Page 74 - 无损检测2023年第八期

黎亮亮, 等:

预应力混凝土结构开裂检测用弱磁传感器的研发与应用

将其与实验室用 MODEL191A 型标准通用型三维

磁通门式磁力计进行了对比试验。

( 1 )试验一。将两种设备并排放置于实验室环
境, 在无人干扰的情况下进行同步采集, 采集频率设
置为100Hz , 两种传感器的环境磁场数据采集结果

对比如图5所示。由图5可以看出, 两个传感器均
能够灵敏反映环境磁场的波动, 且采集的磁感应强
度波动大小相等, 规律基本一致。

图3 弱磁信号随混凝土结构裂缝发展的变化曲线
场强度的非线性关系来测量弱磁场的。其绕制方式
带来的问题是尺寸非常大且安装不便。文章所提传
感器采用了一款微型化的 MEMS磁通门传感器, 其
具有低偏移、 低漂移、 低噪声特性, 测量噪声小于

0.01 μ T , 漂移小于 1 μ T , 线性度优于 0.1% 。为使
传感器供电电池的寿命在工程应用时达到 1a以

上, 且能够克服因车辆等铁磁物质引起的强磁场干
扰, 数据采集和开裂判别采用前端处理的方式: 考虑
图5 两种传感器的环境磁场数据采集结果对比
到地磁场波动约为0.2 μ T , 而混凝土梁开裂时的磁

( 2 ) 试验二。在电液伺服疲劳试验机上进行钢

场波动 [ 14 ] 大于0.5 μ T , 传感器每60s采集一次磁场

筋的循环加载试验, 使用两种设备在线同步采集距
数据; 开裂判别时采用滑动窗口计算多个周期的磁
离钢筋30mm 处随外力变化的磁感应强度。所用
场数据。开裂判别时, 如果滑动窗口内磁场数据的
试件材料为 HRB400钢筋, 加载频率为5Hz , 采集

方差大于0.5 μ T , 则可能是车辆通过时产生磁场干

频率为100Hz , 两种传感器的动态磁场数据采集结
扰; 如果方差小于 0.5 μ T , 且窗口内的磁场数据均

果对比如图6所示。由图6可见, 两种传感器采集

值与之前记录的基线值的差小于0.5 μ T , 则认为没
得到的磁感应强度大小基本相等, 当磁场快速变化
有发生开裂, 并更新基线值; 如果均值与基线值的差
时, 两种传感器采集得到的数据高度也一致。

大于0.5 μ T , 则认为发生了开裂, 应产生告警并发
送至预警评估系统。混凝土开裂监测系统由传感器
终端系统、 数据传输系统、 数据服务系统等组成, 其
系统构成如图4所示。

图6 两种传感器的动态磁场数据采集结果对比

3 工程应用

将该传感器安装于浙江省某预应力铁路混凝土
图4 预应力混凝土开裂监测系统构成 斜拉桥上, 传感器布置位置如图7所示, 弱磁传感器
安装现场如图8所示。该全预应力铁路混凝土斜拉
2 弱磁传感器可靠性分析 桥位于浙江省沿海地区某货运铁路线, 采用半漂浮

为确保所开发弱磁传感器的灵敏性和可靠性, 体系的双塔双索面斜拉桥结构, 设有4处辅助边墩,
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2023年 第45卷 第8期
无损检测