基于磁致伸缩导波的拱桥吊杆无损检测实验研究

摘要

拱桥吊杆是现代中下承式拱桥重要的传力构件，其结构健康状况关系着桥梁的安全使用。本文结合国家自然科学基金项目“基于磁致伸缩导波动态聚焦原理的拱桥吊杆腐蚀断丝在线检测方法”(N0.61271084)，开展了拱桥吊杆导波无损检测实验研究。
　　本文针对传统导波检测方向识别方法中存在的不足，提出了基于时延估计的导波检测信号方向识别方法。通过将基本互相关时延估计方法和LMS自适应滤波时延估计方法引入到传统导波检测方向识别方法中，克服了传统方法中方向识别能力受实际波速影响和检测频率受换能器限制的问题。最后通过实验对本文提出的方法和传统方法进行了对比研究，证明本文提出的方法在换能器和检测频率匹配时比传统方法的方向识别能力略强，在换能器和检测频率失配时方向识别效果远远好于传统方法。
　　针对吊杆中导波信号严重频散引起的检测分辨力下降和信号衰减问题，开展了时间反转聚焦技术的基本理论研究及其在拱桥吊杆的导波检测信号频散补偿中的应用研究。通过Abaqus软件对拱桥吊杆进行建模和仿真研究，验证了时间反转聚焦方法能够在特定位置使得拱桥吊杆中导波信号形成聚焦，从而实现对导波检测信号的频散补偿。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究对象简介

1．1．2 拱桥吊杆的主要病害

1．1．3 拱桥吊杆检测的意义

1．2 桥梁缆索类构件的无损检测技术研究现状

1．2．1 桥粱缆索基于常规方法的无损检测技术研究现状

1．2．2 桥粱缆索基于导波的无损检测技术研究现状

1．3 论文的研究内容和论文结构

2 拱桥吊杆中导波的传播特性

2．1 引言

2．2 磁致伸缩纵向导波检测基本原理

2．2．1 导波基本概念

2．2．2 磁致伸缩纵向导波检测基本原理

2．3 拱桥吊杆中超声导波传播特性研究

2．3．1 频散曲线的理论分析

2．3．2 拱桥吊杆中导波的频散曲线

2．4 频散曲线特点分析

2．5 拱桥吊杆导波检测的模态选择

2．6 小结

3 吊杆导波检测实验平台

3．1 引言

3．2 吊杆检测实验平台总体方案

3．3 信号源模块

3．4 功率放大器模块

3．5 换能器模块

3．5．1 偏置磁场的实验探究

3．5．2 激励和接收线圈的基本方案

3．6 模拟信号调理模块和同步模块

3．7 小结

4 基于时延估计的导波检测信号方向识别方法研究

4．1 引言

4．2 传统导波检测方向识别方法及其存在的问题

4．2．1 导波检测方向识别的意义

4．2．2 传统导波检测方向识别的基本原理

4．2．3 传统方向识别方法存在的问题

4．3 时延估计方法研究

4．3．1 基于相关的时延估计方法

4．3．2 LMS自适应时延估计方法

4．3．3 其他常用的时延估计方法

4．4 基于时延估计的导波检测信号方向识别方法基本原理

4．5 实验研究

4．5．1 基于时延估计算法的方向识别方法验证

4．5．2 本文提出方法与传统方法的对比

4．5．3 不同信噪比条件下方向识别效果研究

4．6 小结

5 基于时间反转聚焦法的导波信号频散补偿方法研究

5．1 引言

5．2 拱桥吊杆中导波信号频散特性研究

5．3 目前导波信号频散补偿方法

5．3．1 基于波数的频散补偿方法研究

5．3．2 时间反转聚焦方法研究

5．4 时间反转聚焦法在导波检测信号频散补偿中的应用研究

5．4．1 端面反射信号的频散补偿效果仿真研究

5．4．2 缺陷反射信号的频散补偿效果仿真研究

5．5 小结

6 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献