一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法与流程

技术特征：
1.一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，包括依次相互连接的上位机(1)、超声收发设备(2)和干耦合超声探头(3)，所述干耦合超声探头(3)装配安装于限位封装结构(4)内，所述限位封装结构(4)与被测钢丝(5)连接，所述被测钢丝(5)与干耦合超声探头(3)的端部相抵触，所述上位机(1)与超声收发设备(2)连接，用于传输控制指令以及对接收的数据信息进行处理，以得到被测钢丝(5)的腐蚀检测结果；所述超声收发设备(2)与干耦合超声探头(3)连接，用于输出瞬时高压脉冲形式的激励信号给干耦合超声探头(3)，并获取干耦合超声探头(3)返回的数据信息；所述干耦合超声探头(3)与限位封装结构(4)装配，用于进行激发模态的选择操作，以及与被测钢丝(5)进行固定连接。2.根据权利要求1所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述限位封装结构(4)包括定位卡扣(401)和导向外壳(402)，所述定位卡扣(401)与干耦合超声探头(3)装配连接，所述定位卡扣(401)安装于导向外壳(402)内，所述导向外壳(402)与被测钢丝(5)连接。3.根据权利要求2所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述定位卡扣(401)包括紧扣胶圈，所述紧扣胶圈套设于干耦合超声探头(3)外部，所述紧扣胶圈上安装有四个用于与导向外壳(402)卡合连接的垂直复位按钮，所述四个垂直复位按钮之间围绕紧扣胶圈的圆心呈90
°
圆周阵列排布，所述四个垂直复位按钮中设置有一个用于进行激发模态选择操作的0
°
垂直复位按钮。4.根据权利要求3所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述干耦合超声探头(3)旋转装配于紧扣胶圈内，所述紧扣胶圈内设置有凸起状螺纹，用于增加干耦合超声探头(3)金属外壁与紧扣胶圈内壁的摩擦阻尼系数，以防止探头脱落。5.根据权利要求3所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述导向外壳(402)包括主壳体和外部固定框，所述主壳体包括探头导向槽和钢丝限位槽，所述紧扣胶圈安装于探头导向槽内，所述外部固定框套设于探头导向槽外部，所述外部固定框外部设置有螺纹孔，所述外部固定框通过螺栓装配以实现干耦合超声探头(3)的紧固、并对干耦合超声探头(3)进行纵向限位，所述钢丝限位槽内卡接有被测钢丝(5)。6.根据权利要求5所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置，其特征在于，所述探头导向槽上开设有四个用于卡合连接垂直复位按钮的矩形通孔，所述矩形通孔的宽度与垂直复位按钮的宽度相匹配以实现横向限位，所述矩形通孔的长度大于垂直复位按钮的长度，以对干耦合超声探头(3)的纵向位置进行调整导向。7.一种应用如权利要求1所述超声检测装置的拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、确定检测频率：获取被测拉索钢丝的直径及材料参数，通过求解频散方程得到群速度频散曲线，再根据群速度频散曲线确定干耦合超声探头中心频率f；s2、选择激发模式：将中心频率为f的干耦合超声探头以所需激发模式与限位封装结构进行装配，并与超声收发设备相连，超声收发设备对干耦合超声探头给予瞬时高压脉冲作为激励信号；s3、衰减系数与模式传播速度标定：选择与被测拉索钢丝相同参数的已知长度钢丝一根，以所需激发模式进行测试，利用超声收发设备采集干耦合超声探头在该钢丝中传播的
导波信号、利用上位机对该导波信号进行处理，以得到超声衰减系数以及模式传播速度；s4、信号后处理：超声收发设备采集干耦合超声探头的空载信号以及干耦合超声探头在被测拉索钢丝中传播的导波信号，上位机结合超声衰减系数和模式传播速度对该空载信号以及该导波信号进行后处理，得到检测结果；s5、检测结果成像：对检测结果进行成像处理，并根据成像结果判断得到拉索钢丝的腐蚀程度。8.根据权利要求7所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，其特征在于，所述步骤s3的具体过程为：选择与被测拉索钢丝相同参数的已知长度钢丝一根，以所需激发模式进行测试；导波在每经过2倍标定钢丝长度后返回激发点，超声收发设备采集探头在钢丝中传播的导波信号s0，并在上位机上对信号s0进行带通滤波与连续小波变换，选择频率f对应的信号s0’；取出信号s0’中各回波的最大值mi与对应传播时间ti；在上位机中对传播时间ti与对应传播距离di进行线性拟合，得到所用模态在拉索钢丝内传播的群速度：其中，c
g
为拟合得到的群速度；同时对数组mi和ti进行指数拟合，得到超声衰减公式：其中，α为拟合所得的衰减系数，m0为拟合所得的初始回波幅值。9.根据权利要求8所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，其特征在于，所述步骤s4的具体过程为：超声收发设备采集干耦合超声探头空载时的信号s1，并对信号s1进行带通滤波与连续小波变换，选择频率f对应的信号，之后对该信号进行hilbert变换后得到信号s1’，记录探头盲区外的信号噪音最大值a1；将限位封装结构固定于被测拉索侧面，超声收发设备采集探头在拉索钢丝中传播的导波信号s2，并对信号进行带通滤波与连续小波变换，选择频率f对应的信号s2’，对该信号进行hilbert变换后，记录探头盲区外信号大于a1的信号幅值dai，同时记录dai对应的时间dti；通过以下公式进行深度补偿：其中，dai’为深度补偿后的信号幅值，由此可得到深度补偿后的矩阵tij，矩阵中一列数据为dai’，另一列数据为dti，两列数据一一对应；获取数组dai’中的最大值max_da’及其在tij中对应的时间ti’，将ti’代入超声衰减公式，可求得对应的断丝时的信号幅值m
断
，当max_da’与m
断
的相对差值小于或等于预设阈值时，判断该拉索钢丝断裂。10.根据权利要求9所述的一种拉索钢丝腐蚀的超声检测方法，其特征在于，所述步骤
s5的具体过程为：根据以下的距离计算公式，确定腐蚀损伤位置：其中，l为距离，t为步骤s4中采集的数组dti中各项数据，由此将矩阵tij转换为距离
‑
幅值图，同时将dai’映射为颜色图进行显示，根据颜色图标对应幅值判断拉索钢丝腐蚀程度。

技术总结
本发明涉及一种拉索钢丝腐蚀的超声检测装置及其方法，该装置包括：装配于限位封装结构内的干耦合超声探头，限位封装结构与被测钢丝连接，被测钢丝与干耦合超声探头的端部相抵触，上位机与超声收发设备连接，用于传输控制指令以及对数据信息进行处理，以得到被测钢丝腐蚀检测结果；超声收发设备与干耦合超声探头连接，用于输出激励信号给探头，并获取探头返回的数据信息；干耦合超声探头与限位封装结构装配，用于进行激发模态的选择操作，以及与被测钢丝进行固定连接。与现有技术相比，本发明造价低、操作方便，通过单点激励即可对拉索钢丝进行快速检测，而且不会对索体产生额外损伤与污染，既能检测断丝情况，同时能对腐蚀情况进行定位与评估。进行定位与评估。进行定位与评估。


技术研发人员：赵仲杰 潘永东 李秋玉
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2021.07.27
技术公布日：2021/10/29