1.一种基于磁场的悬索桥主缆腐蚀监测系统,其特征在于:包括爬行机器人、腐蚀传感探头和数据控制系统;
所述爬行机器人沿主缆螺旋爬行;
所述腐蚀传感探头安装于爬行机器人上,包括三轴磁场传感器、无线数据传输模块、微处理器、电源和外壳,所述三轴磁场传感器测量主缆的磁感应强度,所述无线数据传输模块将三轴磁场传感器测得的磁感应强度信息发送至数据控制系统,所述微处理器控制三轴磁场传感器和无线数据传输模块,所述电源为三轴磁场传感器、无线数据传输模块和微处理器提供电能,所述外壳将三轴磁场传感器、无线数据传输模块、微处理器和电源封装;
所述数据控制系统对磁场数据进行处理,得到主缆的腐蚀位置,从而对悬索桥的主缆进行预警。
2.根据权利要求1所述的基于磁场的悬索桥主缆腐蚀监测系统,其特征在于:所述爬行机器人与腐蚀传感探头之间的中心距长度为0.2m,所述腐蚀传感探头的测量中心至主缆外表面的距离 为0.02m;
所述腐蚀传感探头的外形为长方体,所述三轴磁场传感器位于腐蚀传感探头的几何中心,且所述三轴磁场传感器的x、y和z轴分别与所述腐蚀传感探头的高度、宽度、长度方向平行,宽度和高度取0.02m。
3.一种基于磁场的悬索桥主缆腐蚀监测方法,其特征在于:包括如下步骤:S1)建立坐标系:对于悬索桥的每一根主缆,以主缆开始测量位置的横截面中心为原点,建立柱坐标系 ,主缆长度方向为 轴,主缆环向为 轴,主缆横截面的径向为 轴,其中,主缆所在的铅垂面为 所在的平面,在测量时的每一时刻,上述柱坐标系下的 轴、轴和 轴方向分别与三轴磁传感器在自身直角坐标系下的x、y和z轴对应;
S2) 监测悬索桥主缆腐蚀时,爬行机器人沿着主缆呈螺旋形移动,将任意时刻的移动速度分解为2个方向的速率:即 轴方向的移动速速度 和 轴方向的移动速度 ,轴方向的移动速率 沿主缆长度方向且在主缆所在的铅垂面内;轴方向的移动速率 沿环向且垂直于主缆长度方向,爬行机器人沿着主缆呈螺旋形移动时,腐蚀传感探头的测量中心至主缆外表面的距离 始终不变,腐蚀传感探头的测量中心为腐蚀传感探头的几何中心,为
0.02m(为1/2的腐蚀传感探头宽度,再加上0.01m),爬行机器人在 轴方向的移动速度 为
(1)式中, 为预先指定的腐蚀监测的分辨率,单位为m,建议取 ,即;为三轴磁传感器的采样频率( ),
爬行机器人在 轴方向的移动角速度 为
(2b)爬行机器人在 轴方向的移动速度 为
(2b)式中, 为预先指定的腐蚀监测的分辨率,单位为弧度, ;为腐蚀传感探头的测量中心距离主缆中心的距离, ,为主缆的外观半径,为腐蚀传感探头的测量中心至主缆外表面的距离;为三轴磁传感器的采样频率( ),爬行机器人沿着主缆呈螺旋形移动,在柱坐标系下,腐蚀传感探头中的三轴磁传感器任意时刻测得的 轴、 轴、轴方向的磁感应强度分别为 , ,;
S3)计算每一时刻的沿着主缆长度方向( 轴方向)磁感应强度的梯度 (3a) (3b) (3c)S4)计算每一时刻的磁场梯度张量在 轴方向的局部缩并,定义为局部模量 (4)
S5)确定主缆长度方向( 轴方向)腐蚀的位置
(5)
S6)计算每一时刻的沿着主缆环向( 轴方向)的磁感应强度的梯度 (6a) (6b) (6c)S7)计算每一时刻的磁场梯度张量在 轴方向的局部缩并,定义为局部模量 (7)
S8)确定主缆环向方向腐蚀的位置
(8)
S9)根据主缆的腐蚀位置 和 ,对悬索桥的主缆腐蚀进行安全预警。