[发明专利]基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统及方法

权利要求书

1.基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统，其特征在于，包括漏磁采集装置、信号转发装置和后处理装置；

所述漏磁采集装置用于安装在选定的桥梁钢筋的应力监测位置处，用以采集所述桥梁钢筋的应力监测位置处在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度信号；

所述信号转发装置用于将采集的磁感应强度信号传输至后处理装置；

所述后处理装置预先设置记录有桥梁钢筋在应力σ状态下产生自发漏磁的磁感应强度B(σ)与桥梁钢筋在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅ΔB之间的对应关系，用于根据采集的磁感应强度信号计算出桥梁钢筋在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅，进而根据桥梁钢筋在不同时刻的外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅的变化情况，依据所述对应关系来判断桥梁钢筋的应力状态。

2.根据权利要求1所述基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统，其特征在于，所述漏磁采集装置包括磁力计阵列和串口服务器；

所述磁力计阵列用于安装在选定的桥梁钢筋的应力监测位置处，用于采集桥梁钢筋的应力监测位置处在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度；

所述串口服务器的串口采集端与磁力计阵列的信号输出端进行电信号连接，用于获取磁力计阵列采集的桥梁钢筋的应力监测位置处在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度，并转换为数字信号的磁感应强度信号，进行对外输出。

3.根据权利要求1所述基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统，其特征在于，所述信号转发装置包括无线发射端、信号中转站和无线接收端；

所述无线发射端的数字信号输入端与漏磁采集装置的磁感应强度信号输出端进行电信号连接，用于将磁感应强度信号转换为磁感应强度无线信号，进行对外无线发送；

所述信号中转站分别与无线发射端和无线接收端之间通过无线通信网络进行无线通信连接，用于进行磁感应强度无线信号的无线转发；

所述无线接收端用于通过信号中转站接收来自无线发射端的磁感应强度无线信号，并将其转换恢复为采集的数字信号的磁感应强度信号，传输至后处理装置。

4.根据权利要求1所述基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统，其特征在于，所述后处理装置包括PC端处理器和图像接收端；

所述PC端处理器预先设置记录有桥梁钢筋应力σ与桥梁钢筋在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅ΔB之间的对应关系，用于根据采集的磁感应强度信号计算出桥梁钢筋在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅，进而根据桥梁钢筋在不同时刻的外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅的变化情况，依据所述对应关系来判断桥梁钢筋的应力状态，并处理生成采集的磁感应强度信号和相应磁感应强度振幅的图像信号，发送至图像接收端，且在判定桥梁钢筋的应力增长存在超限风险时，进行桥梁钢筋应力超限风险预警；

所述图像接收端用于对PC端处理器发送的磁感应强度信号和相应磁感应强度振幅的图像信号进行图像显示。

5.根据权利要求1所述基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测系统，其特征在于，桥梁钢筋在应力σ状态下产生自发漏磁的磁感应强度B(σ)与桥梁钢筋在外部荷载作用下产生自发漏磁的磁感应强度振幅ΔB之间的对应关系为：

ΔB＝k(B(σ)-B_an)；

其中，B(σ)为桥梁钢筋在应力σ状态下产生自发漏磁的磁感应强度；B_an为桥梁钢筋的无滞后磁感应强度；k为磁感应强度振幅ΔB正比于桥梁钢筋在应力σ状态下产生自发漏磁的磁感应强度B(σ)与无滞后磁感应强度B_an之差的比例系数。

6.基于自发漏磁时域信号的桥梁钢筋应力监测方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的桥梁钢筋应力监测系统实施，包括如下步骤：

S1、通过桥梁的有限元模型分析确定桥梁钢筋在外部荷载作用下的应力变化敏感区域，将桥梁上对应所述应力变化敏感区域的位置选定作为桥梁钢筋的应力监测位置，安装漏磁采集装置，并构建如权利要求1所述的桥梁钢筋应力监测系统；

S2、使用桥梁允许通行的车辆按照桥梁通行限速范围内的时速匀速行驶通过桥梁，进行基准应力测试，采用桥梁钢筋应力监测系统采集此时的基准测试磁感应强度信号B(σ₀)并计算相应的基准测试磁感应强度信号振幅ΔB₀，并设定在所述基准测试磁感应强度信号振幅ΔB₀基础之上的磁感应强度信号振幅安全增量阈值Δ(ΔB₀)_S；

S3、此后，通过桥梁钢筋应力监测系统间歇地采集桥梁在外部荷载作用下的磁感应强度信号B_i并计算相应的磁感应强度信号振幅ΔB_i，且分别计算每次采集后得到的磁感应强度信号振幅ΔB_i与基准测试磁感应强度信号振幅ΔB₀之间的差值，若判断该差值大于所设定的磁感应强度信号振幅安全增量阈值Δ(ΔB₀)_S，即若ΔB_i-ΔB₀＞Δ(ΔB₀)_S，则判定桥梁钢筋的应力增长存在超限风险，进行桥梁钢筋应力超限风险预警。