基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202020166886.8 (22)申请日 2020.02.12 (73)专利权人 长沙理工大学 地址 410114 湖南省长沙市天心区万家丽 南路2段960号 (72)发明人 李传习龙洁杰李游柯璐 (74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 代理人 赵春生 (51)Int.Cl. G01N 29/14(2006.01) (54)实用新型名称 一种基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测 装置 (57)摘要 本实用新型公开了一种基于声发射原理的 钢桥裂纹智能检。

2、测装置， 包括裂纹检测机构和信 息处理分析模块， 所述裂纹检测机构包括多个子 单元， 所述子单元包括发射传感器、 接收传感器、 发射端底座和接收端底座， 所述发射传感器与发 射端底座固定连接， 所述接收传感器与接收端底 座固定连接， 所述发射端底座与钢桥待检测平面 检测区的正面固定连接， 所述接收端底座与钢桥 待检测平面检测区的背面固定连接； 所述发射传 感器和接收传感器分别与信息处理分析模块电 连接。 采用本申请的钢桥裂纹智能检测装置， 具 有构造简单、 结果精确、 能有效检测钢桥平面单 元区域裂纹的优点。 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 CN 211478169 U 2020.09.。

3、11 CN 211478169 U 1.一种基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 其特征在于： 包括裂纹检测机构和 信息处理分析模块， 所述裂纹检测机构包括多个子单元， 所述子单元包括发射传感器、 接收 传感器、 发射端底座和接收端底座， 所述发射传感器与发射端底座固定连接， 所述接收传感 器与接收端底座固定连接， 所述发射端底座与钢桥待检测平面检测区的正面固定连接， 所 述接收端底座与钢桥待检测平面检测区的背面固定连接； 所述发射传感器和接收传感器分 别与信息处理分析模块电连接。 2.根据权利要求1所述的基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 其特征在于： 所述 信息处理分析模块包括电连接。

4、的放大器、 信号处理器、 数据采集系统和分析模块。 3.根据权利要求2所述的基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 其特征在于： 所述 发射传感器和接收传感器均通过超声波耦合剂层分别与发射端底座的预留孔和接收端底 座的预留孔粘结固定连接。 4.根据权利要求3所述的基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 其特征在于： 所述 发射端底座和接收端底座均与钢桥待检测平面检测区磁吸固定连接。 5.根据权利要求1-4任意一项所述的基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 其特 征在于： 所述裂纹检测机构的多个子单元呈线性或平面阵列的方式布置在钢桥待检测平面 检测区。 权利要求书 1/1 页 2 CN 211。

5、478169 U 2 一种基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置 技术领域 0001 本实用新型涉及桥梁或钢桥构件裂纹检测或监测技术领域， 具体涉及一种基于声 发射原理的钢桥裂纹智能检测装置。 背景技术 0002 疲劳裂纹是钢桥最常见且危害最大的病害类型之一， 桥梁运营维护中， 需要对桥 梁进行定期或不定期的检测与评估， 以有效检出疲劳裂纹并制定合适的维护方案。 如何高 效地检出在役钢桥的疲劳裂纹， 已成为桥梁工程领域亟待解决的重要问题。 当前， 最常用、 最经济的无损检测方法是目视检测， 但其检出准确度和效率取决于检查员技术水平的高 低； 还可能因结构区域狭小， 人员无法进入而受到阻碍。 此外。

6、， 无损检测方法如射线照相法、 涡流检测法， 只可以检测钢桥待检表面缺陷， 不适用于材料内部裂纹检测， 也很难确定裂纹 大小和不规则形状。 因此， 有必要研发一种操作灵活、 精确度高且适用于钢桥狭小空间的疲 劳裂纹检测装置。 0003 声发射检测是通过接收和分析材料的声波信号来评定结构完整性的实时动态无 损检测方法。 其显著优势还在于， 大型结构可以使用相对较少的传感器进行监控， 操作人员 少、 维护成本低。 鉴于此， 如何基于声发射原理研发一种能够精确、 实时检测钢桥裂纹的装 置， 成为本领域技术人员需要解决的问题。 实用新型内容 0004 本申请旨在解决现有钢桥检测中存在的技术问题之一。 。

7、为此， 本实用新型的目的 在于提供一种构造简单、 结果精确、 能有效检测钢桥平面单元区域裂纹的基于声发射原理 的钢桥裂纹智能检测装置。 0005 本实用新型通过以下技术手段解决上述问题： 一种基于声发射原理的钢桥裂纹智 能检测装置， 包括裂纹检测机构和信息处理分析模块， 所述裂纹检测机构包括多个子单元， 所述子单元包括发射传感器、 接收传感器、 发射端底座和接收端底座， 所述发射传感器与发 射端底座固定连接， 所述接收传感器与接收端底座固定连接， 所述发射端底座与钢桥待检 测平面检测区的正面固定连接， 所述接收端底座与钢桥待检测平面检测区的背面固定连 接； 所述发射传感器和接收传感器分别与信息。

8、处理分析模块电连接。 0006 进一步， 所述信息处理分析模块包括电连接的放大器、 信号处理器、 数据采集系统 和分析模块。 0007 进一步， 所述发射传感器和接收传感器均通过超声波耦合剂层分别与发射端底座 的预留孔和接收端底座的预留孔粘结固定连接。 具体来说， 在预留孔注入超声波耦合剂后， 将发射传感器和接收传感器分别固定于发射端底座和接收端底座， 传感器通常嵌入一半的 深度。 0008 进一步， 所述发射端底座和接收端底座均与钢桥待检测平面检测区磁吸固定连 接。 具体来说， 发射端底座和接收端底座可由强磁材料制成或者通过磁吸件与钢桥待检测 说明书 1/4 页 3 CN 211478169。

9、 U 3 平面检测区固定连接。 0009 进一步， 所述裂纹检测机构的多个子单元呈线性或平面阵列的方式布置在钢桥待 检测平面检测区。 0010 进一步， 所述的信息处理分析模块基于波形的分析方法， 执行快速数据采集并记 录完整的波形。 0011 进一步， 所述的裂纹检测机构的子单元中的传感器基材层环氧树脂中加入了钨 粉， 且其外部均由油漆包裹。 0012 具体的检测过程中包括如下实施步骤： 0013 S1： 对钢桥待检测平面检测区的传感器的固定位置用棉花蘸取酒精进行擦拭清 洁， 以便减少影响传感器精确性因素的存在； 0014 S2： 将发射端底座和接收端底座采用磁吸方式固定在钢桥待检测平面检测。

10、区的边 缘； 0015 S3： 向发射端底座和接收端底座的预留孔中注入超声波耦合剂， 并迅速将发射传 感器和接收传感器分别拧入发射端底座和接收端底座， 确保二者之间连接紧密； 0016 S4： 确保发射端底座和接收端底座与钢桥待检测平面检测区之间连接紧密； 0017 S5： 安装好的裂纹检测机构由所述的信息处理分析模块控制传感器工作， 采集声 发特性并将信号存储至数据采集系统； 0018 S6： 工作中的裂纹检测机构不断向信息处理分析模块输入信号， 分析模块根据其 输出的波形可进行自检并定位钢桥待检测平面检测区内可能存在的裂纹， 并分析裂纹大小 和形状； 0019 S7： 工作中的裂纹检测机构。

11、如出现发射端底座或接收端底座松动立即进行加固调 整， 之后重新进行上述S1至S6操作。 0020 本实用新型的有益效果： 0021 基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置能够实现无损检测， 对原结构影响较 小； 通过裂纹检测机构检测某平面内的裂纹发展， 能确定具体位置并提供大小与形状， 结果 精确， 操作简单； 可以为桥梁维护与加固提供实时检测数据， 降低桥梁事故发生概率。 附图说明 0022 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。 0023 图1为本实用新型实施例的子单元示意图； 0024 图2为本实用新型实施例的工作流程图； 0025 图3为本实用新型实施例的声发射波形图。 0026。

12、 图中： 1、 裂纹检测机构， 2、 信息处理模块， 3、 发射传感器， 4、 接收传感器， 5、 发射端 底座， 6、 接收端底座， 7、 钢桥待检测平面检测区， 8、 放大器， 9、 信号处理器， 10、 数据采集系 统， 11、 分析模块。 具体实施方式 0027 以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。 0028 如图1-2所示， 本实施例的基于声发射原理的钢桥裂纹智能检测装置， 包括裂纹检 说明书 2/4 页 4 CN 211478169 U 4 测机构1和信息处理分析模块2， 所述裂纹检测机构1包括多个子单元， 多个子单元呈线性或 平面阵列的方式布置在钢桥待检测平面检测区， 所述子。

13、单元包括发射传感器3、 接收传感器 4、 发射端底座5和接收端底座6； 所述信息处理分析模块2包括电连接的放大器8、 信号处理 器9、 数据采集系统10和分析模块11。 所述发射传感器3和接收传感器4均通过超声波耦合剂 层分别与发射端底座5的预留孔和接收端底座6的预留孔粘结固定连接。 具体来说， 在预留 孔注入超声波耦合剂后， 将发射传感器3和接收传感器4分别固定于发射端底座5和接收端 底座6， 传感器通常嵌入一半的深度。 进一步来说， 所述的裂纹检测机构的子单元中的传感 器基材层环氧树脂中加入了钨粉， 且其外部均由油漆包裹。 所述发射端底座5与钢桥待检测 平面检测区7的正面固定连接， 所述接。

14、收端底座6与钢桥待检测平面检测区的背面固定连 接， 具体来说， 所述发射端底座5和接收端底座6均与钢桥待检测平面检测区7磁吸固定连 接， 优选地， 发射端底座5和接收端底座6可由强磁材料制成或者通过磁吸件与钢桥待检测 平面检测区7固定连接。 所述发射传感器3和接收传感器4分别与信息处理分析模块2电连 接。 0029 具体的检测过程包括如下实施步骤： 0030 S1： 对钢桥待检测平面检测区的传感器的固定位置用棉花蘸取酒精进行擦拭清 洁， 以便减少影响传感器精确性因素的存在； 0031 S2： 将发射端底座和接收端底座采用磁吸方式固定在钢桥待检测平面检测区的边 缘； 0032 S3： 向发射端底。

15、座和接收端底座的预留孔中注入超声波耦合剂， 并迅速将发射传 感器和接收传感器分别拧入发射端底座和接收端底座， 确保二者之间连接紧密； 0033 S4： 确保发射端底座和接收端底座与钢桥待检测平面检测区之间连接紧密； 0034 S5： 安装好的裂纹检测机构由所述的信息处理分析模块控制传感器工作， 采集声 发特性并将信号存储至数据采集系统； 0035 S6： 工作中的裂纹检测机构不断向信息处理分析模块输入信号， 分析模块根据其 输出的波形可进行自检并定位钢桥待检测平面检测区内可能存在的裂纹， 并分析裂纹大小 和形状； 0036 S7： 工作中的裂纹检测机构如出现发射端底座或接收端底座松动立即进行加。

16、固调 整， 之后重新进行上述S1至S6操作。 0037 在具体检测过程中， 通过信息处理分析模块2分析声发特性可定位平面裂纹， 并且 提供大小和形状。 所述的信息处理分析模块2是基于波形的分析方法， 执行快速数据采集并 记录完整的波形， 图3为得到的波形图， 通过时间和负载数的相关性可以区分真实信号和虚 假信号(噪声)， 有助于精准评估钢桥的裂纹位置与大小。 0038 在具体的检测过程中， 参照图2， 通过激活不同的传感器而实现不同裂纹检测效 果， 具体如下： 若同时激活一个发射， 传感器3与三个接收传感器4， 则分析结果可精确检测 发射传感器3附近裂纹状况， 其他区域精度较低； 反之， 若同。

17、时激活三个发射传感器3与一个 接收传感器4， 则分析结果可精确检测接收传感器4附近裂纹的状况， 其他区域精度较低； 若 同时激活两个发射传感器3与接收传感器4， 则其精度位于上述两种区域之间， 可用于检测 整个区域。 0039 综上所述， 本实施例的钢桥裂纹智能检测装置能够实现无损检测， 对原结构影响 说明书 3/4 页 5 CN 211478169 U 5 较小； 通过裂纹检测机构检测某平面内的裂纹发展， 能确定具体位置并提供大小与形状， 结 果精确， 操作简单； 可以为桥梁维护与加固提供实时检测数据， 降低桥梁事故发生概率。 0040 最后说明的是， 以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制， 尽管参 照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明， 本领域的普通技术人员应当理解， 可以对本 实用新型的技术方案进行修改或者等同替换， 而不脱离本实用新型技术方案的宗旨和范 围， 其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。 说明书 4/4 页 6 CN 211478169 U 6 图1 说明书附图 1/3 页 7 CN 211478169 U 7 图2 说明书附图 2/3 页 8 CN 211478169 U 8 图3 说明书附图 3/3 页 9 CN 211478169 U 9 。