基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统及其检测方法技术方案

本发明专利技术提供了一种基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统及其检测方法，该拉索缺陷检测系统的整体结构设计较为简单，不需要使用高精密度设备和仪器，硬件设备成本低廉，检测操作流程简单方便，并且能够采用高频的激励源用以产生高频的电磁导波进行检测，大幅延长了检测的有效范围，并且具有稳定性好、抗干扰能力强的优点；该拉索缺陷检测系统结合其检测方法，不需要利用探测设备对拉索进行扫描探测，也不会产生辐射污染，检测过程简单、快速，并且受温度、湿度等环境因素的影响小，其检测结果能够用以准确的确定被检测拉索上各个缺陷处的具体所在位置，并较为真实、客观的反映被检测拉索上相应缺陷处的损伤程度，具有很好的技术推广应用价值。

Cable defect detection system based on electromagnetic wave transmission line theory and detection method thereof

The invention provides an electromagnetic wave transmission line theory of the cable defect detection system and method based on the overall structure design of the cable defect detection system is simple, does not require the use of high precision equipment and instruments, the hardware cost is low, the detection operation is simple and convenient, and can be used in high frequency electromagnetic excitation source to the high frequency guided wave detection, significantly extending the effective range of detection, and has the advantages of good stability and strong anti-interference ability; the cable defect detection system combined with the detection method, does not require the use of detection equipment of the cable scanning, but also does not produce radiation pollution, the detection process is simple, fast, and by the temperature humidity and other environmental factors, the results can be used to accurately determine the detected defects on each cable The invention can reflect the damage degree of the corresponding defect on the detected cable more realistically and objectively, and has good technical popularization and application value.

【技术实现步骤摘要】
基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统及其检测方法
本专利技术属于拉索结构安全性监测
，具体涉及一种基于微波传输线理论的拉索缺陷检测系统及其检测方法。
技术介绍
随着交通行业的迅速发展，拉索在桥梁方面的应用非常广泛，但由于拉索因雨水，风的原因会造成腐蚀、断丝等损伤现象，这对桥梁安全造成了很大的隐患。为了避免拉索的损伤缺陷对桥梁造成隐患，需要定期对拉索进行缺陷检测和维护。目前测试拉索锈蚀的方法有：(1)人工检测法，主要是通过人工检查拉索系统是否遭受锈蚀，索体是否有破损，定期对索体各部件涂刷防护漆，对已锈蚀的及时除锈，其优点是可定性地直观检查，但缺点是检测费人力物力，检查范围有限，且检测结果仅可用于定性评估，难满足定量评定要求，无法实现对突发性事故隐患的及时发现。(2)超声波检测法，主要通过超声波探测器沿拉索延伸方向进行扫描，依据超声波的不同振动频率来判别被测拉索表面是否存在裂纹、锈坑等情况，以检测拉索表面的缺陷，但该方法无法检测到拉索内部的断裂、锈蚀等缺陷，存在较大的盲区，且需要沿拉索延伸方向对拉索的整个索体进行逐步扫描，操作复杂、效率低，在实际工程中便利性不足。(3)放射线检测法：根据拉索上锈蚀部位与未锈蚀部位对射线吸收能力的不同来实现缺陷检测，可以检测拉索表面及内部的损伤和缺陷，但其缺点是为了屏蔽对人体的辐射，射线装置的整体体积往往较大，难以适用于实时长期监测，而且如果射线泄漏可能会带来辐射污染，存在较大的安全隐患。(4)电化学检测法：电化学方法主要是根据电位差的范围判断缆索的锈蚀的可能性，实现缺陷检测，但受测试局部区域可能会受到温度、湿度等环境因素的影响，容易导致出现检测偏差。(5)磁致伸缩导波检测法：现有的导波检测方法通常是先采用磁化器将拉索的钢材料磁化达到磁致伸缩效应敏感状态，然后采用通有交变电流的激励线圈产生激励磁场作用在拉索上，利用拉索的磁致伸缩效应，在拉索上产生沿拉索传播的磁致导波，若拉索上存在缺陷，则磁致导波将在缺陷处被反射返回，从而可以根据磁致导波的回波检测来实现拉索缺陷的检测，但该方法由于需要先借助专门的磁化器对拉索进行磁化后才能实施检测，系统设备较为复杂、操作工序较为繁琐，且若拉索不同部位的磁化不均衡可能导致磁致伸缩效应产生的导波存在多个不同模态，导致产生的磁致导波回波呈现多模态现象而难以进行有效的分析和缺陷识别，影响检测准确性和有效性，此外通过磁致伸缩效应产生磁致导波的激励频率不能太高(受到材料磁导特性的限制，通常不能高于2000Hz)，所产生的低频磁致导波在传播过程中衰减损耗较大，因此可检测的拉索长度范围较为有限。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术目的在于提供一种基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，该系统利用传输线理论，能够通过高频的电磁脉冲激励信号分别激励被检测拉索和与之平行布置的拉索外部输电线，使得被施加电磁脉冲激励信号的拉索外部输电线与被检测拉索之间产生沿被检测拉索延伸方向传播的电磁导波，用以实施拉索缺陷检测，从而解决现有技术中拉索缺陷检测的系统设备和操作工序复杂、检测准确性不足、难以适用于对拉索缺陷的实时长期监测等问题。为解决上述技术问题，实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，包括临近并平行于被检测拉索方向拉伸布置的拉索外部输电线，且拉索外部电线与被检测拉索的起始端和延伸末端均对齐设置，使得拉索外部输电线和被检测拉索构成平行双线传输线结构；还包括用于输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号的高频电磁脉冲激励装置，以及用于进行拉索缺陷检测的电磁导波接收检测装置；所述高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子分别与拉索外部输电线和被检测拉索的起始端进行电连接，使得拉索外部输电线和被检测拉索被高频电磁脉冲激励装置施加电磁脉冲激励信号后，能够在拉索外部输电线与被检测拉索之间产生沿被检测拉索延伸方向传播的电磁导波，且拉索外部输电线和被检测拉索的延伸末端保持开路；所述电磁导波接收检测装置的电磁导波信号接收端的两个接收端子并联在高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子，用于通过电磁导波信号接收端接收高频电磁脉冲激励装置输出的电磁脉冲激励信号以及被检测拉索上电磁导波传播过程中被反射的电磁导波回波信号，且根据电磁脉冲激励信号与电磁导波回波信号的时间差和信号强度比分别确定被检测拉索被检测拉索上缺陷处的缺陷位置信息和损伤程度信息。上述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统中，作为优选方案，所述高频导波激励装置输出电磁脉冲激励信号的频率范围为109～1010Hz，输出电磁脉冲激励信号的信号长度为2～5个波长。上述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统中，具体而言，所述高频导波激励装置包括高频信号激励源、前置信号放大器和电磁脉冲激励信号输出端；所述高频信号激励源的信号发射端通过前置信号放大器电连接至电磁脉冲激励信号输出端，用于产生高频且频率固定的电磁脉冲激励信号并经过前置信号放大器放大后从电磁脉冲激励信号输出端加以输出。上述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统中，具体而言，所述电磁导波接收检测装置包括电磁导波信号接收端、集成信号放大器、滤波预处理模块、模数转换模块和缺陷检测处理计算机；所述电磁导波信号接收端依次通过集成信号放大器、滤波预处理模块和模数转换模块电连接至缺陷检测处理计算机的数据采集端，用于将接收到的电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号经过集成信号放大器放大后，由滤波预处理模块进行滤波预处理，并由模数转换模块转换为数字信号后，传输至缺陷检测处理计算机；所述缺陷检测处理计算机用于分别记录电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号的接收时间，并检测电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号的信号强度，从而根据电磁脉冲激励信号与电磁导波回波信号的时间差和信号强度比分别确定被检测拉索被检测拉索上缺陷处的缺陷位置信息和损伤程度信息。相应地，本专利技术还提供了采用上述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统的方法。为此，本专利技术采用了如下的技术方案：一种拉索缺陷检测方法，具体包括如下步骤：1)针对被检测拉索，布置一根临近并平行于被检测拉索方向拉伸的拉索外部输电线，且拉索外部电线与被检测拉索的起始端和延伸末端均对齐设置，使得拉索外部输电线和被检测拉索构成平行双线传输线结构，并增加设置用于输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号的高频导波激励装置，以及用于进行拉索缺陷检测的电磁导波接收检测装置，将高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子分别与拉索外部输电线和被检测拉索的起始端进行电连接，且拉索外部输电线和被检测拉索的延伸末端保持开路，将电磁导波接收检测装置的电磁导波信号接收端的两个接收端子并联在高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子，构成如权利要求1所述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统；2)控制高频导波激励装置向拉索外部输电线和被检测拉索输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号，使得被施加电磁脉冲激励信号的拉索外部输电线与被检测拉索之间产生沿被检测拉索延伸方向传播的电磁导波；3)由电磁导波接收检测装置通过电磁导波信号接收端接收高频电磁脉冲激励装置输出的电磁脉冲激励信号以及被检测拉索上电磁导波本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，其特征在于，包括临近并平行于被检测拉索方向拉伸布置的拉索外部输电线，且拉索外部电线与被检测拉索的起始端和延伸末端均对齐设置，使得拉索外部输电线和被检测拉索构成平行双线传输线结构；还包括用于输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号的高频电磁脉冲激励装置，以及用于进行拉索缺陷检测的电磁导波接收检测装置；所述高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子分别与拉索外部输电线和被检测拉索的起始端进行电连接，使得拉索外部输电线和被检测拉索被高频电磁脉冲激励装置施加电磁脉冲激励信号后，能够在拉索外部输电线与被检测拉索之间产生沿被检测拉索延伸方向传播的电磁导波，且拉索外部输电线和被检测拉索的延伸末端保持开路；所述电磁导波接收检测装置的电磁导波信号接收端的两个接收端子并联在高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子，用于通过电磁导波信号接收端接收高频电磁脉冲激励装置输出的电磁脉冲激励信号以及被检测拉索上电磁导波传播过程中被反射的电磁导波回波信号，且根据电磁脉冲激励信号与电磁导波回波信号的时间差和信号强度比分别确定被检测拉索被检测拉索上缺陷处的缺陷位置信息和损伤程度信息。...

【技术特征摘要】
1.基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，其特征在于，包括临近并平行于被检测拉索方向拉伸布置的拉索外部输电线，且拉索外部电线与被检测拉索的起始端和延伸末端均对齐设置，使得拉索外部输电线和被检测拉索构成平行双线传输线结构；还包括用于输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号的高频电磁脉冲激励装置，以及用于进行拉索缺陷检测的电磁导波接收检测装置；所述高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子分别与拉索外部输电线和被检测拉索的起始端进行电连接，使得拉索外部输电线和被检测拉索被高频电磁脉冲激励装置施加电磁脉冲激励信号后，能够在拉索外部输电线与被检测拉索之间产生沿被检测拉索延伸方向传播的电磁导波，且拉索外部输电线和被检测拉索的延伸末端保持开路；所述电磁导波接收检测装置的电磁导波信号接收端的两个接收端子并联在高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子，用于通过电磁导波信号接收端接收高频电磁脉冲激励装置输出的电磁脉冲激励信号以及被检测拉索上电磁导波传播过程中被反射的电磁导波回波信号，且根据电磁脉冲激励信号与电磁导波回波信号的时间差和信号强度比分别确定被检测拉索被检测拉索上缺陷处的缺陷位置信息和损伤程度信息。2.根据权利要求1所述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，其特征在于，所述高频导波激励装置输出电磁脉冲激励信号的频率范围为109～1010Hz，输出电磁脉冲激励信号的信号长度为2～5个波长。3.根据权利要求1所述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，其特征在于，所述高频导波激励装置包括高频信号激励源、前置信号放大器和电磁脉冲激励信号输出端；所述高频信号激励源的信号发射端通过前置信号放大器电连接至电磁脉冲激励信号输出端，用于产生高频且频率固定的电磁脉冲激励信号并经过前置信号放大器放大后从电磁脉冲激励信号输出端加以输出。4.根据权利要求1所述基于电磁波传输线理论的拉索缺陷检测系统，其特征在于，所述电磁导波接收检测装置包括电磁导波信号接收端、集成信号放大器、滤波预处理模块、模数转换模块和缺陷检测处理计算机；所述电磁导波信号接收端依次通过集成信号放大器、滤波预处理模块和模数转换模块电连接至缺陷检测处理计算机的数据采集端，用于将接收到的电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号经过集成信号放大器放大后，由滤波预处理模块进行滤波预处理，并由模数转换模块转换为数字信号后，传输至缺陷检测处理计算机；所述缺陷检测处理计算机用于分别记录电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号的接收时间，并检测电磁脉冲激励信号和电磁导波回波信号的信号强度，从而根据电磁脉冲激励信号与电磁导波回波信号的时间差和信号强度比分别确定被检测拉索被检测拉索上缺陷处的缺陷位置信息和损伤程度信息。5.一种拉索缺陷检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)针对被检测拉索，布置一根临近并平行于被检测拉索方向拉伸的拉索外部输电线，且拉索外部电线与被检测拉索的起始端和延伸末端均对齐设置，使得拉索外部输电线和被检测拉索构成平行双线传输线结构，并增加设置用于输出高频且频率固定的电磁脉冲激励信号的高频导波激励装置，以及用于进行拉索缺陷检测的电磁导波接收检测装置，将高频电磁脉冲激励装置的激励信号输出端的正极端子和负极端子分别与拉索...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建庭，廖棱，张洪，赵瑞强，屈英豪，庞草原，
申请(专利权)人：重庆交通大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50