[发明专利]基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法及监测系统有效
| 申请号： | 202110035180.7 | 申请日： | 2021-01-12 |
| 公开（公告）号： | CN112881512B | 公开（公告）日： | 2022-11-15 |
| 发明（设计）人： | 江胜华;孙伟贺;王浩;王廉强 | 申请（专利权）人： | 西南大学 |
| 主分类号： | G01N27/83 | 分类号： | G01N27/83;G01N27/85 |
| 代理公司： | 重庆鼎慧峰合知识产权代理事务所(普通合伙) 50236 | 代理人： | 朱浩 |
| 地址： | 400700*** | 国省代码： | 重庆;50 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 基于 磁场 斜拉桥 拉索断丝 监测 方法 系统 | ||
1.一种基于磁场的斜拉桥拉索断丝监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
从拉索的首端沿着拉索长度方向连续采集拉索上多个采样点的磁感应强度数据；
其中，初始状态未断丝时，在采样点Yi，断丝测量探头中的三轴磁场传感器采集的x、y和z轴方向的磁感应强度分别为Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)；实测值Bx1(Yi)、By1(Yi)和Bz1(Yi)对应的理论值为：
Bx1(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+nBx侧面(Yi)+BEx1(Yi)
By1(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+nBy侧面(Yi)+BEy1(Yi)
Bz1(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+nBz侧面(Yi)+BEz1(Yi)
式中n为一条拉索中所有钢丝的总根数，Bx左端(Yi)、By左端(Yi)、Bz左端(Yi)分别为钢丝左端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx右端(Yi)、By右端(Yi)、Bz右端(Yi)分别为钢丝右端面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx侧面(Yi)、By侧面(Yi)、Bz侧面(Yi)分别为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度；BEx1(Yi)、BEy1(Yi)、BEz1(Yi)分别为在采样点Yi处x轴、y轴和z轴方向的地磁场的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得；
当一条拉索中断裂的钢丝为m根时，在采样点Yi处断丝测量探头采集的x轴、y轴和z轴方向的磁感应强度分别为Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)；实测值Bx2(Yi)、By2(Yi)和Bz2(Yi)对应的理论值为：
Bx2(Yi)＝nBx左端(Yi)+nBx右端(Yi)+(n-m)Bx侧面(Yi)+mBx断面1(Yi)+mBx断面2(Yi)+mBx断侧面1(Yi)+mBx断侧面2(Yi)+BEx2(Yi)
By2(Yi)＝nBy左端(Yi)+nBy右端(Yi)+(n-m)By侧面(Yi)+mBy断面1(Yi)+mBy断面2(Yi)+mBy断侧面1(Yi)+mBy断侧面2(Yi)+BEy2(Yi)
Bz2(Yi)＝nBz左端(Yi)+nBz右端(Yi)+(n-m)Bz侧面(Yi)+mBz断面1(Yi)+mBz断面2(Yi)+mBz断侧面1(Yi)+mBz断侧面2(Yi)+BEz2(Yi)
式中Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)、By断面1(Yi)+By断面2(Yi)、Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，Bx断侧面1(Yi)+Bx断侧面2(Yi)、By断侧面1(Yi)+By断侧面2(Yi)、Bz断侧面1(Yi)+Bz断侧面2(Yi)分别为一根钢丝断裂后形成的两个圆柱形侧面在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度；BEx2(Yi)、BEy2(Yi)、BEz2(Yi)为断丝后地磁场在采样点Yi处x、y和z轴方向的磁感应强度，通过在距离斜拉桥1000米的空旷地区测得，n为一条拉索中所有钢丝的总根数；
拉索断丝前后拉索的磁感应强度变化值ΔBx(Yi)、ΔBy(Yi)和ΔBz(Yi)对应的理论值分别为：
ΔBx(Yi)≈m[Bx断面1(Yi)+Bx断面2(Yi)]+BEx2(Yi)-BEx1(Yi)
ΔBy(Yi)≈m[By断面1(Yi)+By断面2(Yi)]+BEy2(Yi)-BEy1(Yi)
ΔBz(Yi)≈m[Bz断面1(Yi)+Bz断面2(Yi)]+BEz2(Yi)-BEz1(Yi)
拉索未断丝前，采样点的磁场梯度Bxy1(Yi)、Byy1(Yi)及Bzy1(Yi)对应的理论值分别为：
Bxy1(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+nBxy侧面(Yi)+BExy(Yi)
Byy1(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+nByy侧面(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy1(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+nBzy侧面(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy左端(Yi)、Byy左端(Yi)、Bzy左端(Yi)为钢丝左端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy右端(Yi)、Byy右端(Yi)、Bzy右端(Yi)为钢丝右端面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，Bxy侧面(Yi)、Byy侧面(Yi)、Bzy侧面(Yi)为钢丝圆柱形侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，BExy(Yi)、BEyy(Yi)、BEzy(Yi)为地磁场在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，n为一条拉索中所有钢丝的总根数；
拉索断丝后，磁场梯度Bxy2(Yi)、Byy2(Yi)及Bzy2(Yi)对应的理论值分别为：
Bxy2(Yi)＝nBxy左端(Yi)+nBxy右端(Yi)+(n-m)Bxy侧面(Yi)+mBxy断面1(Yi)+mBxy断面2(Yi)+mBxy断侧面1(Yi)+mBxy断侧面2(Yi)+BExy(Yi)
Byy2(Yi)＝nByy左端(Yi)+nByy右端(Yi)+(n-m)Byy侧面(Yi)+mByy断面1(Yi)+mByy断面2(Yi)+mByy断侧面1(Yi)+mByy断侧面2(Yi)+BEyy(Yi)
Bzy2(Yi)＝nBzy左端(Yi)+nBzy右端(Yi)+(n-m)Bzy侧面(Yi)+mBzy断面1(Yi)+mBzy断面2(Yi)+mBzy断侧面1(Yi)+mBzy断侧面2(Yi)+BEzy(Yi)
式中Bxy断面1(Yi)+Bxy断面2(Yi)、Byy断面1(Yi)+Byy断面2(Yi)、Bzy断面1(Yi)+Bzy断面2(Yi)为一根钢丝断裂后产生的两个断面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿y轴方向的磁场梯度，Bxy断侧面1(Yi)+B断x侧y面2(Yi)、Byy断侧面1(Yi)+Byy断侧面2(Yi)、Bzy断侧面1(Yi)+Bzy断侧面2(Yi)为一根钢丝断裂后形成的两个侧面在采样点Yi处在x、y和z轴方向的磁感应强度沿着y轴方向的磁场梯度，地磁场的磁场梯度约为2×10-5nT/mm，远小于斜拉桥拉索本身的磁场梯度，断丝前后将地磁场的磁场梯度均忽略不计，n为一条拉索中所有钢丝的总根数，m为断裂的钢丝的根数；
根据断丝前后采集的磁场梯度，通过下式得到断丝前后的磁场梯度变化量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)
通过采集的磁感应强度数据确定因拉索断丝生成的钢丝断面引起的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量；通过所述磁感应强度变化量或所述磁场梯度变化量，结合理论模型中断裂处二个断面及二个侧面导致的磁感应强度变化量或磁场梯度变化量，确定断丝位置；
通过断丝位置进一步计算断丝数量。
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