专利名称：基于一发一收法的用于钢绞线检测的单体磁致伸缩传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及基于一发一收法的用于钢绞线检测的单体磁致伸缩传感器，属于 声学传感器技术领域，其作用是把传感器产生的电磁能通过钢绞线转换成机械能(声能)， 并通过对机械能(声能)的分析来对钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测。
背景技术：
现今，对于钢绞线的预应力大小、缺陷有无等进行检测的传感器分为压电传感器 和磁致伸缩传感器两种，例如北京工业大学的吴斌、张易农等就实用新型了一种用于钢绞 线超声导波检测的磁致伸缩传感器。但在实际检测中大多数使用两个传感器，一个用于激 励，另一个用于接收。不论是从实验装置的数量、安装工序、检测信号的简洁程度等方面考 虑，还是出于成本考虑，多数情况下希望能够减少传感器的个数，来满足工程要求。
实用新型内容本实用新型的目的在于利用一个传感器来实现钢绞线中快速、准确、在役检测，提 出了基于一发一收法的用于钢绞线检测的单体磁致伸缩传感器。本实用新型中的传感器减 少了实验装置的数量、安装工序，使检测信号简单明了、便于分析，进而降低了检测成本。为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本实用新型包括鞍片3、永 磁铁4、轭铁5、以及套在钢绞线1外表面的夹片2和螺线管6，螺线管6外表上的两端及中 间部分均设置有台阶，每两个台阶之间的部分都环绕有漆包线，每经过一个台阶漆包线便 改变一次环绕方向；螺线管6的两端均设置有夹片2，夹片2内表面形状与钢绞线外表面形 状相适应并与钢绞线紧密接触。在夹片2的外表面套有鞍片3，鞍片3的外表面沿圆周方向 均勻固定有三片永磁铁4，轭铁5与位于螺线管6两端的、在钢绞线1同一轴线方向上的两 块永磁铁4的外端面相连接。所述传感器的螺线管6上所环绕的漆包线共有两层，即内层 漆包线7和外层漆包线8，层与层之间设置有绝缘层，每两个台阶之间部分的各层漆包线的 环绕方向相同。其中一层漆包线的两端与功率放大器相连，用于激励信号；另一层漆包线的 两端与数字示波器相连，用于接收信号。本实用新型采用了以上的技术方案，减少了实验装置的数量、安装工序，使检测信 号简单明了、便于分析，进而降低了检测成本。
图1本实用新型整体安装示意图；图2螺线管6上两层线圈缠绕的示意图；图3使用本实用新型在无损钢绞线中的接收信号；图4使用本实用新型在包含有人工刻槽的钢绞线中的接收信号。图中，1、钢绞线，2、夹片，3、鞍片，4、永磁体，5、轭铁，6、螺线管，7、内层漆包线，8、 外层漆包线。
具体实施方式
结合本实用新型方法的内容提供一下实施例本实施例的结构如图1所示，传感器主要包括有鞍片3、永磁铁4、轭铁5、以及套在 钢绞线1外表面的夹片2和螺线管6，螺线管6外表上的两端及中间部分均设置有台阶，每 两个台阶之间的部分都环绕有漆包线，每经过一个台阶漆包线便改变一次环绕方向。螺线 管6的两端均设置有夹片2，在夹片2的外表面套有鞍片3，鞍片3的外表面沿圆周方向均 勻固定有三片永磁铁4，轭铁5与位于螺线管6两端的、在钢绞线1同一轴线方向上的两块 永磁铁4的外端面相连接。所述传感器的螺线管6上所环绕的漆包线共有两层，层与层之 间设置有绝缘层，每两个台阶之间部分的各层漆包线的环绕方向相同。其中，内层漆包线7 的两端与功率放大器相连，用于激励信号；外层漆包线8的两端与数字示波器相连，用于接 收信号，如图2所示。本实施例中钢绞线为7芯，公称直径17. 80mm,中心钢丝直径为6. 30mm，外围钢丝 直径为6. OOmm,中心钢丝与外围钢丝的中心间距R为6. 15mm，捻距ρ为280mm，由公式S = L(p2+(2JiR)2)°_5/p可以计算出单位长度钢绞线的外围钢丝S比中心钢丝L长约0. 94%。钢 绞线的密度为7843kg/m3，其纵波波速5990m/s，横波波速3233m/s。通过数值求解描述纵向 超声导波传播特性的Pochhammer频散方程，可以得到，频率为140kHz的L(0，1)模态导波 的理论相速度和群速度分别为5155m/s和5095m/s。本实施例中的钢绞线试样总长为6000mm，传感器安装在距钢绞线左端面2000mm 处。由函数发生器产生峰峰值为200mV的经Harming窗调制的10个震荡周期的单音频信 号，选择的频率为140kHz。激励信号经功率放大器进行功率放大，加载在传感器内层漆包线 的两端，进而在钢绞线中激励出L(0，1)模态导波信号，该信号传播至钢绞线端面后会发生 反射，然后被传感器外层漆包线接收，在数字示波器显示，并通过端口存储到计算机中。首先在无缺陷钢绞线中进行激励和接收140kHz的L(0，1)模态导波的实验研究。 传感器外层线圈作为激励器，在钢绞线中激励L(0，1)模态导波，导波信号在钢绞线中以磁 致伸缩传感器为中心向钢绞线的两侧传播，传感器内层线圈作为接收器，接收波形经降噪 处理后如图3所示。在0-3ms时间范围内，可以清楚地看出信号中含有3个清晰且幅值较 大的波包，波包到达的时间依次为0. 8063ms、1. 6230ms和2. 4178ms。其中，波包1为向钢绞 线左端传播，经过左端面反射后继续向右传播被接收到的端面反射回波；波包2为先向右 端传播，经过右端面反射后继续向左传播被接收到的端面反射回波；波包3为经过两次端 面反射而被接收到的两个反射回波的叠加，因此幅度较前两个波包有所增加。以波包3为 例，在外围钢丝中的传播距离6000X2X (1+0. 94% ) = 12112. 8mm，波包的实际传播速度为 12112. 8/2.4178 = 5010m/s，与L (0，1)模态的理论群速度5095m/s非常接近，故可以确定 采用本实用新型可以实现在钢绞线中同时激励和接收L(0，1)模态超声导波。然后在钢绞线其中一根外围钢丝上加工一个凹槽，宽度2mm，深度4mm，中心位置 均距左端面400mm，传感器安装位置不变，接收波形如图4所示。接收信号中出现了缺陷 回波，该回波是从传感器向左传播，经缺陷断面反射后向右传播而被接收到的信号，传播时 间为0. 6484ms,由此可计算得到缺陷距钢绞线左端面的距离为5095X (0. 8063-0. 6484)/ (2X (1+0. 94% )) = 398. 5mm，缺陷位置的相对误差仅为(400. 0—398. 5)/400. 0 = 0. 37%,这说明采用本实用新型可以实现对钢绞线的缺陷检测，且定位精度较高。
权利要求1.基于一发一收法的用于钢绞线检测的单体磁致伸缩传感器，包括鞍片(3)、永磁铁 (4)、轭铁(5)、以及套在钢管外表面的螺线管(6)，螺线管(6)外表上的两端及中间部分均 设置有台阶，每两个台阶之间的部分都环绕有漆包线，每经过一个台阶漆包线便改变一次 环绕方向；鞍片(3)套在钢管外表面并与螺线管(6)的两端紧密接触，在鞍片(3)的外表面 沿圆周方向均勻固定有三片永磁铁(4)，轭铁(5)与位于螺线管(6)两端的、在钢管同一轴 线方向上的两块永磁铁(4)的外端面相连接；其特征在于所述传感器的螺线管(6)上所 环绕的漆包线共有两层，即内层漆包线(7)和外层漆包线(8)，层与层之间设置有绝缘层， 每两个台阶之间部分的各层漆包线的环绕方向相同；其中一层漆包线的两端与功率放大器 相连，用于激励信号；另一层漆包线的两端与数字示波器相连，用于接收信号。
专利摘要本实用新型是基于一发一收法的用于钢绞线检测的单体磁致伸缩传感器，属于声学传感器技术领域。本实用新型使用永磁铁在传感器附近产生偏置磁场，当漆包线两端加上交变电压时，会在钢绞线上产生交变磁场，由于铁磁材料存在磁致伸缩效应，在钢绞线中会产生局部的机械振动，这种振动会从激励源向两个方向同时传播，根据磁致伸缩逆效应而被接收源捕获到。螺线管上所环绕的漆包线共有两层，其中一层漆包线用于激励信号，另一层漆包线的两端用于接收信号。本实用新型解决了在钢绞线检测中必须使用两个传感器的现状，采用了单体传感器，减少了实验装置的数量、安装工序，使检测信号简单明了、便于分析，进而降低了检测成本。
文档编号G01N29/04GK201780283SQ201020218119
公开日2011年3月30日 申请日期2010年5月28日 优先权日2010年5月28日
发明者何存富, 刘增华, 吴斌, 纪金豹, 赵继辰, 阎维明 申请人:北京工业大学