CN117309668B - 一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备及检测方法，属于土木工程桥梁检测技术领域，包括通电组件、旋转组件和滑动组件；通电组件用于给钢丝接入外部电流使得钢丝发热；旋转组件包括机架、大同步轮、固定板、延长杆和支撑板，机架设有两个，大同步轮设有两个且分别转动连接在两个机架上，固定板连接于其中一个大同步轮，延长杆连接于另一个大同步轮，且延长杆远离大同步轮的一端与支撑板相连；可以量化待检测钢丝的腐蚀程度，有助于全面评估在役桥梁拉索中钢丝腐蚀的分布情况，进而针对量大面广的全国桥梁拉索日常管养难题，可实现经济、高效、低碳、科学的决策，进而最大程度的减少不必要的拉索更换，从而从根源上降低碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程桥梁检测技术领域，具体涉及一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备及检测方法。
背景技术
由于钢丝具有较高的强度、能够承担桥梁的重要荷载传递并保持结构的稳定性的特点，被广泛应用于桥梁工程中，例如斜拉桥、悬索桥、吊杆拱桥等等缆索承重桥梁中。然而，钢丝表面暴露在外容易受到腐蚀的侵害，从而可能造成构件损坏并危及桥梁的结构安全。据统计，近年来，锈蚀对我国基础设施的结构性能造成了恶劣影响，每年经济损失超过3100亿元。同时，钢铁行业又是碳排放“大户”。“双碳”目标下，降低钢铁行业碳排放除了在生产技术上进行更新迭代实现供应链节能减排外，还要在使用端(产业链)减少不必要的浪费、使用。截至2022年底，全国公路桥梁已经突破100万座，拉索桥梁又占据桥梁类型的很大一部分。针对大量的在役拉索，频繁更换势必导致钢材的大量使用、浪费，进而造成大量的碳排放，影响生态环境。
因此，针对部分已更换下来的在役桥梁拉索，及时量化检测和评估拉索中钢丝的腐蚀程度，可以更好地协助桥梁管理单位判断是否更换正在服役的桥梁拉索。同时，从使用端实现更加合理、高效、经济的使用钢材产品，对实现“双碳”目标、减少不必要的碳排放具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备及检测方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，包括通电组件、旋转组件和滑动组件；
所述通电组件用于给钢丝接入外部电流使得钢丝发热；
所述旋转组件包括机架、大同步轮、固定板、延长杆和支撑板，所述机架设有两个，所述大同步轮设有两个且分别转动连接在两个所述机架上，所述固定板连接于其中一个所述大同步轮，所述延长杆连接于另一个所述大同步轮，且延长杆远离所述大同步轮的一端与所述支撑板相连，所述支撑板和所述固定板相对设置并均开设有供钢丝穿过的通孔，所述固定板上螺纹连接有用于将钢丝抵紧的螺钉，两个所述机架上均设有用于驱动所述大同步轮转动的第一动力单元；
所述滑动组件包括导轨、滑块、滑动架、红外相机和第二动力单元，所述导轨连接在两个所述机架之间并穿过所述滑动架，所述滑块安装在所述滑动架内并与所述导轨滑动配合，所述红外相机安装在所述滑动架顶端，所述第二动力单元用于驱动所述滑动架沿所述导轨移动。
所述通电组件包括支撑架、铜夹和通电接头，所述铜夹设置在所述支撑架上并与所述支撑板上通孔数量相同，所述铜夹用于夹住钢丝，所述通电接头固定在所述铜夹上。
所述滑块设有两个且分别连接在所述滑动架和所述支撑架内；所述铜夹与所述支撑架之间连接有隔热块；所述固定板和与其对应的所述大同步轮之间设有隔热圆板。
所述支撑板和所述固定板上的通孔均对称设有两个。
所述第一动力单元包括旋转电机、小同步轮和同步带，所述旋转电机安装在所述机架侧壁，且所述旋转电机的电机轴与所述小同步轮同轴连接，所述同步带连接在所述大同步轮和所述小同步轮上。
所述第二动力单元包括齿条、齿轮和移动电机，所述齿条设置在所述导轨侧壁并与导轨长度方向平行，所述移动电机安装在所述滑动架内，且所述移动电机的电机轴与所述齿轮同轴连接，所述齿轮与齿条相啮合。
所述导轨分为若干段且相邻两段所述导轨相互铰接，所述齿条与各段所述导轨分别对应，当各段所述导轨沿直线依次排列时，相邻两个所述齿条相抵接。
一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，包括如下步骤：
S1、准备n根钢丝作为钢丝试样，n大于等于4，测量每根钢丝试样的初始重量M0，得到n组M0数据；
S2、对每根钢丝试样进行若干次干湿循环腐蚀试验，形成n根腐蚀钢丝；
测量每根腐蚀钢丝，并记录每根腐蚀钢丝的直径dtest、长度Ltest和重量Mtest；
S3、对腐蚀钢丝加热检测：
S3-1、测量第一根腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度T0；
S3-2、对第一根腐蚀钢丝通电加热，记录第一根腐蚀钢丝的加热时间ttest、电流值Itest；
S3-3、加热结束后利用红外相机对第一根腐蚀钢丝进行拍照，记录第一根腐蚀钢丝正面温度T；
S3-4、计算第一根腐蚀钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest，ΔTtest＝T-T0；
S3-5、对剩余的n-1根腐蚀钢丝逐个进行加热检测，得到n组T0、ttest、Itest、T、ΔTtest数据；
S4、酸洗：将腐蚀钢丝逐个酸洗，去除腐蚀物，测量每根腐蚀钢丝去除腐蚀物后钢丝的重量M1，得到n组M1数据；
S5、计算每根钢丝试样质量损失率XD：
将步骤S1和步骤S4中的M0、M1代入式(1)中，得到n组XD值；
S6、计算各个钢丝试样的钢丝腐蚀程度的特征值F：
将步骤S2和步骤S3-5中的dtest、Mtest、Ltest、Itest、ttest代入式(2)中，得到n组F值；
S7、基于焦耳定律与钢丝放热公式对钢丝加热后进行数值分析，建立腐蚀钢丝腐蚀程度量化预测模型：
F＝aXD 3+bXD 2+eXD+g (3)
式中，a、b、e、g为待求解的拟合参数；
S8、将步骤S5和步骤S6中每个试样对应的F值和XD值代入式(2)中，得到n组式(2)的方程，通过解方程求出a、b、e、g的值，得到含有具体拟合参数的预测模型；
S9、腐蚀程度检测：
S9-1、根据步骤S2对被测钢丝进行测量，得到被测钢丝的直径dtest'、长度Ltest'和重量Mtest'；
S9-2、根据步骤S3-1测量被测钢丝在环境温度下的初始温度T0'；
S9-3、根据步骤S3-2对被测钢丝通电加热，记录被测钢丝的加热时间ttest'、电流值Itest'；
S9-4、根据步骤S3-3利用红外相机对加热后的被测钢丝进行拍照，记录被测钢丝正面温度T'；
S9-5、根据步骤S3-4计算被测钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest'；
S9-6、将ΔTtest'、dtest'、Mtest'、Ltest'、Itest'、ttest'输入到式(2)中得到对应的F值，将F值代入步骤S8含有具体拟合参数的预测模型中计算预测腐蚀程度。
步骤S3对腐蚀钢丝加热检测步骤包括：
将腐蚀钢丝从固定板和支撑板的通孔穿过并通过螺钉固定；
移动红外相机从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集钢丝上若干个点位的图像；将钢丝转动180°，红外相机以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集钢丝上若干个点位的图像；
将红外相机采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度T0；
移动通电组件使钢丝夹在铜夹内；将通电接头接通电源引发热激励；
加热结束后，移动红外相机从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集钢丝上若干个点位的图像；将钢丝转动180°，红外相机以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集加热后钢丝上若干个点位的图像；
将红外相机采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在加热后的平均正面温度T。
钢丝加热方式包括在线加热和离线加热；
在线加热：对桥梁在役钢丝设定测试长度，将钢丝测试长度的两端接入电流，使得钢丝加热；
离线加热：从桥梁在役拉索中的一股钢丝内截取一根腐蚀钢丝，对截取的腐蚀钢丝通电加热。
通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、红外相机能够自动对钢丝径向、横向任意位置进行拍照，并在钢丝保持温度期间迅速获取其全面的温度场分布信息，通过对这些数据进行分析，建立预腐蚀钢丝表面通电激励后温度分布与腐蚀程度的预测模型，可以量化待检测钢丝的腐蚀程度，即使钢丝的腐蚀程度很轻微，也能够识别出来，有助于全面评估在役桥梁拉索中钢丝腐蚀的分布情况，协助桥梁管理单位判断是否更换正在服役的桥梁拉索；实现减少资源浪费，保护生态环境的目的；
2、导轨的铰接结构实现了设备的折叠功能，提高了设备的便携性；
3、通过试验得到不同腐蚀程度钢丝质量损失率与热激励后钢丝表面温度的关系，利于丰富预测模型的数据库，增加预测模型评估结果的准确性；
4、选择钢丝的正面温度结果来评判钢丝腐蚀程度，相较于钢丝反面的温度结果受空气热交换、机器操作、移动快慢的影响，容易导致钢丝背面温度结果存在很多的影响因素，采用正面温度的结果来评判钢丝腐蚀程度利于提高评判的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明用于体现隔热圆板和大同步轮的示意图；
图3是本发明用于体现延长杆和支撑板的示意图；
图4是本发明用于体现通电组件的示意图；
图5是本发明用于体现滑动组件的示意图；
图6是本发明用于体现导轨的示意图；
图7是本发明用于体现导轨折叠后的示意图。
图中：1、通电组件；11、支撑架；12、隔热块；13、铜夹；131、上夹片；132、下夹片；14、通电接头；2、旋转组件；21、机架；211、支脚；22、大同步轮；23、小同步轮；24、同步带；25、旋转电机；26、隔热圆板；27、固定板；28、延长杆；29、支撑板；3、滑动组件；31、导轨；311、导轨一号；312、导轨二号；313、导轨三号；314、合页铰链；32、滑块；33、滑动架；34、红外相机；35、齿轮；36、齿条；361、齿条一号；362、齿条二号；363、齿条三号；37、移动电机；38、安装座；4、钢丝；5、通孔。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一种钢丝4腐蚀便携式自动检测设备及检测方法，包括旋转组件2、通电组件1和滑动组件3。
如图2和图3所示，旋转组件2包括两个机架21、两个大同步轮22、固定板27、延长杆28和支撑板29，两个机架21相互平行，且每个机架21各有两个支脚211，用于支撑整个设备；两个大同步轮22分别转动连接在两个机架21上并相对设置，其中一个大同步轮22侧壁固定有隔热圆板26，隔热圆板26背离其对应大同步轮22的一侧与固定板27相连，固定板27长度大于隔热圆板26的直径，延长杆28同轴连接于另一个大同步轮22，且延长杆28远离大同步轮22的一端与支撑板29垂直相连。
支撑板29和固定板27相对设置并均开设有供钢丝4穿过的通孔5，支撑板29和固定板27上的通孔5均对称设有两个，固定板27端部螺纹连接有用于将钢丝4抵紧的螺钉，隔热圆板26、支撑板29采用绝缘材料，具有隔热和绝缘的作用，固定板27为铜质。
如图2和图3所示，两个机架21上均设有用于驱动大同步轮22转动的第一动力单元，第一动力单元包括旋转电机25、小同步轮23和同步带24，旋转电机25安装在机架21侧壁，且旋转电机25的电机轴与小同步轮23同轴连接，小同步轮23位于大同步轮22下方，同步带24连接在大同步轮22和小同步轮23上。两个旋转电机25分别驱动两个小同步轮23转动，两个小同步轮23通过同步带24分别带动两个大同步轮22转动，使得固定板27和支撑板29以相同的角速度转过相同的角度，驱使钢丝4绕大同步轮22轴线旋转确定的角度。
如图1和图4所示，通电组件1包括支撑架11、铜夹13和通电接头14，支撑架11整体呈U形，且支撑架11的两端均沿相背方向水平弯折，同时支撑架11的两端分布在延长杆28的两侧，并均位于支撑板29和与支撑板29对应的大同步轮22之间，支撑架11的两端均固定有隔热块12，隔热块12采用绝缘材料，具有隔热和绝缘的作用。
铜夹13设有两个并与支撑板29上的两个通孔5分别对应，每个铜夹13均包括上夹片131和下夹片132，用于夹紧钢丝4，两个铜夹13下夹片132分别固定在两个隔热块12上；通电接头14设有两个并通过螺钉分别固定在两个下夹片132上。通电接头14接通电源给钢丝4接入外部电流，使得钢丝4发热。
如图1和图5所示，滑动组件3包括导轨31、滑块32、滑动架33、红外相机34和第二动力单元，导轨31连接在两个机架21之间并位于小同步轮23下方，导轨31穿过滑动架33，滑块32设有两个且分别连接在滑动架33和支撑架11内，两个滑块32均与导轨31滑动配合，红外相机34安装在滑动架33顶端，红外相机34视野可以覆盖下方两个钢丝4，第二动力单元用于驱动滑动架33沿导轨31移动。
第二动力单元包括齿条36、齿轮35和移动电机37，齿条36设置在导轨31侧壁并与导轨31长度方向平行，滑动架33内设有安装座38，移动电机37安装于安装座38内，移动电机37的电机轴与齿轮35同轴连接，齿轮35位于齿条36下方并相互啮合。
如图6和图7所示，导轨31分为三段，且相邻两段导轨31在相互靠近的一端通过合页铰链314铰接，三段导轨31分别记为导轨一号311、导轨二号312和导轨三号313，齿条36与各段导轨31分别对应，即齿条36亦分为三段，分为记为齿条一号361、齿条二号362、齿条三号363。合页铰链314采用五金配件，其为180°铰链，可在打开180°和折叠90°时的位置自锁，因此导轨一号311和导轨三号313均可以在水平夹角为90°和0°两个位置锁定，当导轨一号311和导轨三号313都锁定在90°位置时，整个设备折叠后体积变小，可提高便携性；当导轨一号311和导轨三号313都锁定在0°位置时，三段导轨31在同一平面沿直线依次排列拼接成一整条长导轨31，三段齿条36也拼接成一整条长齿条36。
移动电机37驱动齿轮35转动，齿轮35与齿条36啮合，驱使滑动架33沿导轨31移动。
一种钢丝4腐蚀便携式自动检测设备原理：每根钢丝4穿过钢丝4支撑板29，另一端通过螺钉固定在固定板27上，支撑架11移至左侧，两个钢丝4的一端被两个铜夹13分别夹紧，两个钢丝4形成串联的回路。其中，两个铜夹13各自连接通电接头14，接入外部电流，使钢丝4通电后被加热，持续时间保持在10秒以提高检测精度。
加热结束后松开螺钉，将支撑架11移至右侧，使钢丝4脱离铜夹13。
通过旋转电机25来驱使钢丝4绕大同步轮22轴线转动一定角度，红外相机34对钢丝4拍照，经过多次旋转运动，红外相机34可拍到钢丝4各个径向位置的缺陷；通过移动电机37驱使滑动架33移动一定距离，然后红外相机34对钢丝4拍照，经过多次平移运动，红外相机34可拍到钢丝4各个轴向位置的缺陷。
当钢丝4表面存在锈蚀产物时，其电阻率、比热容和化学成分与未腐蚀钢材本身有所不同，导致在通电后表面温度分布发生变化。因此，可根据红外相机34拍摄钢丝4表面的温度场分布，构建基于预腐蚀钢丝4表面通电激励后温度分布与腐蚀程度的预测模型，可以量化待检测钢丝4的腐蚀程度，即使钢丝4的腐蚀程度很轻微，也能够识别出来，有助于全面评估在役桥梁拉索中钢丝4腐蚀的分布情况。
此外，钢丝4可自动旋转、红外相机34可自动移动，实现了对钢丝4的自动检测，也降低了检测死角存在的可能性，利于提升数据收集的准确性。
本申请技术方案还提供了一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，包括如下步骤：
S1、准备n根钢丝作为钢丝试样，n大于等于4，测量每根钢丝试样的初始重量M0，得到n组M0数据。
S2、对每根钢丝试样进行若干次干湿循环腐蚀试验，形成n根腐蚀钢丝；
测量每根腐蚀钢丝，并记录每根腐蚀钢丝的直径dtest、长度Ltest和重量Mtest，腐蚀钢丝的直径取腐蚀钢丝在三个不同部分测量到的直径的平均值。
S3、对腐蚀钢丝加热检测：
S3-1、测量第一根腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度T0；
S3-2、对第一根腐蚀钢丝通电加热，记录第一根腐蚀钢丝的加热时间ttest、电流值Itest；
S3-3、加热结束后利用红外相机对第一根腐蚀钢丝进行拍照，记录第一根腐蚀钢丝正面温度T；
S3-4、计算第一根腐蚀钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest，ΔTtest＝T-T0；
S3-5、对剩余的n-1根腐蚀钢丝逐个进行加热检测，得到n组T0、ttest、Itest、T、ΔTtest数据。
S4、酸洗：将腐蚀钢丝逐个酸洗，去除腐蚀物，测量每根腐蚀钢丝去除腐蚀物后钢丝的重量M1，得到n组M1数据。
S5、计算每根钢丝试样质量损失率XD：
将步骤S1和步骤S4中的M0、M1代入式(1)中，得到n组XD值。
S6、计算各个钢丝试样的钢丝腐蚀程度的特征值F：
将步骤S2和步骤S3-5中的dtest、Mtest、Ltest、Itest、ttest代入式(2)中，得到n组F值。
式(2)的推导过程如下：
根据焦耳定律得到式(1.1)：
式中，Q为直流电源提供的第i根钢丝的焦耳热；Ii(t)为t时刻通过第i根钢丝的电流；Ri(t)为t时刻第i根钢丝的电阻；I为通过钢丝的电流；R为钢丝电阻；t为通电时间。
根据钢丝放热公式得到式(2.1)：
式中，ci(T)为T温度下第i根钢丝的比热容；Mi(T)为T温度下第i根钢丝的重量；T和T0分别为钢丝加热后的温度和环境温度下的温度；ΔT为T和T0的差值；c为钢丝比热容；M为钢丝质量；。
根据焦耳定律和钢丝放热公式，通电产生的热量等于钢丝放出的热量，式(1.1)和式(2.1)可改写为式(3.1)：
Qinput＝Qoutput＝I2Rt＝cMΔT
式中，Qinput为钢丝通电产生的热量；Qoutput为钢丝放出的热量。
钢丝电阻的大小可表示为式(4.1)：
式中，ρi为钢丝在不同腐蚀程度下的电阻率；Li和di分别为钢丝的长度和平均直径；Si为钢丝截面面积；test为待检测腐蚀的钢丝、demo为无腐蚀或崭新的钢丝，二者为串联关系，通过的电流相同，各自的电阻不同；除不同腐蚀程度钢丝的电阻率和比热容外，其他参数均可通过传统的测量方法轻松获得。在这里，每根腐蚀钢丝的直径是一个常数，等于在试样的三个不同部分测量到的直径的平均值。
由于钢丝电阻的大小与电阻率、试件长度、试件直径有关，因此将式(4.1)代入式(3.1)可得到式(5.1)：
式中，Ci为第i个钢丝的比热容；Mi为第i个钢丝的质量；ΔTi为第i个钢丝加热后的温度和环境温度下的温度差值。
根据式(5.1)，加热过程中钢丝表面温度与其他变量的关系可改写为：
式中，ρtest为被测钢丝的电阻率；ctest为被测钢丝的比热容。
S7、基于焦耳定律与钢丝放热公式对钢丝加热后进行数值分析，建立腐蚀钢丝腐蚀程度量化预测模型：
F＝aXD 3+bXD 2+eXD+g (3)
式中，a、b、e、g为待求解的拟合参数。具体的，式(3)是根据式(5.1)，采用不同程度腐蚀钢丝作为试样，使用申请技术方案中的检测设备进行试验，对试样通电10s激励后，表面温度的结果和测量得到试件的结果，根据三次多项式曲线回归，得到的一个表达式。
S8、将步骤S5和步骤S6中每个试样对应的F值和XD值代入式(2)中，得到n组式(2)的方程，通过解方程求出a、b、e、g的值，得到含有具体拟合参数的预测模型；
本申请技术方案结合优选的拟合参数，给出实际预测模型为：
F＝3.22×10-9XD 3-1.543×10-8XD 2+2.461×10-8XD-1.279×10-8。
S9、腐蚀程度检测：
S9-1、根据步骤S2对被测钢丝进行测量，得到被测钢丝的直径dtest'、长度Ltest'和重量Mtest'；
S9-2、根据步骤S3-1测量被测钢丝在环境温度下的初始温度T0'；
S9-3、根据步骤S3-2对被测钢丝通电加热，记录被测钢丝的加热时间ttest'、电流值Itest'；
S9-4、根据步骤S3-3利用红外相机对加热后的被测钢丝进行拍照，记录被测钢丝正面温度T'；
S9-5、根据步骤S3-4计算被测钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest'；
S9-6、将ΔTtest'、dtest'、Mtest'、Ltest'、Itest'、ttest'输入到式(2)中得到对应的F值，将F值代入步骤S8含有具体拟合参数的预测模型中计算XD值，XD值作为评估被测钢丝腐蚀程度的量化指标。
步骤S3对腐蚀钢丝加热检测步骤包括：将腐蚀钢丝从固定板27和支撑板29的通孔5穿过并通过螺钉固定；通过第二动力单元驱使红外相机34从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集钢丝上若干个点位的图像；通过第一动力单元驱使钢丝转动180°，红外相机34以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集钢丝上若干个点位的图像；将红外相机34采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度。
移动通电组件使钢丝夹在铜夹13内；将通电接头14接通电源引发热激励；加热结束后，移动通电组件使钢丝与铜夹13分离，通过第二动力单元驱使红外相机34从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集加热后钢丝上若干个点位的图像；第一动力单元驱使钢丝转动180°，红外相机34以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集加热后钢丝上若干个点位的图像；将红外相机34采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在加热后的平均正面温度。
钢丝加热方式包括在线加热和离线加热；在线加热：对桥梁在役钢丝设定测试长度，将钢丝测试长度的两端接入电流，使得钢丝加热；离线加热：从桥梁在役拉索中的一股钢丝内截取一根腐蚀钢丝，对该段钢丝通电加热。
由于不同腐蚀程度的钢丝的比热容和电阻率不同，通电后试样被加热到不同的温度，钢丝的腐蚀程度会影响电阻率，各种材料的比热容不同。因此，利用检测装置对加速腐蚀试验后的试样进行了一系列实验，得到表面温度与试样腐蚀程度的关系作为先验知识。利用通电后钢丝表面温度和腐蚀程度的先验知识，建立腐蚀钢丝腐蚀程度量化预测模型，实现对在役钢丝腐蚀率的快速准确检测。
通过试验得到不同腐蚀程度钢丝4质量损失率与热激励后钢丝4表面温度的关系；红外相机34采集的钢丝4温度分布图像可以提供有关钢丝4表面温度的详细信息，通过对这些数据进行分析，可以快速、准确地检测钢丝4的腐蚀程度。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、准备n根钢丝作为钢丝试样，n大于等于4，测量每根钢丝试样的初始重量M0，得到n组M0数据；
S2、对每根钢丝试样进行若干次干湿循环腐蚀试验，形成n根腐蚀钢丝；
测量每根腐蚀钢丝，并记录每根腐蚀钢丝的直径dtest、长度Ltest和重量Mtest；
S3、对腐蚀钢丝加热检测：
S3-1、测量第一根腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度T0；
S3-2、对第一根腐蚀钢丝通电加热，记录第一根腐蚀钢丝的加热时间ttest、电流值Itest；
S3-3、加热结束后利用红外相机对第一根腐蚀钢丝进行拍照，记录第一根腐蚀钢丝正面温度T；
S3-4、计算第一根腐蚀钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest，ΔTtest＝T-T0；
S3-5、对剩余的n-1根腐蚀钢丝逐个进行加热检测，得到n组T0、ttest、Itest、T、ΔTtest数据；
S4、酸洗：将腐蚀钢丝逐个酸洗，去除腐蚀物，测量每根腐蚀钢丝去除腐蚀物后钢丝的重量M1，得到n组M1数据；
S5、计算每根钢丝试样质量损失率XD：
将步骤S1和步骤S4中的M0、M1代入式(1)中，得到n组XD值；
S6、计算各个钢丝试样的钢丝腐蚀程度的特征值F：
将步骤S2和步骤S3-5中的dtest、Mtest、Ltest、Itest、ttest代入式(2)中，得到n组F值；
S7、基于焦耳定律与钢丝放热公式对钢丝加热后进行数值分析，建立腐蚀钢丝腐蚀程度量化预测模型：
F＝aXD 3+bXD 2+eXD+g (3)
式中，a、b、e、g为待求解的拟合参数；
S8、将步骤S5和步骤S6中每个试样对应的F值和XD值代入式(2)中，得到n组式(2)的方程，通过解方程求出a、b、e、g的值，得到含有具体拟合参数的预测模型；
S9、腐蚀程度检测：
S9-1、根据步骤S2对被测钢丝进行测量，得到被测钢丝的直径dtest'、长度Ltest'和重量Mtest'；
S9-2、根据步骤S3-1测量被测钢丝在环境温度下的初始温度T0'；
S9-3、根据步骤S3-2对被测钢丝通电加热，记录被测钢丝的加热时间ttest'、电流值Itest'；
S9-4、根据步骤S3-3利用红外相机对加热后的被测钢丝进行拍照，记录被测钢丝正面温度T'；
S9-5、根据步骤S3-4计算被测钢丝加热前和加热后的差值ΔTtest'；
S9-6、将ΔTtest'、dtest'、Mtest'、Ltest'、Itest'、ttest'输入到式(2)中得到对应的F值，将F值代入步骤S8含有具体拟合参数的预测模型中计算预测腐蚀程度。
2.根据权利要求1所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，其特征在于，步骤S3对腐蚀钢丝加热检测步骤包括：
将腐蚀钢丝从固定板和支撑板的通孔穿过并通过螺钉固定；
移动红外相机从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集钢丝上若干个点位的图像；将钢丝转动180°，红外相机以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集钢丝上若干个点位的图像；
将红外相机采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在环境温度下的初始温度T0；
移动通电组件使钢丝夹在铜夹内；将通电接头接通电源引发热激励；
加热结束后，移动红外相机从腐蚀钢丝测试长度的一端移动至另一端并在移动过程中采集钢丝上若干个点位的图像；将钢丝转动180°，红外相机以相同的速度返回到初始位置，在返回过程中采集加热后钢丝上若干个点位的图像；
将红外相机采集的各个点位的温度计算平均温度，得到腐蚀钢丝在加热后的平均正面温度T。
3.根据权利要求2所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，其特征在于，钢丝加热方式包括在线加热和离线加热；
在线加热：对桥梁在役钢丝设定测试长度，将钢丝测试长度的两端接入电流，使得钢丝加热；
离线加热：从桥梁在役拉索中的一股钢丝内截取一根腐蚀钢丝，对截取的腐蚀钢丝通电加热。
4.一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，基于权利要求1-3任一项所述的钢丝腐蚀便携式自动检测设备的检测方法，其特征在于，包括通电组件(1)、旋转组件(2)和滑动组件(3)；
所述通电组件(1)用于给钢丝(4)接入外部电流使得钢丝(4)发热；
所述旋转组件(2)包括机架(21)、大同步轮(22)、固定板(27)、延长杆(28)和支撑板(29)，所述机架(21)设有两个，所述大同步轮(22)设有两个且分别转动连接在两个所述机架(21)上，所述固定板(27)连接于其中一个所述大同步轮(22)，所述延长杆(28)连接于另一个所述大同步轮(22)，且延长杆(28)远离所述大同步轮(22)的一端与所述支撑板(29)相连，所述支撑板(29)和所述固定板(27)相对设置并均开设有供钢丝(4)穿过的通孔(5)，所述固定板(27)上螺纹连接有用于将钢丝(4)抵紧的螺钉，两个所述机架(21)上均设有用于驱动所述大同步轮(22)转动的第一动力单元；
所述滑动组件(3)包括导轨(31)、滑块(32)、滑动架(33)、红外相机(34)和第二动力单元，所述导轨(31)连接在两个所述机架(21)之间并穿过所述滑动架(33)，所述滑块(32)安装在所述滑动架(33)内并与所述导轨(31)滑动配合，所述红外相机(34)安装在所述滑动架(33)顶端，所述第二动力单元用于驱动所述滑动架(33)沿所述导轨(31)移动。
5.根据权利要求4所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述通电组件(1)包括支撑架(11)、铜夹(13)和通电接头(14)，所述铜夹(13)设置在所述支撑架(11)上并与所述支撑板(29)上通孔(5)数量相同，所述铜夹(13)用于夹住钢丝(4)，所述通电接头(14)固定在所述铜夹(13)上。
6.根据权利要求5所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述滑块(32)设有两个且分别连接在所述滑动架(33)和所述支撑架(11)内；所述铜夹(13)与所述支撑架(11)之间连接有隔热块(12)；所述固定板(27)和与其对应的所述大同步轮(22)之间设有隔热圆板(26)。
7.根据权利要求4所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述支撑板(29)和所述固定板(27)上的通孔(5)均对称设有两个。
8.根据权利要求4所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述第一动力单元包括旋转电机(25)、小同步轮(23)和同步带(24)，所述旋转电机(25)安装在所述机架(21)侧壁，且所述旋转电机(25)的电机轴与所述小同步轮(23)同轴连接，所述同步带(24)连接在所述大同步轮(22)和所述小同步轮(23)上。
9.根据权利要求4所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述第二动力单元包括齿条(36)、齿轮(35)和移动电机(37)，所述齿条(36)设置在所述导轨(31)侧壁并与导轨(31)长度方向平行，所述移动电机(37)安装在所述滑动架(33)内，且所述移动电机(37)的电机轴与所述齿轮(35)同轴连接，所述齿轮(35)与齿条(36)相啮合。
10.根据权利要求9所述的一种钢丝腐蚀便携式自动检测设备，其特征在于，所述导轨(31)分为若干段且相邻两段所述导轨(31)相互铰接，所述齿条(36)与各段所述导轨(31)分别对应，当各段所述导轨(31)沿直线依次排列时，相邻两个所述齿条(36)相抵接。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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