆索损伤检测方法一般有目视检测和无损检测两种㊂传统检测手段主要以目视检测为主,通过肉眼检查缆索系统是否存在腐蚀㊁倾斜,松动等常见损伤或病害㊂其在不破坏缆索保护层的前提下,难以检测到缆索内部的腐蚀状况,因此,目视检测无法满足拉吊索的检测需求㊂目前,拉吊索无损检测技术主要有振动法索力测试㊁电磁法无损检测㊁声学监测法㊁布拉格光纤光栅(Fiber Brag Grating)传感器监测法㊁压电超声法㊁磁致伸缩无损检测法等,以上几种方法的适用情况对比如表1所示㊂在桥梁拉吊索自由段的无损检测方面,美国西南研究院㊁江苏省交通科学研究院股份有限公司㊁华中科技大学等均进行了研究,并取得了一系列成果,但其在拉吊索锚固区附近的索体无损检测方面的研究还不充分,有待于进一步的挖掘㊂表1㊀几种拉吊索无损检测方法比较方法自由段索体锚头段索体锈蚀断丝锈蚀断丝索力振动法ˑˑˑˑɿ电磁法ɿɿˑˑɿ声学监测法ˑɿˑO O FBG 传感器法O O O O ɿ压电超声法O O OO ˑ磁致伸缩法Oɿˑ注: ˑ 表示不适用; O 表示理论可行但实际效果差; ɿ 表示适用㊂1㊀锚固系统常见病害与成因缆索锚固区局部构造复杂,且应力集中,受力情况最为恶劣,易产生病害与损伤㊂一方面由于风振㊁雨滴等微振动引起缆索的振动[4]传送至端部锚㊃41㊃‘江苏交通科技“2018年第5期固部件,使锚固区域缆索较易产生疲劳损伤[5];另一方面,缆索外护层的损坏不可避免,从而导致水汽入侵,水汽汇集于缆索下锚固段,极易产生大应力下的快速腐蚀㊂近些年,拉吊杆病害问题频发,导致桥梁结构遭到破坏㊂例如,南昌八一大桥2009年发生缆索下锚头松动现象,致使全部缆索更换;新疆库尔勒市孔雀河大桥2011年4月12日吊杆断裂,导致桥面坍塌(如图1所示);四川攀枝花金沙江大桥2012年12月11日吊杆锚头损坏(如图2所示)㊂图1㊀新疆孔雀河大桥吊杆断裂图2㊀四川金沙江大桥吊杆锚头损坏拉索病害成因大体上可归为两类:环境侵蚀和高应力状态㊂缆索处于露天环境中,受到日照㊁温度变化影响及风雨侵蚀的长期作用,导致其防护系统老化失效,或因拉(吊)索锚头段防护失效,水汽进入缆索的高强度钢丝中,顺着钢丝汇集于拉索的锚头区域引起锈蚀㊂另外,由于缆索服役期间索力维持在几十吨至几百吨,长期的高应力状态会加速缆索的腐蚀㊂此外,车辆载荷及环境激励下产生的振动会引起防护装置的损伤和缆索钢丝的疲劳,从而严重影响拉索的使用寿命[6-7]㊂因此,近年来我国对拉索的全面检测技术特别是锚头索体的安全检测技术的需求极其迫切㊂2㊀磁致伸缩原理磁致伸缩的激励力作用下,铁磁体的磁性将发生变化,从而引起导波的反射㊁透射等㊂导波[8]在传播过程中,铁磁体内各部分均发生变化,与此相应,其磁导率也将发生变化,通过测量电压信号-导波的反射情况,即可检测出缆索中是否存在腐蚀㊁断丝等病害,此即为磁致伸缩效应在无损检测中的应用机理㊂目前,已有学者开展了将磁致伸缩效应[9](MsS)原理应用于钢索损伤检测的研究㊂磁致伸缩效应指外加变磁场作用下,铁磁性材料的长度和体积都会发生微小的变化㊂通过控制磁场的变化来产生各种机械波(如纵波㊁扭力波㊁弯曲波㊁表面波等),机械波沿着结构件有限的边界形状传播,在传播途中若遇破裂或缺陷,则部分信号发生反射[10],导致信号波形发生变化,通过传感器接收并由处理系统就可以判断损伤的程度㊂MsS 法检测快捷高效,并且可以配合健康监测系统在线检测吊索状况,优势显著㊂虽然声学监测法㊁FBG 传感器法㊁压电超声法等从原理上讲都可以用于锚头段索体的无损检测,但效果较差,无法满足工程需要㊂磁致伸缩法在自由段索体的断丝中已经得到了较为满意的应用结果,但对于锚头段索体的无损检测,由于锚头段索体的结构和铁磁环境较为复杂,还有待进一步的研究㊂3㊀现场实测试验为验证磁致伸缩法在拉吊索锚头无损检测中的适用性,在江阴长江大桥上进行实桥检测试验㊂江阴长江公路大桥全长3071米,是我国首座跨径超千米的特大型钢箱梁悬索桥梁,也是江苏省第二座跨越长江的大桥㊂全桥吊杆共计340根,其中,钢丝绳吊杆80根,半平行钢丝吊杆260根㊂本次检测试验主要对平行钢丝吊杆进行了抽检㊂江阴长江大桥桥梁概貌如图3所示㊂测试试验传感器安装如图4所示㊂图3㊀江阴长江大桥㊃51㊃‘江苏交通科技“2018年第5期图4㊀传感器安装吊杆检测的详细流程如下:第一步:桥面准备㊂包括:电源连接㊁设备检查㊂此外,需要识别和排除现场电源噪音㊂第二步:测试㊂安装激励传感器和接收传感器安装㊂再利用便携计算机控制主机产生特定大功率低频率的正弦波信号,输入到激励传感器,在缆索中产生导波㊂第三步:数据收集与初步处理㊂将检测信息通过信号采集端口输入数据采集单元,经A /D 转换器后存储计算机㊂计算机初步分析后得到的吊杆检测结果㊂第四步:根据吊杆检测结果,初步判断分析锚头内索体的损伤位置和损伤程度㊂第五步:对于存在异常信号的缆索,结合缆索的实际结构判断分析异常信号的原因,在去除结构导致的异常回波情况下,判断缆索损伤程度,分析损伤位置㊂第六步:数据保存整理㊂第七步:针对检测数据,编制检测报告㊂检测吊杆的规格为PES(C)5-109,由于实桥传感器安装位置的限制,导致无法用低频进行检测,因此,所有吊杆的激励频率均为30kHz,激励功率10kW,激励端和接收端磁化器数目均为4个,提离距离均为0mm㊂图5㊀检测流程4㊀试验数据与分类对基于磁致伸缩原理的无损检测系统在江阴大桥检测的实测数据进行分析㊂依据分析结果,按照损伤程度将吊杆锚固系统分为无缺陷(Ⅰ类索)㊁可能大面积轻度腐蚀(Ⅱ类索)和可能大面积中度腐蚀(Ⅲ类索)三类㊂4.1㊀锈蚀活动或锈蚀活动性不确定吊杆(Ⅰ类索)吊杆编号E2-S 吊杆的导波检测信号如图6所示㊂(a)下锚头检测信号㊀(b)上锚头检测信号图6㊀E 2-S 吊杆导波检测波形㊀㊀图6(a)中位置0为电磁脉冲和直通波信号的叠加,图形的X 轴为检测距离,Y 轴为信号的幅值㊂从信号波形可以看到1.3m 附近存在端部回波信号,经计算,其距离接收传感器1.34m,与现场实测距离较吻合,且回波信号幅值高于绿色的锚固端部回波门限㊂从检测波形可以看到无超过预警门限的回波信号或其他异常回波信号,故通过检测结果可初步判断该吊杆的锚头区域存在明显缺陷的可㊃61㊃‘江苏交通科技“2018年第5期能性较小㊂从图6(b)检测信号可以看到135m附近存在端部回波信号,经计算,其距离接收传感器135.54m,与吊杆实际长度较吻合,从检测波形可以看到无超过预警门限的回波信号或其他异常回波信号㊂通过检测结果可初步判断该吊杆的索体及锚头存在明显缺陷的可能性较小,评定标度为I,即吊杆状态为无锈蚀活动或锈蚀活动性不确定㊂4.2㊀可能大面积轻微腐蚀吊杆(Ⅱ类索)吊杆编号E2-N吊杆的导波检测信号如图7所示㊂(a)下锚头检测信号㊀(b)上锚头检测信号图7㊀E2-N吊杆导波检测波形㊀㊀从图7(a)可以看到异常波形和下锚头回波㊂从信号波形可以看到异常波形,其中异常波形有一定的持续时间,具体位置为距接收传感器0.73-0. 83m区域,幅值达3.9%㊂经计算,上锚头回波距离接收传感器135.45m,与现场实测数据较吻合㊂4.3㊀可能大面积轻中度腐蚀吊杆(Ⅲ类索)吊杆编号E19-N吊杆的导波检测信号如图8所示㊂(a)下锚头检测信号㊀(b)上锚头检测信号图8㊀E19-N吊杆导波检测波形㊀㊀从图8可以看到异常波形和上下锚头回波㊂从信号波形可以看到异常波形,其中,异常波形有一定的持续时间,具体位置为距接收传感器0.71~ 0.85m区域,幅值达5.3%㊂经计算,上锚头回波距离接收传感器46.1m,与现场实测距离较吻合㊂综上,从检测波形可以初步判断该吊杆相应区域的平行钢丝可能存在轻中度腐蚀㊂故吊杆检测结果评定标度为III,状态为有锈蚀活动,发生锈蚀概率大于80%,后期应加强检测㊂5㊀结论针对桥梁拉吊索锚固系统探伤检验问题,本文首先在调研的基础上分析了病害的原因,并结合锚固系统的构造特点提出磁致伸缩无损检验方法,接着介绍了磁致伸缩的原理,明确了使用该方法进行无损探伤的流程,最后将该方法应用于实桥锚固系统的无损探伤,并根据实测数据对可能的损伤锈蚀程度进行分类㊂该方法方便快捷㊁结果可靠,在拉吊(下转第20页)㊃71㊃‘江苏交通科技“2018年第5期导出IFC 文件与相关的数据,对隧道设备维修决策需要的属性进行查看㊂对一些单一的设备而言,需要依据其属性分析与之配置的维修策略,而多个设备则是要依据设备经济性㊁可检测性以及可靠度综合决策其重要度,进而明确维修策略㊂4㊀结束语随着科学技术的发展,BIM 与VR 技术的使用范围越来越广泛㊂隧道是交通体系中的重要构成部分,无论是隧道的施工还是养护都是相当重要的工作㊂在隧道养护管理中,通过BIM +VR 建立隧道模型,对隧道场景进行模拟,让管理人员可以置身于虚拟的环境中进行工作,对隧道的土建结构以及机电设备等关键部分进行养护,从而延长隧道的使用寿命㊂参考文献[1]陈峰.浅谈BIM 虚拟技术在隧道施工管理中的应用[J].建筑工程技术与设计,2016(12):516518.[2]胡珉,刘攀攀,喻钢,等.基于全生命周期信息和BIM的隧道运维决策支持系统[J].隧道建设(中英文),2017,37(4):394400.[3]陈标泉.浅论隧道养护与管理工作存在问题与对策[J].江西建材,2016(14):174174.ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第5页)措施有3点:一是在做稀浆封层之前,要彻底对原路基路面的病害进行处治,防止出现反射裂缝;二是不但要控制好原材料质量和混合料配合比,还要使路基路面排水系统处于良好畅通状态,确保路基处于干燥或中湿状态,减少路基路面富积水分因冻融而导致稀浆封层松散;三是在做稀浆封层之前,将原路面清扫干净,防止因稀浆封层和原路面不能有效粘结而产生局部脱皮掉落的现象㊂参考文献[1]何荣勤.路面稀浆封层技术研究[J].工程技术研究,2017(10).[2]张洪云.乳化沥青稀浆封层在路面网裂治理中的应用研究[J].青海交通科技,1998(01).[3]陈小磊.探讨高速公路路面裂缝的养护措施与施工技术[J].四川水泥,2015(06).[4]张荣昌,林运金.公路路面扩宽中新老路面拼接施工[J].交通世界,2017(32).ʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏʏ(上接第17页)索体系桥梁锚固系统的无损探伤中具有良好的应用前景㊂参考文献[1]钟恒.基于磁致伸缩导波的桥梁拉索锚固系统无损检测试验[D].重庆:重庆交通大学,2013.[2]杨成.基于磁致伸缩作动器的拉索PID 控制[D].湘潭:湖南科技大学,2015.[3]高凯.磁致伸缩导波的桥梁拉索锚固系统无损检测技术[D].重庆:重庆交通大学,2014.[4]方聪,王修勇,黄佩.拉索—磁致伸缩作动器作动力力学模型分析[J].湖南工程学院学报(自然科学版),2017,27(04):8689.[5]孟庆甲.基于磁致伸缩作动器的拉索主动㊁半主动控制仿真与实验研究[D].湘潭:湖南科技大学,2014.[6]王修勇,孟庆甲,郭雪涛,等.基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制与多级Bang -Bang 控制仿真分析[J].地震工程与工程振动,2014,34(02):161166.[7]方聪.基于磁致伸缩作动器的拉索振动控制理论与实验研究[D].湘潭:湖南科技大学,2017.[8]李建强.基于磁致伸缩作动器的拉索控制时滞补偿理论研究与仿真[D].湘潭:湖南科技大学,2016.[9]孙洪鑫,李建强,王修勇,等.基于磁致伸缩作动器的拉索主动控制时滞补偿研究[J].振动与冲击,2017,36(14):208215.[10]王修勇,李建强,孙洪鑫,等.拉索-磁致伸缩作动器系统PID 控制仿真分析[J].噪声与振动控制,2016,36(06):116120.㊃02㊃‘江苏交通科技“2018年第5期。

纤维复合材料(FPR)在锚杆领域的应用研究进展

Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(6), 882-888 Published Online June 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.126100纤维复合材料(FPR)在锚杆领域的应用研究进展孙权伟1，汤凯菱1，王梦稷21重庆科技学院建筑工程学院，重庆 2重庆交通大学土木工程学院，重庆收稿日期：2023年6月3日；录用日期：2023年6月23日；发布日期：2023年6月30日摘要近年来，纤维复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)由于其优异的力学性能，逐渐在土木工程、矿山工程和岩土工程等领域中得到广泛应用。

作为一种新型结构材料，其具有重量轻、强度高、耐久性好等优点，受到越来越多领域的关注和青睐。

锚杆作为一种支护结构，广泛应用于地质灾害防治、深基坑支护、隧道开挖等领域。

对FRP 锚杆在力学性能、监测与识别、设计与锚固性能、锚杆拉拔破坏全过程、磁致伸缩导波技术应用、土层锚杆界面力学行为、危岩崩塌稳定性分析与治理、工作面帮支护性能试验、纤维材料筋制备及其增强混凝土结构、岩土锚固等方面进行了全面总结和分析，对FRP 锚杆未来的研究方向提供了参考和展望。

本文旨在对纤维复合材料在锚杆领域的应用研究进展进行综述。

关键词纤维复合材料，FRP 锚杆，力学性能，应用展望Research Progress in the Application of Fiber Composite Materials (FPR) in the Field of Anchor RodsQuanwei Sun 1, Kailing Tang 2, Mengji Wang 21School of Architecture and Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 2School of Civil Engineering, Chongqing Jiaotong University, Chongqing Received: Jun. 3rd , 2023; accepted: Jun. 23rd , 2023; published: Jun. 30th , 2023AbstractIn recent years, fiber reinforced polymer (FRP) has gradually been widely used in fields such as civil engineering, mining engineering, and geotechnical engineering due to its excellent mechani-孙权伟等cal properties. As a new type of structural material, it has the advantages of light weight, high strength, and good durability, and has attracted more and more attention and favor from various fields. Anchor rods, as a support structure, are widely used in fields such as geological disaster prevention and control, deep foundation pit support, and tunnel excavation. A comprehensive summary and analysis were conducted on the mechanical properties, monitoring and identifica-tion, design and anchoring performance, the entire process of anchor rod pull-out failure, the ap-plication of magnetostrictive guided wave technology, the interface mechanical behavior of soil anchor rods, the analysis and treatment of dangerous rock collapse stability, the testing of working face support performance, the preparation of fiber reinforced steel bars and their reinforced concrete structures, and geotechnical anchoring. This provides a reference and out-look for the future research direction of FRP anchor rods. This article aims to summarize the re-search progress in the application of fiber composite materials in the field of anchor bolts.KeywordsFiber Composite Materials, FRP Anchor Rods, Mechanical Properties, Application ProspectsCopyright © 2023 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言随着城市化和基础设施建设的不断推进，土木工程、矿山工程和岩土工程等领域对材料力学性能和工程效益提出了更高的要求[1]。

岸桥前拉杆裂纹磁致伸缩导波监测技术研究

㊀２０２１年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０２１㊀Ｎｏ．２㊀基金项目：国家重点研发计划课题（２０１８ＹＦＦ０２１４７０２）收稿日期：２０２０－０２－０３岸桥前拉杆裂纹磁致伸缩导波监测技术研究赵㊀娜１，吴㊀斌１，刘秀成１，丁克勤２，刘飞鹏１（１．北京工业大学机械工程与应用电子技术学院，北京㊀１００１２４；２．中国特种设备检测研究院，北京㊀１０００２９）㊀㊀摘要：岸边集装箱起重机是港口集装箱装卸的主要设备，前拉杆对起重机的大梁起支撑作用，前拉杆的应力释放孔边缘在循环载荷作用下容易发生断裂，造成经济损失和人员伤亡㊂文中开展基于磁致伸缩超声导波的前拉杆监测技术研究，采集并分析不同环境温度下的监测信号，得到信号幅值随环境温度增加而增大的变化规律㊂开展前拉杆应力释放孔边缘裂纹扩展的监测实验，从时域㊁时频域和频域分析裂纹变化对监测信号的影响㊂提出环境温度补偿算法，研究不同环境温度下监测信号随裂纹演化的变化趋势㊂实验结果表明，该方法可反映前拉杆孔边缘裂纹的演化趋势，从而实现对前拉杆关键部位的长期健康监测㊂关键词：岸边集装箱起重机；前拉杆；裂纹监测；磁致伸缩；超声导波中图分类号：ＴＢ５５㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２１）０２－００８９－０５ＭａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅＧｕｉｄｅｄＷａｖｅＣｒａｃｋＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＦｒｏｎｔＤｒａｗｂａｒｆｏｒＱｕａｙＣｏｎｔａｉｎｅｒＣｒａｎｅＺＨＡＯＮａ１，ＷＵＢｉｎ１，ＬＩＵＸｉｕ⁃ｃｈｅｎｇ１，ＤＩＮＧＫｅ⁃ｑｉｎ２，ＬＩＵＦｅｉ⁃ｐｅｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００１２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｈｉｎａＳｐｅｃｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｕａｙｃｏｎｔａｉｎｅｒｃｒａｎｅｉｓｔｈｅｍａｉｎｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｐｏｒｔｃｏｎｔａｉｎｅｒｓｔｅｖｅｄｏｒｉｎｇ．Ｔｈｅｆｒｏｎｔｄｒａｗｂａｒｓｕｓｔａｉｎｓｔｈｅｇｉｒｄｅｒａｎｄｔｈｅｅｄｇｅｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｌｉｅｆｈｏｌｅｏｎｆｒｏｎｔｄｒａｗｂａｒｉｓｅａｓｙｔｏｂｒｅａｋｕｎｄｅｒｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｓ，ｃａｕｓｉｎｇｅｃｏｎｏｍｉｃｌｏｓｓａｎｄｃａｓｕａｌｔｉｅｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｃｒａｃｋｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｆｒｏｎｔｄｒａｗｂａｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｓｉｇｎａｌｓｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍ⁃ｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ａｎｄｉｔｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈａｔｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｉｇｎａｌｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｇｒｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｄｇｅｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｌｅａｓｅｈｏｌｅｗａｓｃａｒ⁃ｒｉｅｄｏｕｔ．Ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｃｒａｃｋｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｉｇｎａｌｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎ，ｔｉｍｅ⁃ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎａｎｄｆｒｅ⁃ｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎ．Ａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｄａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｃｈａｎｇｅｔｒｅｎｄｏｆｍｏｎｉ⁃ｔｏｒｉｎｇｓｉｇｎａｌｗｉｔｈｃｒａｃｋｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｂｉｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｍｅｔｈｏｄｃａｎｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｄｇｅｃｒａｃｋｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｒｅｌｅａｓｅｈｏｌｅ，ａｎｄｃａｎｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｌｏｎｇ⁃ｔｅｒｍｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｄｒａｗｂａｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｑｕａｙｃｏｎｔａｉｎｅｒｃｒａｎｅ；ｆｒｏｎｔｄｒａｗｂａｒ；ｃｒａｃｋｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｇｕｉｄｅｄｗａｖｅ０㊀引言世界经济全球化促进了国际贸易的迅速发展，据统计９０％以上的国际贸易量是通过水路运输完成的，而集装箱运输已成为海洋运输的主力㊂随着集装箱吞吐量的不断增长，岸边集装箱起重机（简称岸桥）正朝着高速化和大型化方向发展［１］㊂岸桥的前拉杆对大梁起支撑作用，直接影响着岸桥能否正常工作㊂前拉杆的应力释放孔边缘在循环载荷作用下容易产生微裂纹，由于前拉杆处于高空位置，检查比较困难，一旦细小的裂纹没检查到，就可能日积月累造成延展开裂甚至断裂，造成经济损失和人员伤亡㊂目前常用的检测手段包括目测㊁超声检测㊁渗透检测㊁磁粉检测等［２－３］，检测效率较低，且需要在停机状态下进行，不能对岸桥的运行情况做到实时掌握，因此本文拟对前拉杆关键部位损伤状态进行长期监测㊂针对岸桥前拉杆关键部位的裂纹，可采用声发射技术和超声导波技术进行长期监测㊂声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的现象，可监测裂纹萌生或扩展的过程，当裂纹状态稳定（即裂纹不扩展）时不产生声发射信号［４－５］㊂该技术的缺点是容易受机电噪声的干扰，裂纹扩展信号可能淹没在岸桥的大车／小车移动㊁起升／下降制动㊁结构摩擦等噪声中㊂超声导波具有沿传播路径衰减小㊁对缺陷识别㊀㊀㊀㊀㊀９０㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０２１㊀能力高等优点，适合在岸桥运行工况下对前拉杆等不可达区域的损伤监测㊂板结构中的超声导波包括Ｌａｍｂ波和ＳＨ波，Ｌａｍｂ波分为对称模态和非对称模态，缺点是模态复杂，频散严重，数据处理难度大［６］㊂而ＳＨ波的模态比较简单，且零阶模态ＳＨ０是非频散的，更利于进行信号处理和缺陷识别㊂因此本文开展基于ＳＨ波的岸桥前拉杆关键部位裂纹监测技术研究㊂在结构中产生ＳＨ波的方法主要有压电超声和电磁超声２种［７］㊂文献［８］提出了一种水平剪切（ＳＨ）波压电换能器，通过在两个极化相反的半圆环上施加环向电场，激励各向同性的非频散水平剪切波ＳＨ０，但目前该换能器只能在较低频率范围内激发纯ＳＨ０波㊂电磁超声ＳＨ波检测方面，国内外许多学者对激发机理以及检测应用做了大量研究㊂文献［９］设计了基于洛伦兹力机理的电磁超声传感器，采用周期性永磁体提供静态磁场，线圈产生感应涡流，在铝板中激发了ＳＨ０模式导波㊂文献［１０］使用２个ＥＭＡＴ探头（一发一收），同时激发ＳＨ０和ＳＨ１模式对管道腐蚀进行检测㊂文献［１１］设计了由２个磁铁和４个绕组逆转交替线圈组成的电磁超声传感器，在铝板中激发出了ＳＨ０模式㊂上述电磁换能器需要线圈和磁铁产生磁场，能量转换效率低，体积庞大，不适用于结构健康监测㊂磁致伸缩ＳＨ波检测方面，文献［１２－１３］设计了磁致伸缩ＳＨ波传感器，使用铁钴合金带材和线圈，基于魏德曼效应激励扭转模态超声导波㊂文献［１４］在铁钴合金带材上通过交流线圈和直流线圈交叉，开发高能量扭转模态磁致伸缩传感器㊂文献［１５］利用电磁线圈阵列和高性能带材在管中激励扭转模态导波，实现管中缺陷的检测㊂磁致伸缩传感器具有结构简单㊁检测灵敏度高等特点，适用于板结构和管结构的长期健康监测㊂本文采用磁致伸缩超声导波技术对岸桥前拉杆应力释放孔边裂纹扩展进行监测，研究环境温度变化对监测信号的影响，基于此提出环境温度补偿算法㊂分析监测信号随裂纹演化的变化特点，研究不同环境温度下监测信号随裂纹演化的变化趋势，从而实现对前拉杆关键部位的健康监测㊂１㊀监测原理本文采用磁致伸缩传感器激励和接收ＳＨ超声导波，实现对前拉杆关键部位的健康监测㊂磁致伸缩传感器是基于铁磁性材料的磁致伸缩效应工作的，磁致伸缩效应是指在外加磁场作用下，铁磁性材料内部的磁畴偏转引起磁化方向上材料的几何尺寸发生变化［１６］㊂磁致伸缩传感器由磁致伸缩带材和感应线圈组成，如图１所示㊂对磁致伸缩带材进行磁化以提供偏置磁场，当感应线圈中通入脉冲交流信号后，线圈内部形成的动磁场与磁致伸缩带材中的静态偏置磁场相耦合，由魏德曼效应可知［１７］，磁致伸缩带材中将产生剪切变形，经环氧树脂传递至被测对象后，沿与传感器垂直方向传播形成扭转模态超声导波［１８］㊂感应线圈同时作为接收线圈，将超声导波传播引起的动磁场变化，依据楞次定律以电压形式输出至信号采集系统㊂图１㊀磁致伸缩传感器原理图本文对１６ｍｍ厚的岸桥前拉杆进行裂纹演化监测，采用Ｄｉｓｐｅｒｓｅ软件绘制１６ｍｍ厚Ｑ２３５钢板ＳＨ波的频散曲线，如图２所示㊂本文拟采用频率分别为１２８ｋＨｚ和２５０ｋＨｚ的激励信号，对前拉杆裂纹进行磁致伸缩超声导波监测技术研究㊂由图２可知，在激励频率为１２８ｋＨｚ时存在ＳＨ０和ＳＨ１２种模态，在２５０ｋＨｚ时存在ＳＨ０㊁ＳＨ１和ＳＨ２３种模态㊂（ａ）相速度频散曲线（ｂ）群速度频散曲线图２㊀１６ｍｍ厚钢板ＳＨ波频散曲线㊀㊀㊀㊀㊀第２期赵娜等：岸桥前拉杆裂纹磁致伸缩导波监测技术研究９１㊀㊀２㊀磁致伸缩超声导波传感器的温度监测实验研究超声导波在板结构中传播时受到很多因素的影响，其中环境温度对超声导波的传播速度及能量衰减影响较大㊂为了实现磁致伸缩超声导波技术在岸桥运行过程中对前拉杆关键部位的长期监测，得到环境温度变化对监测信号的影响规律非常重要㊂本文对上海振华重工（集团）股份有限公司生产的岸桥前拉杆试件开展实验研究，监测系统由磁致伸缩传感器㊁ＵＴ－３５０激励接收器㊁温度计和工业计算机组成，如图３所示㊂在前拉杆距离应力释放孔８００ｍｍ的位置布置一个磁致伸缩传感器，采用中心频率分别为１２８㊁２５０ｋＨｚ㊁电压为３００Ｖ㊁经汉宁窗调制的正弦波信号对传感器进行激励，使用温度计记录环境温度㊂在２０１９年１０月到１２月采集不同环境温度（－３．３２０ħ）下的监测信号，每次采集５组数据，共采集９２次㊂（ａ）监测系统示意图（ｂ）监测系统实物图图３㊀前拉杆监测系统图传感器到应力释放孔的距离为８００ｍｍ，到右端面的距离为３００ｍｍ，因此传感器首先接收到端面反射信号㊂由于右端面反射信号仅受环境温度变化的影响，因此本文分析环境温度变化对右端面反射信号的影响㊂对９２次端面反射信号的峰峰值进行统计分析，如图４所示㊂可以看出，随着环境温度的上升，右端面反射信号的幅值呈上升趋势，因此为了使监测结果更准确，需消除环境温度变化对裂纹监测信号的影响㊂３㊀前拉杆应力释放孔边裂纹监测实验研究采集前拉杆应力释放孔边裂纹长度和深度变化的监测信号，分析裂纹扩展对监测信号的影响，监测系统及传感器布置如图３所示㊂使用切割机在应力释放孔边缘切割矩形槽模拟裂纹，槽的长度和深度逐渐增加，模拟裂纹随循环载荷的变化趋势㊂裂纹趋势变（ａ）激励频率１２８ｋＨｚ时的峰峰值变化图（ｂ）激励频率２５０ｋＨｚ时的峰峰值变化图图４㊀端面反射信号峰峰值随环境温度变化的趋势图化分为１２个等级，其中前６个等级裂纹的长度和深度较小，模拟裂纹的产生和缓慢扩展；后６个等级的裂纹长度和深度均变化较大，模拟裂纹的快速扩展㊂分别对１２个等级的监测信号进行采集，每个等级采集不同环境温度下的５组监测信号，共采集２个激励频率下不同裂纹等级的监测信号１２０组㊂３．１㊀不同等级裂纹监测信号对比分析对２种激励频率下的无损信号和裂纹监测信号进行对比分析㊂为了避免环境温度变化的影响，选取环境温度相同或相近时的监测信号㊂图５为激励频率分别为１２８ｋＨｚ和２５０ｋＨｚ时，无损信号和第１１等级裂纹监测信号的对比图㊂根据ＳＨ波频散曲线（图２）可知，在１６ｍｍ厚的板结构中，激励频率为１２８ｋＨｚ时存在ＳＨ０和ＳＨ１２种模态，激励频率为２５６ｋＨｚ时存在ＳＨ０㊁ＳＨ１和ＳＨ２３种模态㊂分别计算２种频率下的界面反射㊁缺陷反射信号的到达时间（表１），缺陷反射信号到达时间为０．５２０．８ｍｓ㊂由图５可知，激励频率为１２８ｋＨｚ时的裂纹反射信号变化不明显，而激励频率为２５０ｋＨｚ时的裂纹反射信号变化较显著，分析原因为当激励频率增大时波长减小，小的波长对缺陷更敏感㊂因此本文重点分析激励频率为２５０ｋＨｚ时的监测信号㊂选取无损，第３㊁６㊁９㊁１１等级的裂纹监测信号，分析在时域和时频域上的变化情况，如图６所示㊂可以看出，随着裂纹长度和深度的增加，在时域上裂纹反射信号的多个波包幅值及能量逐渐增大㊂多个波包映射ＳＨ波的多个模态，说明随着裂纹等级的增加，ＳＨ㊀㊀㊀㊀㊀９２㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ．２０２１㊀波的多个模态信号幅值均增大，体现了多模态监测的优势㊂因此监测信号能反映裂纹演化情况㊂（ａ）激励频率１２８ｋＨｚ（ｂ）激励频率２５０ｋＨｚ图５㊀应力释放孔边裂纹监测波形对比图表１㊀不同模态ＳＨ波的到达时间（理论计算）激励频率／ｋＨｚ㊀㊀右端面反射／ｍｓ㊀㊀㊀㊀缺陷反射／ｍｓ㊀㊀ＳＨ０ＳＨ１ＳＨ２ＳＨ０ＳＨ１ＳＨ２１２８０．１９０．３００．５２０．７９２５００．１９０．２１０．３００．５２０．５６０．７９对无损和不同等级的裂纹监测信号进行频域分析，选取图６中变化比较明显的波包（时间段为０．７１０．７４ｍｓ）进行傅里叶变换，如图７所示㊂可以看出随着裂纹等级的增大，频域信号的幅值有显著增加㊂因此从监测信号的频域上也可以很好地反映裂纹的演化趋势㊂３．２㊀基于温度补偿方法的裂纹监测趋势分析由３．１节分析可知当环境温度接近时，裂纹等级越大，反射信号的幅值越大㊂然而在实际工程监测中，对岸桥前拉杆的裂纹监测往往需要持续一年甚至几年，环境温度跨度较大，由第２节分析可知，环境温度对监测信号的幅值影响较大㊂如果不考虑环境温度对监测信号的影响，会导致损伤趋势分析不准确㊂因此本节研究消除环境温度变化影响的前拉杆裂纹监测信号补偿方法㊂考虑到前拉杆右界面反射信号仅随环境温度变化，因此将缺陷反射信号的特征量（峰峰值㊁能量）与右界面反射信号的特征量相比，从而消除环境温度变化对裂纹监测信号的影响㊂计算６０组不同裂纹等级监测信号的特征比值（裂纹反射特征量／右界面反射特征量），结果如图８所示㊂可以看㊀㊀㊀㊀（ａ）时域信号㊀（ｂ）时频域信号图６㊀监测信号随裂纹等级增大的信号图图７㊀不同等级裂纹的信号频谱图出，当采集次数小于４０时，对应孔边裂纹的无损到第７等级（模拟裂纹萌生和缓慢增长），峰峰比值和能量比值缓慢增大；当采集次数从４０增长到６５时，对应孔边裂纹第７等级到第１２等级（裂纹快速增大），峰峰比值和能量比值呈快速增大的趋势㊂因此消除环境温度影响后，监测信号特征量与裂纹等级变化趋势基本一致，能很好地反映裂纹的演化趋势㊂４㊀结束语（１）磁致伸缩超声导波传感技术及传感器的监测信号受环境温度变化影响较大，实验结果表明，随着环境温度的升高，监测信号的幅值呈增大的趋势㊂（２）采用磁致伸缩传感器自激自收的方式对岸桥前拉杆应力释放孔边裂纹扩展进行监测，从裂纹监测信号和无损信号的时域㊁时频域和频域对比分析上均㊀㊀㊀㊀㊀第２期赵娜等：岸桥前拉杆裂纹磁致伸缩导波监测技术研究９３㊀㊀（ａ）峰峰比值随裂纹的变化图（ｂ）能量比值随裂纹的变化图图８　不同环境温度下的特征比值随裂纹变化趋势图可看出，随着裂纹等级的增大，裂纹反射信号的幅值和能量增大㊂因此可采用峰峰值㊁能量等特征量表征裂纹的演化趋势㊂（３）提出环境温度补偿算法，将前拉杆裂纹反射信号特征量与右端面反射信号的特征量取比值，以消除环境温度变化对监测信号的影响㊂计算结果表明，该方法消除了环境温度变化对监测结果的影响，能准确反映裂纹的演化趋势㊂（４）磁致伸缩超声导波技术及传感器可实现岸桥前拉杆应力释放孔边裂纹扩展的监测，为岸桥前拉杆的长期健康监测提供技术支撑㊂参考文献：［１］㊀符敦鉴．岸边集装箱起重机［Ｍ］．武汉：湖北科学技术出版社，２００７．［２］㊀李家伟，陈积懋．无损检测手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００２．［３］㊀吴彦，沈功田，葛森．起重机械无损检测技术［Ｊ］．无损检测，２０１６，２８（７）：３６７－３７２．［４］㊀沈功田．声发射检测技术及应用［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１５．［５］㊀ＣＨＡＩＭ，ＺＨＡＮＧＺ，ＤＵＡＮＱ．Ａｎｅｗｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅａｃｏｕｓｔｉｃｅ⁃ｍｉｓｓｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｂａｓｅｄｏｎＳｈａｎｎｏｎ＇ｓｅｎｔｒｏｐｙｆｏｒｄａｍａｇｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ［Ｊ］．ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓａｎｄＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２０１８，１００：６１７－６２９．［６］㊀ＭＩＴＲＡＭ，ＧＯＰＡＬＡＫＲＩＳＨＮＡＮＳ．Ｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｂａｓｅｄｓｔｒｕｃ⁃ｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ：Ａｒｅｖｉｅｗ［Ｊ］．ＳｍａｒｔＭａｔｅｒｉａｌｓａｎｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１６，２５：０５３００１．［７］㊀何存富，郑明方，吕炎，等．超声导波检测技术的发展㊁应用与挑战［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１６，３７（８）：１７１３－１７３５．［８］㊀ＨＵＡＮＱ，ＣＨＥＮＭ，ＬＩＦＸ．Ａｐｒａｃｔｉｃａｌｏｍｎｉ⁃ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＳＨｗａｖｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｆｏｒｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｈｅａｌｔｈｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｂａｓｅｄｏｎｔｗｏｔｈｉｃｋｎｅｓｓ⁃ｐｏｌｅｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｈａｌｆ⁃ｒｉｎｇｓ［Ｊ］．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｓ，２０１９（９４）：３４２－３４９．［９］㊀ＶＡＳＩＬＥＣＦ，ＴＨＯＭＰＳＯＮＲＢ．Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙｐｏ⁃ｌａｒｉｚｅｄｓｈｅａｒｅｌａｓｔｉｃｗａｖｅｓｂｙｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓｗｉｔｈｐｅｒｉｏｄｉｃｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，１９７９，５０（４）：２５８３－２５８８．［１０］㊀ＣＬＯＵＧＨＭ，ＤＩＸＯＮＳ，ＦＬＥＭＩＮＧＭ，ｅｔａｌ．ＥｖａｌｕａｔｉｎｇａｎＳＨＷａｖｅＥＭＡＴＳｙｓｔｅｍｆｏｒＰｉｐｅｌｉｎｅＳｃｒｅｅｎｉｎｇａｎｄＥｘｔｅｎｄｉｎｇＩｎｔｏＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＤｅｆｅｃｔＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ［Ｃ］／／４２ｎｄＡｎｎｕａｌＲｅｖｉｅｗｏｆＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＮｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ．ＡＩＰＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，２０１６：１－９．［１１］㊀ＨＩＲＡＭＯＴＯＴ，ＯＫＡＺＡＫＩＫ，ＳＵＧＩＵＲＡＴ．ＳｔｕｄｙｏｎＥＭＡＴｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇＳＨｗａｖｅｓ［Ｃ］／／４０ｔｈＡｎｎｕａｌＲｅ⁃ｖｉｅｗｏｆＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＱｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅＮｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ．ＡＩＰＣｏｎｆ．Ｐｒｏｃ，２０１４：４４４－４４９．［１２］㊀ＫＷＵＮＨ，ＫＩＭＳＹ，ＣＲＯＵＣＨＡＥ．Ｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐａｒａｔｕｓｇｅｎｅｒａｔｉｎｇａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｏｒｓｉｏｎａｌｗａｖｅｓｆｏｒｌｏｎｇｒａｎｇｅｉｎ⁃ｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｓａｎｄｔｕｂｅｓ：Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ６，６２４，６２８［Ｐ］．２００３－０９－２３．［１３］㊀ＫＷＵＮＨ，ＫＩＭＳＹ，ＣＲＡＮＥＪＦ．Ｍｅｔｈｏｄａｎｄａｐｐａｒａｔｕｓｇｅｎｅｒａｔｉｎｇａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｎｇｔｏｒｓｉｏｎａｌｗａｖｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｓｏｒｔｕｂｅｓ：Ｕ．Ｓ．Ｐａｔｅｎｔ６，４２９，６５０［Ｐ］．２００２－０８－０６．［１４］㊀ＫＩＭＹＧ，ＭＯＯＮＨＳ，ＰＡＲＫＫＪ，ｅｔａｌ．Ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇａｎｄｄｅ⁃ｔｅｃｔｉｎｇｔｏｒｓｉｏｎａｌｇｕｉｄｅｄｗａｖｅｓｕｓｉｎｇｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｓｅｎｓｏｒｓｏｆｃｒｏｓｓｅｄｃｏｉｌｓ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２０１１，４４（２）：１４５－１５１．［１５］㊀ＬＩＵＺＨ，ＦＡＮＪ，ＨＵＹ，ｅｔａｌ．Ｔｏｒｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃ⁃ｔｉｖｅｐａｔｃｈｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｒｒａｙｅｍｐｌｏｙｉｎｇａｍｏｄｉｆｉｅｄｐｌａｎａｒｓｏ⁃ｌｅｎｏｉｄａｒｒａｙｃｏｉｌｆｏｒｐｉｐｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．ＮＤＴ＆ＥＩｎｔｅｒｎａ⁃ｔｉｏｎａｌ，２０１５，６９：９－１５．［１６］㊀ＲＯＳＥＪＬ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｗａｖｅｓｉｎｓｏｌｉｄｍｅｄｉａ［Ｍ］．Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ：ＣａｍｂｒｉｄｇｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＰｒｅｓｓ，２００４．［１７］㊀ＲＡＴＨＯＲＥＡＲ，ＭＯＲＩＴ．Ａｓｔｕｄｙｏｎｔｏｒｑｕｅｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｈｅｇｉａｎｔｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｌｌｏｙｓａｎｄＣｏｍｐｏｕｎｄｓ，１９９７，２５８（１／２）：９０－９６．［１８］㊀黄松岭，王哲，王珅，等．管道电磁超声导波技术及其应用研究进展［Ｊ］．仪器仪表学报，２０１８，３９（３）：１－１２．作者简介：赵娜（１９８２），博士研究生，主要研究领域为超声导波健康监测技术及仪器㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈｏｎｇｊｉａｎｚｈａｏｎａ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ吴斌（１９６２），教授，博士，主要研究领域为实验固体力学及超声无损检测新技术㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｗｂ＠ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。

基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测实验研究

基于磁致伸缩效应的超声导波管道检测实验研究宋金钢1陈克1李宏雷1刘增华2雷闽1李文春1（1.北京市特种设备检测中心，北京100029；2.北京工业大学，北京100022）摘要：实验研究了基于磁致伸缩效应的超声导波技术在实际管道检测中的检测能力。

在实验过程中传感器与管道之间采用机械干耦合方式，控制传感器单向激励低频T(0,1)模态超声导波。

对一根长9.6m 的管道试样进行实验，激励的T(0，1)模态超声导波在管道中传播153.6m 后，管道端面回波信号仍然具有高信噪比。

对两段现场蒸汽管道的检测实验，得出单向激励64kHz ，T(0,1)模态超声导波能够检测到13m 管道长度内的焊缝、支架、弯头等管道典型结构并且位置误差小于150mm 。

关键词：磁致伸缩效应；超声导波；管道；干耦合；缺陷检测中国分类号：TG115.28文献标识码：A 文章编号：1671-4423（2009）06-39-041引言压力管道越来越广泛应用于石油、化工、热电、供水及供热等行业。

管道的安全使用不仅影响到经济运行安全，还会影响到千家万户以及社会的稳定。

传统的检测技术只能对管道进行抽样检测，容易造成漏检，难以适应长距离管道检测要求；超声导波检测技术具有检测距离远、检测速度快的特点，使得超声导波技术在长距离管道检测中得到越来越广泛地应用。

目前国际上先进的超声导波检测设备主要有英国PI 公司的TELETEST 和英国Guided Wave 公司的Wavemaker G3系统以及美国西南研究院的MsSR3030系统，前两者基于压电效应激励和接收超声导波，而M sSR3030系统是基于磁致伸缩效应(Magnetostrictive Effect)来激励和接收超声导波。

磁致伸缩超声导波技术具有以下优势：可进行长距离管道检测，单方向可检测150m ；检测精度高，最高灵敏度为管道横截面积损失量的2％~3%；磁致伸缩传感器(magnetostrictive sensor,MsS)不受管道直径的限制；可以采取机械干耦合和施加耦合胶的方式，前者安装简单，后者探测灵敏度高且可以长期保留磁致伸缩传感器，便于在线监测和对允许存在的缺陷进行跟踪对比。