钢绞线超声导波检测用磁致伸缩型传感器的研制及应用研究

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预应力钢绞线因其具有截面积较大、柔软等特点,已广泛应用于公路、桥梁及基础工程建设等领域。因此,对其健康状况的检测引起了研究人员们的日益关注。目前,大多数检测方法如磁弹法,漏磁法或光纤检测法等已应用于工程当中。在诸多检测方法中,超声导波检测作为一种无损检测技术适用于杆、管、板等结构的检测,目前已成为无损检测领域的研究热点。 本文对利用磁致伸缩效应在钢绞线中产生纵向模态的方法进行了分析,选用频率160kHz的L(0,1)纵向模态作为7芯钢绞线检测的导波模态。设计制作了激励及接收该模态的专用磁致伸缩型传感器。主要工作如下: (1)通过数值求解,得到频带0-2MHz内自由钢绞线外围钢丝的频散曲线,分析了此范围内L(0,1)模态导波的传播特性,设计制作了专用的磁致伸缩式传感器。 (2)通过对不同结构和绕向螺线管的比较,选取了三段式螺线管作为磁致伸缩型传感器的敏感元件。 (3)通过对不同阻抗匹配方式的实验对比,选取了适合此种传感器的阻抗匹配方案。 (4)设计双磁路及三磁路为7芯钢绞线提供偏置磁场的方案。对磁路中每根钢丝表面及上、中、下截面的磁感应强度进行了比较分析。对交变磁场与偏置磁场共同作用后,螺线管内钢绞线表面的磁场强度的变化进行了分析。 (5)利用磁致伸缩式传感器,在自由无缺陷钢绞线中实现了超声导波的激励和接收;对钢绞线中心钢丝和外围钢丝上的人工刻痕缺陷进行了检测,并分析了磁致伸缩式传感器对钢绞线的检测能力;另外,利用该传感器,实现了对钢绞线中预应力的测量。
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