一种磁记忆信号收集装置及应力实时监测系统的制作方法

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种磁记忆信号收集装置及应力实时监测系统。

背景技术：

应力危害众所周知。对于在役器件，例如吊车、起动机、承压容器、桥梁、铁塔等，当其存在疲劳损伤带来的应力集中的情况下，其机械强度大幅降低，经常引起灾难性的事故。同时，对于施工过程中的应力监测，也是一个十分重要的课题。一般的方法是先结合有限元计算，得出关键器件的应力上限和应力下限，再通过实时监测关键器件的应力，来保障施工的安全。

磁记忆效应是一种新兴的技术。其基本原理是通过检测铁磁器件在静应力或者周期载荷下产生的自发漏磁场(self-magneticleakagefield，smlf)来检测应力。铁磁金属反复加载时内部的应力集中区(stressconcentrationzone,scz)会得以保留，并在应力集中区具有较高的应力能。为抵消应力能而引发的磁畴组织重新取向排列也会保留下来，并在应力集中区产生自发漏磁场分布。这种自发漏磁场是铁磁材料的一种内秉性质，所以从根本上来说，通过自发漏磁场来测量材料的应力更加可靠。

现有的磁记忆检测，主要在空域(spatialdomain)上应用。特别是在查找应力集中区、应力集中线的时候，必须要待测器件的表面位移信息，来计算空域上单位长度上的磁场变化，进一步得知结果。一般的做法是，利用位移传感器来同时采集待测器件表面的坐标信息，就可以得出自发漏磁场信号对于空间坐标的变化率，也就是梯度。这个梯度和自发漏磁场信号本身，构成了磁记 忆检测中两个主要的参数。

如上所述，目前利用磁记忆效应来检测应力一般在空域进行，需要收集待测器件表面的大面积范围内的自发磁信号，才可方便进行应力的评估。在实时监测中，特别是把磁记忆技术应用于静态应力的监测时，磁敏传感器相对固定在待测表面，磁敏传感器和待测表面之间没有相对运动，所以读取的是一个点的自发磁信号，这样就不利于器件整体情况的监测。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种磁记忆信号收集装置及应力实时监测系统，旨在解决现有磁记忆效应无损监测方案中，只能获取单个点的磁记忆信号，且信号较弱，无法实现应力准确实时监测的技术问题。

一方面，所述磁记忆信号收集装置包括左右轴对称分布的收集板，所述收集板采用软磁材料制成，且在对称轴位置急剧缩口，缩口位置顶面紧密固定有信号采集盒，所述收集板左右两侧为安装连接区，每侧安装连接区上设有若干安装固定孔，用以所述收集板刚性固定在待测器件上，所述信号采集盒包括顺次连接的磁敏传感器、处理器和信号发送模块，还包括为所述信号采集盒供电的电源模块。

另一方面，所述应力实时监测系统，包括一个或多个所述磁记忆信号收集装置，还包括与各个磁记忆信号收集装置网路连接的集中器、与所述集中器网络连接的后台分析装置。

本发明的有益效果是：本发明利用聚磁原理，同时利用待测器件的应力集中线两侧的自发磁化场的法向分量磁化方向相反的特征，在容易产生应力集中线的区域，架设一个特殊磁通道，即所述磁记忆信号收集装置，通过安装固定孔将收集板左右两侧刚性固定在待测器件上，使得收集板和待测器件同步运动以及同比例的受力，通过设计收集板的外形，使得收集板能够收集和放大大范围内的微弱自发漏磁场信号，即磁记忆信号，把集中之后的磁记忆信号传递给 采集盒，这样采集盒可以获得稳定和准确的磁记忆信号，然后生成对应大小的应力信号发送至后台，实现了待测器件疲劳以及应力信息的实时监测。

附图说明

图1是本发明实施例提供的磁记忆信号收集装置的立体图；

图2是本发明实施例提供的收集板的俯视图；

图3是信号采集盒的原理图；

图4是应力实时监测系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的磁记忆信号收集装置的立体结构，图2示出了其中收集板的结构，图3示出了其中信号采集盒的原理。为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

结合图1-3所示，本实施例提供的磁记忆信号收集装置包括左右轴对称分布的收集板1，所述收集板采用软磁材料制成，且在对称轴位置急剧缩口，缩口位置顶面紧密固定有信号采集盒2，所述收集板左右两侧为安装连接区3，每侧安装连接区3上设有若干安装固定孔4，用以所述收集板刚性固定在待测器件上，所述信号采集盒2包括顺次连接的磁敏传感器21、处理器22和信号发送模块23，还包括为所述信号采集盒供电的电源模块24。

本装置在使用前需要固定在待测器件上，收集板左右两侧的安装连接区上设有多个安装固定孔，比如三个或者更多，通过配套使用抱箍，可以将收集板刚性固定到待测器件上。在中间对称轴缩口位置，紧密固定一个信号采集盒， 信号采集盒里面主要包括一个磁敏传感器21、处理器22和信号发送模块23。收集板1将待测器件在一定范围内自发漏磁场，即磁记忆信号，进行收集和放大，汇聚到中间缩口位置，磁敏传感器21可以感知磁记忆信号，实时读取或者间歇读取磁记忆信号，输出相应大小的电压或者电流数据，然后经过处理器22进行数据处理后得到应力信号，通过信号发送模块23发送出去。所述信号发送模块23可以采用有线或者无线模块，为避免连线的工作量，优选采用无线传输的方式，比如所述信号发送模块采用蓝牙模块、wifi模块或者2g、3g、4g模块等等。另外，信号采集盒2具有防潮、防湿效果，里面还安装有电源模块24。这里电源模块也可以选用干电池或者太阳能电池及外围电路。在监测大型钢构应力的时候，可以设置非常大的占空比，以延长电池寿命。

本实施例在安装收集板时，需要使得收集板中间的缩口部分位于待测器件容易产生应力的集中线区域，缩口部分形成一个特殊磁通道，缩口部分位于信号采集盒的正下方，这样使得信号采集盒内的磁敏传感器可以更准确、更稳定地采集磁记忆信号，保证信号数据的准确性和稳定性。本实施例装置利用了聚磁原理，同时利用待测器件的应力集中线两侧的自发磁化场的法向分量磁化方向相反的特征，在容易产生应力集中线的区域，固定本装置。

由于本实施例需要将收集板左右两端刚性固定在待测器件上，使得收集板和待测器件同步运动以及同比例受力，因此在待测器件变形之前，收集板本身就可以作为待测器件由于金属疲劳而产生应力的记录器。另外，由于收集板本身采用软磁材料制成，本身能够产生反映应力和疲劳的磁信号，因此将收集板刚性固定到待测器件上，收集板与待测材料同步运动，也同比例受力，因此即使待测器件本身不是非磁性金属材料，也可以通过本装置采集到待测器件的应力信号，扩大了磁记忆监测的使用范围。

总之，本实施例通过合理设计收集板外形结构，在收集板中间部分急剧缩口，收集板左右部分可以收集磁记忆信号并向中间汇聚，磁敏传感器位于特殊磁通道的预制应力集中位置，实现了对待测器件表面较大范围内的微弱的磁记 忆信号进行收集和放大，可以获得稳定和准确的应力信号数据，实现了磁记忆信号的放大和实时监测。同时利用收集板本身的铁磁性能，记录和监测非铁磁待测器件本身的疲劳以及应力信息。另外，在疲劳损伤为主的失效模式的情况下，待测器件本身在突然失效前，并没有明显的形变，目前技术检测无效，但是应用本发明技术方案，可以监测到在变形之前的疲劳损伤带来的应力。

本发明中，收集板的形状决定了磁记忆信号的收集和放大效果。图1作为一种具体实例，收集板两侧向中间对称轴位置优选均匀缩口，缩口线为直线，当然也可以圆滑缩口，缩口线为弧线等。所述缩口位置上下均为缺口结构，且所述缺口结构的张开角度不大于130°，若大于130°，收集板中间缩口较为缓慢，不利于磁记忆信号的收集，甚至无法收集。所述缩口的宽度不大于15mm，若缩口宽度较宽，磁记忆信号汇聚较散，也不利于磁敏传感器采集信号。所述安装连接区的宽度不大于20mm，所述收集板从左侧到右侧总长度不小于150mm，所述收集板厚度为3-7mm。

对于不同的监测对象，其尺寸不同。

一种具体尺寸实例为：

收集板左右总长度：192毫米；

收集板缺口结构的张开角度：121.28度；

收集板中间缩口宽度：10毫米；

收集板两端的安装连接区宽度：16毫米；

收集板厚度：5毫米；

安装固定孔：直径6毫米；

收集板材料：工业纯铁。

另一种具体尺寸实例为：

收集板左右总长度：176毫米；

收集板缺口结构的张开角度：110.2度；

收集板中间缩口宽度：10毫米；

收集板两端的安装连接区宽度：13毫米；

收集板厚度：4毫米；

安装固定孔：直径4毫米；

收集板材料：工业纯铁。

另一方面，本实施例还提供了一种应力实时监测系统，如图4所示，所述系统包括一个或多个如上述磁记忆信号收集装置401，还包括与各个磁记忆信号收集装置网路连接的集中器402、与所述集中器402网络连接的后台分析装置403。作为一种实例，这里磁记忆信号收集装置与集中器之间可以用蓝牙模块进行通信，集中器到后台分析装置之间可以采用gprs、3g或者4g移动网络通信，也可以用有线互联网方案，根据实际需求组网即可。其中所述磁记忆信号收集装置安装固定在待测器件上，可以实时地，或者间歇地读取其自发漏磁场，多个信号采集盒中的磁敏传感器采集信号后，经过处理器处理，最后通过信号发送模块向集中器发送应力信号，经集中器汇总后，发往后台分析装置。后台分析装置根据实时获取到的待测器件的应力数据，判断待测器件的状态，当应力数据超过阈值时向现场或者管理管理人员发送告警信息，实现了应力在线实时监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。