一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋼軌應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著高鐵作為國家戰(zhàn)略，高鐵的作用日益凸顯。眾所周知，高鐵的最基礎(chǔ)設(shè)施是鋼軌，而鋼軌主要由鋼鐵組成的。金屬結(jié)構(gòu)的各種微觀的缺陷或者局部應(yīng)力集中，都會(huì)導(dǎo)致鋼件結(jié)構(gòu)和設(shè)備失效甚至事故的發(fā)生。在各種鐵制構(gòu)件加工后，即使構(gòu)件設(shè)計(jì)合理，在材料的內(nèi)部也不可避免地存在殘余應(yīng)力。即使工作條件是在額定負(fù)荷下，也有可能因?yàn)檩d荷與內(nèi)應(yīng)力的疊加，導(dǎo)致構(gòu)件應(yīng)力重新分配與產(chǎn)生二次變形，而降低構(gòu)件的剛性和構(gòu)件尺寸的穩(wěn)定性，從而引發(fā)事故。
[0003]同時(shí)，絕大多數(shù)鐵路都鋪設(shè)在野外或高架橋，設(shè)備工作環(huán)境惡劣，且沒有專門的供電系統(tǒng)，所以檢測(cè)裝置的功耗問題不容忽視。
[0004]為解決上述問題，本發(fā)明提出一種抗震動(dòng)、防水、低功耗、抗干擾、非接觸式的應(yīng)力檢測(cè)方法來實(shí)現(xiàn)高可靠、低成本、安裝便捷的應(yīng)力檢測(cè)，減少鐵路脹軌，保證鐵路系統(tǒng)正常的安全運(yùn)營。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)及方法，本方法通過巨磁阻元件所測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小進(jìn)行鋼軌應(yīng)力檢測(cè)，具有高效能、低成本、便捷安裝等優(yōu)勢(shì)，有效的解決鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)問題。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，包括線圈、交流電源、巨磁阻元件和鋼軌，其中，巨磁阻元件設(shè)置于線圈內(nèi)，線圈連接交流電源，線圈上交流電源提供給線圈固定頻率的交變電流，該交變電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在鋼軌上產(chǎn)生相應(yīng)的電渦流，巨磁阻元件測(cè)量交變電流產(chǎn)生磁場(chǎng)與電渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)相互作用的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)。
[0008]所述巨磁阻元件為GMR傳感器，可測(cè)量動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度和靜態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0009]所述GMR傳感器連接上位機(jī)，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
[0010]所述巨磁阻元件檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小是由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與鋼軌渦流效應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的疊加。
[0011]所述線圈為激勵(lì)線圈。
[0012]一種基于上述系統(tǒng)的檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0013](I)連接、放置線圈、交流電源、巨磁阻元件和鋼軌；
[0014](2)在激勵(lì)線圈上加以固定頻率的交變電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律與安培定貝1J，在線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于線圈纏繞方向的交變磁場(chǎng)；
[0015](3)交變磁場(chǎng)將在鋼軌上產(chǎn)生一個(gè)電渦流，電渦流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于電渦流的磁場(chǎng)；
[0016](4)線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)與渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加共同作用于GMR傳感器，使得GMR傳感器產(chǎn)生弱電信號(hào)，將弱電信號(hào)上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理，即可得到由鋼軌受力不同引起的GMR傳感器電信號(hào)的變化，即可得到鋼軌應(yīng)力大小。
[0017]本發(fā)明的工作原理:當(dāng)鋼軌受到外部機(jī)械力或其它作用時(shí)，由于壓磁效應(yīng)，其內(nèi)部應(yīng)力σ變化會(huì)引起鋼軌磁導(dǎo)率μ變化的，而磁導(dǎo)率μ的變化將會(huì)引起激勵(lì)線圈產(chǎn)生渦流的大小的改變，而電渦流的大小又會(huì)改變其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:
[0019](I)采用電磁感應(yīng)方式測(cè)量鋼軌應(yīng)力，無接觸方式，可解決接觸式應(yīng)力傳感器由于鐵軌震動(dòng)影響應(yīng)力傳感器精度及壽命的問題；
[0020](2)鋼軌應(yīng)力檢測(cè)采用電磁感應(yīng)方式具有抗震動(dòng)、防水、非接觸式、低功耗等特點(diǎn)，具有高效能、低成本、便捷安裝等優(yōu)勢(shì)，有效的解決鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)問題。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]其中，1、電源線；2、激勵(lì)線圈；3、GMR傳感器；4、鋼軌；5、電渦流。
【具體實(shí)施方式】
:
[0023]下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0024]如圖1所示，一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)方法，通過巨磁阻元件所測(cè)磁場(chǎng)強(qiáng)度大小進(jìn)行鋼軌應(yīng)力檢測(cè)。
[0025]進(jìn)一步地，所述巨磁阻元件為GMR傳感器，既可以測(cè)量動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度，也可以測(cè)量靜態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度。GMR傳感器測(cè)得數(shù)據(jù)之后，上傳給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。
[0026]進(jìn)一步地，磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，是由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與鋼軌渦流效應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的疊加。
[0027]進(jìn)一步地，激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)是由在激勵(lì)線圈上所加固定頻率的交變電流產(chǎn)生，所述磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及方向根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律與安培定則確定。
[0028]進(jìn)一步地，所述鋼軌渦流效應(yīng)由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)產(chǎn)生，所述渦流效應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小及方向根據(jù)奧斯特實(shí)驗(yàn)確定。
[0029]綜上，本方案采用電磁感應(yīng)方式測(cè)量鋼軌應(yīng)力，無接觸方式，可解決接觸式應(yīng)力傳感器由于鐵軌震動(dòng)影響應(yīng)力傳感器精度及壽命的問題。
[0030]且，鋼軌應(yīng)力檢測(cè)采用電磁感應(yīng)方式具有抗震動(dòng)、防水、非接觸式、低功耗等特點(diǎn)，具有高效能、低成本、便捷安裝等優(yōu)勢(shì)，有效的解決鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)問題。
[0031]具體包括:
[0032]第一步，在激勵(lì)線圈2上加一固定頻率的交變電流。
[0033]第二步，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律與安培定則，在線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于線圈纏繞方向的交變磁場(chǎng)。
[0034]第三步，該交變磁場(chǎng)將在鋼軌4上產(chǎn)生一個(gè)電渦流5。
[0035]第四步，該電渦流5會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于渦流的磁場(chǎng)。
[0036]第五步，當(dāng)鋼軌受到外部機(jī)械力或其它作用時(shí)，由于壓磁效應(yīng)，其內(nèi)部應(yīng)力σ變化會(huì)引起磁導(dǎo)率μ變化的，而磁導(dǎo)率μ的變化將會(huì)引起激勵(lì)線圈產(chǎn)生渦流的大小的改變，而電渦流的大小又會(huì)改變其產(chǎn)生的磁場(chǎng)的大小。
[0037]第六步，線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)與渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加共同作用于GMR傳感器3，會(huì)使得GMR傳感器3的磁阻發(fā)生變化，進(jìn)而產(chǎn)生一個(gè)變化的電信號(hào)。
[0038]第七步，GMR傳感器3產(chǎn)生的信號(hào)上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理，即可得到由鋼軌受力不同引起的GMR傳感器電信號(hào)的變化，即可得到鋼軌應(yīng)力大小。
[0039]上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是:包括線圈、交流電源、巨磁阻元件和鋼軌，其中，巨磁阻元件設(shè)置于線圈內(nèi)，線圈連接交流電源，線圈上交流電源提供給線圈固定頻率的交變電流，該交變電流產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，所述交變磁場(chǎng)在鋼軌上產(chǎn)生相應(yīng)的電渦流，巨磁阻元件測(cè)量交變電流產(chǎn)生磁場(chǎng)與電渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)相互作用的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是:所述巨磁阻元件為GMR傳感器，測(cè)量動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度和靜態(tài)磁場(chǎng)強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是:所述GMR傳感器連接上位機(jī)，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
4.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是:所述巨磁阻元件檢測(cè)的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小是由激勵(lì)線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度與鋼軌渦流效應(yīng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度的疊加。
5.如權(quán)利要求1所述的一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是:所述線圈為激勵(lì)線圈。
6.一種基于如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)的檢測(cè)方法，其特征是:包括以下步驟: (1)連接、放置線圈、交流電源、巨磁阻元件和鋼軌； (2)在激勵(lì)線圈上加以固定頻率的交變電流，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律與安培定則，在線圈內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于線圈纏繞方向的交變磁場(chǎng)； (3)交變磁場(chǎng)將在鋼軌上產(chǎn)生一個(gè)電渦流，電渦流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于電渦流的磁場(chǎng)； (4)線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)與渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)疊加共同作用于GMR傳感器，使得GMR傳感器產(chǎn)生變化的電信號(hào)，將該電信號(hào)上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理，即可得到由鋼軌受力不同引起的GMR傳感器電信號(hào)的變化，即可得到鋼軌應(yīng)力的大小。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸式應(yīng)力檢測(cè)系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括線圈、交流電源、巨磁阻元件和鋼軌，其中，巨磁阻元件設(shè)置于線圈內(nèi)，線圈連接交流電源，線圈上交流電源提供給線圈固定頻率的交變電流，該交變電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)在鋼軌上產(chǎn)生相應(yīng)的電渦流，巨磁阻元件測(cè)量交變電流產(chǎn)生磁場(chǎng)與電渦流產(chǎn)生磁場(chǎng)相互作用的磁場(chǎng)強(qiáng)度大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼軌應(yīng)力的檢測(cè)；本發(fā)明采用電磁感應(yīng)方式測(cè)量鋼軌應(yīng)力，無接觸方式，可解決接觸式應(yīng)力傳感器由于鐵軌震動(dòng)影響應(yīng)力傳感器精度及壽命的問題。
【IPC分類】G01N27-72, G01L1-12
【公開號(hào)】CN104655332
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510061691
【發(fā)明人】周鳴樂, 馮正乾, 劉波, 李剛, 李敏, 李旺, 王瑋, 楊曉暉
【申請(qǐng)人】山東省計(jì)算中心（國家超級(jí)計(jì)算濟(jì)南中心）
【公開日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日