[发明专利]一种实时高精度ACFM裂纹状态监测系统

说明书

技术领域

本发明属于交流电磁场监测技术领域，尤其涉及一种实时高精度ACFM裂纹状态监测系统。

背景技术

在生产和使用钢铁材料时常会产生腐蚀、裂纹等内外表面缺陷，多次发生因机械裂纹等缺陷导致飞机坠毁、管道破裂和锅炉爆炸等重大事故。在海洋石油工程领域，海洋平台和海底管道等设备长期在恶劣的海洋环境中服役，较易出现腐蚀、疲劳、断裂等结构失效。目前电磁无损检测技术在这类钢铁基础设施结构上的应用解决了相当一大部分因缺陷而结构失效的问题，譬如：交流电磁场检测(ACFM)技术。然而，单靠人工周期性检测结构，不但受结构工作环境的限制，而且并不能充分使用结构的工作寿命，甚至可能出现检测不完全，从而人为判断失误的问题，使得检测效率及其可靠性偏低，不能满足现代大型工业时代的要求。

ACFM结构裂纹的状态监测及诊断技术，综合计算机技术，通过安装在移动设备上或直接安装在被检结构上的传感器，即时获取各类传感器采集的信号,例如位移、磁场信号等，可对结构进行连续的监测，其特点是能监测并反演裂纹的成形，并实时监视其扩展状况，提前评估结构安全，实现自动诊断并实时预警，可靠高效地检修或替换受损结构，避免因腐蚀、疲劳、断裂等结构失效造成的重大灾难，保障钢材基础设施的结构安全，构建结构安全在线监测系统。

ACFM结构裂纹状态监测分析技术包含异常检测信号的发现和检查、裂纹类型和部位的诊断、裂纹形态的分析与发展趋势；并同时包含检测技术、信号处理与识别技术、以太网或串口通讯技术、预测技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时高精度ACFM裂纹状态监测系统，旨在解决目前单靠人工周期性交流电磁场检测钢材结构，不但受结构工作环境的限制，而且不能充分使用结构的工作寿命，甚至可能出现检测不完全，从而人为判断失误的问题，使得检测效率及其可靠性偏低，不能满足现代大型工业时代的要求。

本发明的技术内容为：一种实时高精度ACFM裂纹状态监测系统，该ACFM裂纹状态监测系统包括：

用于在待监测钢结构表面感应出匀速旋转、均强电磁场的旋转磁场信号激励源；

用于控制监测探头运动及其监测方式，实现自动化监测钢结构表面的ACFM监测移动平台；

用于驱动ACFM监测移动平台的平台驱动电源模块；

用于获取监测探头的实时位移信号，并对所获取的位移信号进行输出的位移传感器；

用于在待监测钢结构表面进行扫描和固定监测，获取待监测结构的表面缺陷引起的旋转磁场畸变信号，并对所获取的旋转磁场畸变信号进行输出的监测探头；

与所述监测探头相连接，用于接收所述监测探头输出的旋转磁场畸变信号，对旋转磁场畸变信号进行放大及滤波预处理，并对预处理后的旋转磁场畸变信号进行输出的信号调理模块；

与所述信号调理模块相连接，用于接收所述信号调理模块预处理后的旋转磁场畸变信号，对处理后的旋转磁场畸变信号进行互相关矢量运算，并对操作后所得的旋转磁场畸变信号幅度与对应的相位模拟量进行输出的锁相放大模块；

与所述位移传感器、锁相放大模块相连接，用于接收所述位移传感器输出的位移信号、所述锁相放大模块输出的旋转磁场畸变信号，对这些信号进行数模转换、采集、存储，用于接收监测机构控制模块输出信号，并将该信号传递给电机驱动装置的PLC下位机；

与所述PLC下位机相连接，用于接收所述PLC下位机输出的旋转磁场畸变及位移信号，对旋转磁场畸变及位移数字信号进行采集，并根据监测机构控制模块给PLC下位机指令的系统控制子系统；

与所述系统控制子系统相连接，用于接收所述系统控制子系统采集的旋转磁场畸变及位移数字信号，对旋转磁场畸变及位移数字信号进行处理，并对待监测结构表面的裂纹状态进行实时监督、智能分析、识别及缺陷预警的缺陷智能识别子系统。

所述旋转磁场信号激励源采用两组相互垂直的第一激励线圈及第二激励线圈绕制在正交的双U型磁芯上方，通过信号发生器、功率放大电路、移相电路分别给第一激励线圈及第二激励线圈通入幅值、频率相同，相位相差90度的正弦交流信号；所述平台驱动电源模块包括，S-250-24开关电源、用于接收PLC下位机传递的监测机构控制模块输出信号的电机驱动装置、经过电机启动装置、电流短路熔断保护装置和将电流、转速信号输出给监测移动平台的第一驱动电机和第二驱动电机。