[發明專利]基于磁場的斜拉橋拉索斷絲監測方法及監測系統有效
| 申請號： | 202110035180.7 | 申請日： | 2021-01-12 |
| 公開（公告）號： | CN112881512B | 公開（公告）日： | 2022-11-15 |
| 發明（設計）人： | 江勝華;孫偉賀;王浩;王廉強 | 申請（專利權）人： | 西南大學 |
| 主分類號： | G01N27/83 | 分類號： | G01N27/83;G01N27/85 |
| 代理公司： | 重慶鼎慧峰合知識產權代理事務所(普通合伙) 50236 | 代理人： | 朱浩 |
| 地址： | 400700*** | 國省代碼： | 重慶;50 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 磁場 斜拉橋 拉索斷絲 監測 方法 系統 | ||
1.一種基于磁場的斜拉橋拉索斷絲監測方法，其特征在于，包括如下步驟：
從拉索的首端沿著拉索長度方向連續采集拉索上多個采樣點的磁感應強度數據；
其中，初始狀態未斷絲時，在采樣點Yi，斷絲測量探頭中的三軸磁場傳感器采集的x、y和z軸方向的磁感應強度分別為Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)；實測值Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)對應的理論值為：
Bx1(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+nBx側面(Yi)+BEx1(Yi)
By1(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+nBy側面(Yi)+BEy1(Yi)
Bz1(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+nBz側面(Yi)+BEz1(Yi)
式中n為一條拉索中所有鋼絲的總根數，Bx左端(Yi)、By左端(Yi)、Bz左端(Yi)分別為鋼絲左端面在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度，Bx右端(Yi)、By右端(Yi)、Bz右端(Yi)分別為鋼絲右端面在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度，Bx側面(Yi)、By側面(Yi)、Bz側面(Yi)分別為鋼絲圓柱形側面在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度；BEx1(Yi)、BEy1(Yi)、BEz1(Yi)分別為在采樣點Yi處x軸、y軸和z軸方向的地磁場的磁感應強度，通過在距離斜拉橋1000米的空曠地區測得；
當一條拉索中斷裂的鋼絲為m根時，在采樣點Yi處斷絲測量探頭采集的x軸、y軸和z軸方向的磁感應強度分別為Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)；實測值Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)對應的理論值為：
Bx2(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+(n-m)Bx側面(Yi)+mBx斷面1(Yi)+mBx斷面2(Yi)+mBx斷側面1(Yi)+mBx斷側面2(Yi)+BEx2(Yi)
By2(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+(n-m)By側面(Yi)+mBy斷面1(Yi)+mBy斷面2(Yi)+mBy斷側面1(Yi)+mBy斷側面2(Yi)+BEy2(Yi)
Bz2(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+(n-m)Bz側面(Yi)+mBz斷面1(Yi)+mBz斷面2(Yi)+mBz斷側面1(Yi)+mBz斷側面2(Yi)+BEz2(Yi)
式中Bx斷面1(Yi)+Bx斷面2(Yi)、By斷面1(Yi)+By斷面2(Yi)、Bz斷面1(Yi)+Bz斷面2(Yi)分別為一根鋼絲斷裂后產生的兩個斷面在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度，Bx斷側面1(Yi)+Bx斷側面2(Yi)、By斷側面1(Yi)+By斷側面2(Yi)、Bz斷側面1(Yi)+Bz斷側面2(Yi)分別為一根鋼絲斷裂后形成的兩個圓柱形側面在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度；BEx2(Yi)、BEy2(Yi)、BEz2(Yi)為斷絲后地磁場在采樣點Yi處x、y和z軸方向的磁感應強度，通過在距離斜拉橋1000米的空曠地區測得，n為一條拉索中所有鋼絲的總根數；
拉索斷絲前后拉索的磁感應強度變化值ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)對應的理論值分別為：
ΔBx(Yi)≈m[Bx斷面1(Yi)+Bx斷面2(Yi)]+BEx2(Yi)-BEx1(Yi)
ΔBy(Yi)≈m[By斷面1(Yi)+By斷面2(Yi)]+BEy2(Yi)-BEy1(Yi)
ΔBz(Yi)≈m[Bz斷面1(Yi)+Bz斷面2(Yi)]+BEz2(Yi)-BEz1(Yi)
拉索未斷絲前，采樣點的磁場梯度Bxy1(Yi)、Byy1(Yi)及Bzy1(Yi)對應的理論值分別為：
Bxy1(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+nBxy側面(Yi)+BExy(Yi)
Byy1(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+nByy側面(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy1(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+nBzy側面(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy左端(Yi)、Byy左端(Yi)、Bzy左端(Yi)為鋼絲左端面在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿著y軸方向的磁場梯度，Bxy右端(Yi)、Byy右端(Yi)、Bzy右端(Yi)為鋼絲右端面在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿著y軸方向的磁場梯度，Bxy側面(Yi)、Byy側面(Yi)、Bzy側面(Yi)為鋼絲圓柱形側面在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿著y軸方向的磁場梯度，BExy(Yi)、BEyy(Yi)、BEzy(Yi)為地磁場在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿著y軸方向的磁場梯度，n為一條拉索中所有鋼絲的總根數；
拉索斷絲后，磁場梯度Bxy2(Yi)、Byy2(Yi)及Bzy2(Yi)對應的理論值分別為：
Bxy2(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+(n-m)Bxy側面(Yi)+mBxy斷面1(Yi)+mBxy斷面2(Yi)+mBxy斷側面1(Yi)+mBxy斷側面2(Yi)+BExy(Yi)
Byy2(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+(n-m)Byy側面(Yi)+mByy斷面1(Yi)+mByy斷面2(Yi)+mByy斷側面1(Yi)+mByy斷側面2(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy2(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+(n-m)Bzy側面(Yi)+mBzy斷面1(Yi)+mBzy斷面2(Yi)+mBzy斷側面1(Yi)+mBzy斷側面2(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy斷面1(Yi)+Bxy斷面2(Yi)、Byy斷面1(Yi)+Byy斷面2(Yi)、Bzy斷面1(Yi)+Bzy斷面2(Yi)為一根鋼絲斷裂后產生的兩個斷面在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿y軸方向的磁場梯度，Bxy斷側面1(Yi)+B斷x側y面2(Yi)、Byy斷側面1(Yi)+Byy斷側面2(Yi)、Bzy斷側面1(Yi)+Bzy斷側面2(Yi)為一根鋼絲斷裂后形成的兩個側面在采樣點Yi處在x、y和z軸方向的磁感應強度沿著y軸方向的磁場梯度，地磁場的磁場梯度約為2×10-5nT/mm，遠小于斜拉橋拉索本身的磁場梯度，斷絲前后將地磁場的磁場梯度均忽略不計，n為一條拉索中所有鋼絲的總根數，m為斷裂的鋼絲的根數；
根據斷絲前后采集的磁場梯度，通過下式得到斷絲前后的磁場梯度變化量ΔBxy(Yi)、ΔByy(Yi)和ΔBzy(Yi)：
ΔBxy(Yi)＝Bxy2(Yi)-Bxy1(Yi)
ΔByy(Yi)＝Byy2(Yi)-Byy1(Yi)
ΔBzy(Yi)＝Bzy2(Yi)-Bzy1(Yi)
通過采集的磁感應強度數據確定因拉索斷絲生成的鋼絲斷面引起的磁感應強度變化量或磁場梯度變化量；通過所述磁感應強度變化量或所述磁場梯度變化量，結合理論模型中斷裂處二個斷面及二個側面導致的磁感應強度變化量或磁場梯度變化量，確定斷絲位置；
通過斷絲位置進一步計算斷絲數量。
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