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原文传递斜拉桥钢索检测装置及方法

专利名称：	斜拉桥钢索检测装置及方法
摘要：	斜拉桥钢索检测装置及方法，包括自上而下依次设置的升降驱动系统、磁化系统和漏磁检测系统；升降驱动装置包括圆周阵列布置的偶数个无人机，磁化系统包括呈圆周阵列布置的若干个永磁励磁装置；漏磁检测系统包括若干个霍尔传感器组件，上下对应的第一伸缩杆件和第二伸缩杆件之间通过第一竖向连接杆连接、上下对应的第二伸缩杆件和第三伸缩杆件之间通过第二竖向连接杆连接。本发明原理科学，设计合理，结合现代化的无人机作为升降动力，并将无人机采用周向分布的布置方式，利用视觉检测与漏磁检测方法相结合的方法，解决斜拉桥钢索内、外缺陷检测的问题，自动化程度高，检测准确多高，并具有良好的安全可靠性。
专利类型：	发明专利
申请人：	河南工业大学
发明人：	赵志科
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T19:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN202010059916.X
公开号：	CN111122695A
代理机构：	郑州豫开专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	朱俊峰
分类号：	G01N27/83;G01N21/88;G;G01;G01N;G01N27;G01N21;G01N27/83;G01N21/88
申请人地址：	450001 河南省郑州市高新区莲花街100号
主权项：	1.斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：包括自上而下依次设置的升降驱动系统、磁化系统和漏磁检测系统；升降驱动装置包括圆周阵列布置的偶数个无人机，相邻两个无人机均通过第一伸缩杆件连接；磁化系统包括呈圆周阵列布置的若干个永磁励磁装置，相邻两个永磁励磁装置均通过第二伸缩杆件连接；漏磁检测系统包括若干个霍尔传感器组件，相邻两个霍尔传感器组件均通过第三伸缩杆件连接，无人机、永磁励磁装置和霍尔传感器组件数量相等且上下一一对应布置，上下对应的第一伸缩杆件和第二伸缩杆件之间通过第一竖向连接杆连接、上下对应的第二伸缩杆件和第三伸缩杆件之间通过第二竖向连接杆连接。 2.根据权利要求1所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：每个无人机均包括盒座，每个盒座内均设置有电源和控制器,所有电源通过穿过第一伸缩杆件的导线实现电源串联，控制器中一个是主控制器,其余的为从控制器，盒座上设有支撑杆，支撑杆上端通过第一角度调节电机连接有调节杆，调节杆上端通过第二角度调节电机连接有安装座，安装座上设有桨叶驱动电机，桨叶驱动电机的主轴上端安装有螺旋桨叶，第二角度调节电机的主轴平行于所有无人机所在的圆形的径向方向，第一角度调节电机的主轴与第二角度调节电机的主轴垂直；盒座内底部设有第一防电磁干扰保护层。 3.根据权利要求2所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：关于所有无人机所在的圆中心对称的两个盒座上分别设有第一激光发射传感器和第一激光接收传感器，第一激光发射传感器和第一激光接收传感器关于所有无人机所在的圆的中心对称布置。 4.根据权利要求4所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：每个盒座的内侧下部均连接有一个小型CCD摄像头，每个小型CCD摄像头的拍摄方向均朝向所有无人机所在的圆的圆心。 5.根据权利要求4所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：第一伸缩杆件、第二伸缩杆件和第三伸缩杆件的结构相同；第一伸缩杆件、第二伸缩杆件和第三伸缩杆件均包括第一直杆、第二直杆和弯管，第一直杆的一端固定连接在一个盒座的侧部，第二直杆的一端固定连接在相邻一个盒座的侧部，第一直杆的另一端伸入到弯管的一端内部，第二直杆的另一端伸入到弯管的另一端内部，弯管的两端均螺纹连接有至少一个顶丝，弯管一端的顶丝内端与第一直杆压接，弯管另一端的顶丝内端与第二直杆压接。 6.根据权利要求5所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：每个永磁励磁装置的外侧均设有第一安装盖，永磁励磁装置的磁化强度可根据钢索外围直径，进行人工装填不同磁化强度的永磁铁；第一竖向连接杆外部设有停飞握杆。 7.根据权利要求6所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：每个霍尔传感器组件顶部均设有第二防电磁干扰保护层，每个霍尔传感器组件包括外壳和若干个霍尔传感器，外壳的内侧面为弧形面结构，霍尔传感器沿外壳的弧形面结构均匀间隔布置，弧形面结构上设置的霍尔传感器要水平方向设置有三排，三排霍尔传感器自上而下依次分布沿轴向分布、周向分布和径向分布，获取钢丝绳表面三个维度的漏磁信号，避免漏检；关于所有个霍尔传感器组件所在的圆中心对称的两个霍尔传感器组件上分别设有第二激光发射传感器和第二激光接收传感器，第二激光发射传感器和第二激光接收传感器关于所有霍尔传感器组件所在的圆的中心对称布置。 8.根据权利要求7所述的斜拉桥钢索检测装置，其特征在于：每个霍尔传感器组件的外壳底部设置有下超声波传感器，盒座顶部设有上超声波传感器。 9.根据权利要求8所述的斜拉桥钢索检测装置的检测方法，其特征在于：包括以下步骤，（1）测量待检测钢索的直径、倾斜角度、光照可见度，并将其输入到检测装置中，检测装置通过极限学习机训练模型获得装置的搭建参数，包括竖向连接杆的长度、最佳中心圆直径；（2）拧松上下对应的顶丝，在弯管内抽出第一直杆，将升降驱动系统、磁化系统和漏磁检测系统套到钢索的外部，然后在弯管内插入第一直杆，拧紧顶丝；（3）先将检测装置的中心线基本与钢索的中心线保持一致，启动无人机，当第一激光接收传感器未能接收到第一激光发射传感器发出的激光信号，第二激光接收传感器未能接收到第二激光发射传感器发出的激光信号，代表检测装置的中心线为钢索的中心线重合，检测装置执行飞行检测任务；当第一激光接收传感器接收到第一激光发射传感器发出的激光信号和/或第二激光接收传感器接收到第二激光发射传感器发出的激光信号，代表检测装置的中心线与钢索的中心线偏离，检测装置在原位置调整飞行状态，即通过第一角度调节电机和/或第二角度调节电机来调整螺旋桨叶的回转中心线倾角，直到第一激光接收传感器和第二激光接收传感器接均不能检测到激光信号后才能执行继续飞行检测任务；（4）然后再通过遥控器启动永磁励磁装置和霍尔传感器组件，桨叶驱动电机驱动螺旋桨叶旋转，螺旋桨叶高速旋转带动检测装置沿钢索长度方向向上行进，小型CCD摄像头实现对钢索外围完整性进行检测，小型CCD摄像头采集钢索表面保护壳是否完整，多组小型CCD摄像头可以避免太阳光对采集的图像信号的干扰，采集到的圆周图像信息经远程图像传输后再进行最佳拼接组合，最后获取钢索圆周的图像信息，实现对钢索圆周的全面检测；检装置在飞行检测过程中通过中心对称设置的第一激光发射传感器和第一激光接收传感器以及第二激光发射传感器和第二激光接收传感器在钢索的阻挡下的信号确保实现沿钢索中心线向上移动的准确控制；（5）永磁励磁装置产生的磁场对钢索进行磁化；（6）霍尔传感器组件对磁化后的钢索进行漏磁检测；（7）在检测装置上升到最顶端时，上超声波传感器探测到距离钢索上端障碍物小于0.3米时，无人机进入原地稳定飞行状态，停止检测，关闭霍尔传感器组件的电源；遥控器发出返回指令时，检测装置开始向下飞行按原路径返回；（8）检测装置下落到最低端时，下超声波传感器探测到距离底部障碍物小于1米时，进入原地稳定飞行状态，操作者手握停飞握杆，操作遥控器关闭无人机的电源，完成对一根钢索的检测。 10.根据权利要求9所述的斜拉桥钢索检测装置的检测方法，其特征在于：步骤（4）中漏磁检测的具体过程为：如果钢索出现缺陷，被磁化后的钢索就会在周围空气中产生漏磁场，根据霍尔效应，利用霍尔传感器就可以获取这些漏磁场，霍尔传感器就会感应出电流，经过高精度磁阻转换后变成电压信号；钢索无缺陷时，获取的电压信号为一套近似为直线的电压基线；若钢索存在缺陷时，获取的电压信号在出现缺陷的位置，会发生电压较大波动，形成凸起的波峰；检测装置只要检测到凸起波峰的电压信号，就可以确定钢索此处的钢丝发生了缺陷或损伤；由于凸起的波峰与缺陷近似大小成比例，当凸起波峰大于设定值时，发出更换钢索的提示记录信息；波峰出现的位置对应钢索出现缺陷的位置，利用无人机载气压传感器对飞行前后大气压进行求差获取飞行高度，将飞行倾角输入，利用直角三角形定理，就可获得钢索出现缺陷位置。
所属类别：	发明专利