基于大功率直流电磁效应的PCCP断丝检测装置及检测方法与流程

基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置及检测方法
技术领域
1.本发明属于预应力钢筒混凝土管检测领域，具体涉及一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置及检测方法。


背景技术：

2.预应力钢筒混凝土管(pccp)是一种高性能复合型管材，pccp由于其性能优良，在国内外被广泛应用。自20世纪80年代末引入我国后，不仅广泛应用于农业和城市输水、跨流域引水等大型输水工程，而且在大型核电厂和火电厂的循环水工程、大型压力排水排污工程中得到普及，成为国家重点推广项目，是长距离、大口径、带压水利工程的首选管材，在国内已形成了一套包含：设计、制造、运输、施工、以及监理在内的较为完善的产业链。
3.环向缠绕的预应力钢丝的目的是保持混凝土压实，随着时间的推移，钢丝可能会被腐蚀并最终导致断裂，当发生这种情况时，所在部位管道强度下降。腐蚀进一步发展，同一部位出现更多断丝，管道强度显著降低，导致其包含的加压液体泄露，带来突发性和灾难性的爆管事故。爆管发生后，并不仅仅限于供水中断，还会引起交通中断、环境卫生、财产损失等问题。
4.目前，国内pccp常规监测包括：流量、位移、内外水压力、管顶覆土压力及管道电腐蚀等，对pccp结构本身的安全缺少监测手段，安全监测严重落后于工程建设。
5.目前，国外主要采用远场涡流/变压器耦合(rfec/tc)技术进行断丝的检测，但检测器与激发器需要间隔2～3倍管径的距离，造成管端无法检测；国内主要采用基于正交电磁感应原理的检测技术进行断丝检测，但存在管端信号畸变以及检测信号受pccp管特殊结构(内层存在一层1.5mm厚的薄钢筒)影响，极其微弱，造成检测精度不高的技术缺陷。
6.所以，如何提供一种简单、易操作的pccp管的安全检测装置及检测技术，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.有鉴于此，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置及其检测方法，包括如下内容：
8.一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置，包括设置在待测管道两端的不极化电极，设置于所述待测管道中心线的传感器，所述不极化电极采用大功率直流发电装置供电。
9.具体的，本装置还包括磁场观测采集装置30，所述磁场观测采集装置30包括行走平台，所述行走平台的上方自下而上依次安装有支柱组件、可伸缩条件杆，以及所述传感器和激光测距仪；
10.所述行走平台的上方还设有数据存储、分析预处理单元。
11.具体的，所述大功率直流发电装置的供电电流10a-50a可调；
12.所述传感器为三分量高精度磁传感器；
13.所述支柱组件上下可调高度。
14.一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测方法，包括如下步骤：
15.s1：检测准备
16.排出待测管道内的积水
17.s2：建立稳定直流电场
18.将不极化电极布置于待测pccp管道的两端，采用大功率直流发电装置进行供电，供电电流10～50a，在待测pccp管道内部建立稳定磁场；
19.s2：数据采集及预处理
20.s2-1：采集准备，通过激光测距仪计算待测pccp管道中轴线空间位置，将三分量高精度磁传感器放置到中心线位置；
21.s2-2：高频率采样，获得三分量磁场强度值，保存在数据存储单元中；
22.s2-3:数据预处理
23.数据处理单元调取数据存储单元中的数据进行均值滤波处理，具体为均值滤波处理每1s进行一次，获得高精度三分量磁场强度数据；
24.s3:数据分析
25.s3-1：令观测获得的所述高精度三分量数据为向量(x1，y1，z1)，管道轴向方向为向量(x1，0，0)，，利用下述公式获得夹角数据；
[0026][0027]
其中，x1为管道轴向方向，θ为观测磁场方向与管道轴向方向夹角；
[0028]
s3-2：对s3-1获得的夹角数据进行分析，当夹角大于
±
0.1
°
时，判定为存在断丝，并对断丝的位置沿管道的轴向位置进行标定。
[0029]
进一步的，所述步骤s2-2中高频数据采用1000hz采集。
[0030]
进一步的，所述步骤s2-3中所述的均值滤波处理的获得高精度三分量磁场强度数据计算步骤包括：
[0031]
s2-3.1将采集到的1000个三分量(x，y，z)数据进行正序排列；
[0032]
s2-3.2对第300～700个数值进行求平均计算，获得高精度三分量磁场强度数据。
[0033]
本发明提供的基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置及检测方法，对我国pccp管安全运行提供了一种可靠的检测技术，通过在管道内部进行无损检测，针对性的对预应力钢丝的断丝情况进行排查，对运行中的pccp管的健康状况进行评估，具有重要的社会及经济效益，有益效果总结如下：
[0034]
1、采用大功率直流电作为激励场源，大大增强了信号采集的信噪比。
[0035]
2、不极化电极中的电极采用铜质网状电极，增大了与饱和硫酸铜溶液的接触面积，提高了不极化电极的稳定性。
[0036]
3、本发明磁场观测装置可以自适应的调整三分量高精度磁传感器的空间位置，进而获得高质量的磁场观测数据；
[0037]
4、通过三分量高精度磁传感器获得的磁场观测数据，经分析获得pccp内部磁场的方向参数来识别是否存在断丝，检测不受断丝数量及薄钢筒的影响，检测精度较高。
附图说明
[0038]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]
图1为检测装置检测状态示意图
[0040]
图2为磁场采集装置结构示意
[0041]
图3为预应力混凝土管的管内存在断丝时磁场特征示意图
[0042]
图4为根据夹角位置判定断丝位置的数据分析图；
[0043]
图中：10、待测管道 11、预应力钢丝 12、磁场方向 20、不极化电极21、大功率直流发电装置 30、磁场观测采集装置 31、行走平台 32、支柱组件 33、可伸缩条件杆 34、传感器 35、激光测距仪 36、数据存储、分析预处理单元 37、推车把手 38、拉环。
具体实施方式
[0044]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0045]
参照图1和图2所示，本发明方案请求保护一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测装置，包括设置在待测管道10两端的不极化电极20，设置于所述待测管道10中心线的传感器34，所述不极化电极20采用大功率直流发电装置21供电。
[0046]
薄钢筒作为pccp管不可缺少的一个组成部分，在磁场作用下会产生微弱的环向电流，进而产生磁场。但是，在本装置工作时，不极化电极20通过大功率直流发电装置21供电，由于供电电流方向与环向电流垂直，且供电电流幅值远大于环向电流，因此综合作用下，薄钢筒产生的磁场可以忽略不计，大大提高了断丝检测精度，此时位于pccp内部磁场为均匀磁场，磁场强度b＝μ0ni，n为单位长度线圈匝数，μ0＝4π
×
10-7
n/a2。
[0047]
如附图1所示，磁场方向箭头所示，此时，磁场观测采集装置30沿磁场方向移动，传感器34检测到待测管道10内磁场的分布，并将其传送给控制系统(未完全图示)中的数据存储、分析预处理单元36中，进一步处理。
[0048]
具体的，本装置还包括磁场观测采集装置30，所述磁场观测采集装置30包括行走平台31，所述行走平台31的上方自下而上依次安装有支柱组件32、可伸缩条件杆33，以及所述传感器34和激光测距仪35；所述行走平台31的上方设有数据存储、分析预处理单元36。
[0049]
所述行走平台31在所述待测管道10内的移动方式可以为电动或者机械式，为了降低电磁干扰，优选机械式，可以采用如附图2所示的安装推车把手37或者安装拉环38，利用外部电力装置匀速拉动行走模式。
[0050]
具体的，所述大功率直流发电装置21的供电电流10a-50a可调；所述传感器34为三分量高精度磁传感器；所述支柱组件32上下可调高度。
[0051]
一种基于大功率直流电磁效应的pccp断丝检测方法，包括如下步骤：
[0052]
s1：检测准备
[0053]
排出待测管道内的积水
[0054]
s2：建立稳定直流电场
[0055]
将不极化电极布置于待测pccp管道的两端，采用大功率直流发电装置进行供电，供电电流10～50a，在待测pccp管道内部建立稳定磁场；
[0056]
s3：数据采集及预处理
[0057]
s3-1：采集准备，通过激光测距仪计算待测pccp管道中轴线空间位置，将三分量高精度磁传感器放置到中心线位置；
[0058]
s3-2：高频率采样，获得三分量磁场强度值，保存在数据存储单元中；
[0059]
s3-3:数据预处理
[0060]
数据处理单元调取数据存储单元中的数据进行均值滤波处理，具体为均值滤波处理每1s进行一次，获得高精度三分量磁场强度数据；
[0061]
s4:数据分析
[0062]
s4-1：令观测获得的所述高精度三分量数据为向量，管道轴向方向为向量，利用下述公式获得夹角数据；
[0063][0064]
其中，为管道轴向方向，为观测磁场方向与管道轴向方向夹角；
[0065]
s4-2：对s4-1获得的夹角数据进行分析，当夹角大于0.1
°
时(图4)，判定为存在断丝，并对断丝的位置沿管道的轴向位置进行标定。
[0066]
具体的，所述步骤s3-2中高频数据采用1000hz采集。
[0067]
具体的，所述步骤s3-3中所述的均值滤波处理的获得高精度三分量磁场强度数据计算步骤包括：
[0068]
s3-3.1将采集到的1000个三分量(x，y，z)数据进行正序排列；
[0069]
s3-3.2对第300～700个数值进行求平均计算，获得高精度三分量磁场强度数据。
[0070]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。