1.一种型钢构件损伤全过程监测系统,其特征在于,包括:
移动控制平台,用于设置于型钢构件上;
磁传感探头,设置于所述移动控制平台上,所述移动控制平台的运动带动所述磁传感探头移动,以获得型钢构件不同位置的三维磁感应强度;及控制系统,与所述移动控制平台及所述磁传感探头通信连接,以控制所述移动控制平台和所述磁传感探头工作,并根据所述移动控制平台及所述磁传感探头反馈的信息,计算得到所述型钢构件随时间和荷载发展的损伤位置和损伤尺寸。
2.根据权利要求1所述的型钢构件损伤全过程监测系统,其特征在于,所述移动控制平台包括吸盘、滑台、第一电源及第一无线传输模块,所述吸盘用于吸附于所述型钢构件上,所述滑台可移动地设置于所述吸盘上,所述第一电源分别与所述滑台及所述第一无线传输模块电连接,所述第一无线传输模块分别与所述滑台及所述控制系统通信连接。
3.根据权利要求2所述的型钢构件损伤全过程监测系统,其特征在于,所述吸盘的数量为两个,两个所述吸盘间隔设置于所述滑台上。
4.根据权利要求1所述的型钢构件损伤全过程监测系统,其特征在于,所述磁传感探头包括外壳、三轴磁传感器、第二电源及第二无线传输模块,所述外壳设置于所述移动控制平台上,所述三轴磁传感器、所述第二电源及所述第二无线传输模块均设置于所述外壳内,所述第二电源分别与所述三轴磁传感器及所述第二无线传输模块电连接,所述第二无线传输模块分别与所述三轴磁传感器及所述控制系统通信连接。
5.一种利用如权利要求1~4任意一项所述的型钢构件损伤全过程监测系统监测型钢构件损伤的方法,其特征在于,包括以下步骤:将移动控制平台设置于所述型钢构件上,以所述型钢构件的一个端部为原点,所述型钢构件的长度方向,即所选择的端部至另一个端部的方向,为Z轴方向,所述型钢构件的宽度方向为Y轴方向,所述型钢构件的高度方向为X轴方向,构建三维坐标系;
控制系统控制所述移动控制平台沿所述Z轴方向移动,以使磁感应探头获得所述型钢构件的三维磁感应强度,并将所述三维磁感应强度传输到所述控制系统中;及所述控制系统对所述三维磁感应强度进行处理,进一步发送信号多次调整所述移动控制平台的移动速度和所述磁感应探头的采样频率,得到与损伤尺寸相匹配的所述移动控制平台的移动速度及所述磁感应探头的采样频率,根据所述三维磁感应强度的计算处理,得到所述型钢构件的损伤位置和损伤尺寸。
6.根据权利要求5所述的型钢构件损伤监测方法,其特征在于,所述控制系统计算得到所述型钢构件的损伤位置的步骤具体为:S1)在所述Z轴方向上,所述移动控制平台的移动速度为:
u=dresf
式中,dres为损伤监测分辨率,u为所述移动控制平台的移动速度,f为磁传感器探头中的三轴磁传感器的采样频率;
S2)随时间和荷载发展,所述磁传感探头移动的过程中相应地形成多个采样序列,对于第i个采样序列,所述三轴磁传感器测得X轴、Y轴及Z轴方向的磁感应强度分别为Bx(zi),By(zi)和Bz(zi),其中采样位置zi为:zi=(i-1)dres;
S3)计算每一时刻磁感应强度Bx(zi),By(zi)和Bz(zi)在所述Z轴方向上的磁场梯度Bxz(zi)、Byz(zi)及Bzz(zi):S4)计算每一时刻的磁场梯度Bxz(zi)、Byz(zi)和Bzz(zi)在z轴方向的局部缩并,定义为局部模量CZ(zi):S5)确定所述型钢构件在所述Z轴方向上的损伤位置
及
S6)绘制CZZ(zi)与zi之间的关系曲线,所述关系曲线的突变处即是所述型钢构件在所述Z轴方向上的所述损伤位置;
S7)所述移动控制平台的移动速度减小一半,所述三轴磁传感器的采样频率保持不变,所述损伤监测分辨率dres的值也减小50%,重复步骤S1)-S6),计算得到CZZ(zi)与zi的关系曲线,以得到所述型钢构件沿所述Z轴方向一系列的损伤位置。
7.根据权利要求6所述的型钢构件损伤监测方法,其特征在于,所述控制系统计算得到所述损伤尺寸的步骤具体为:(1)将所述损伤位置定位为zj,以所述损伤位置zj为中心,沿所述Z轴方向左右选取预设长度a组成扫描范围[zj-a,zj+a];
(2)在所述扫描范围[zj-a,zj+a]内,以损伤监测分辨率dres0对所述型钢构件进行损伤监测,则在所述扫描范围[zj-a,zj+a]内采样频次为2a/dres0,在所述扫描范围[zj-a,zj+a]内第一次扫描时,所述损伤监测分辨率dres0等于所述损伤监测分辨率dres;
(3)计算在所述扫描范围[zj-a,zj+a]内每一位置的所述磁场梯度在所述Z轴方向的局部缩并,定义为局部模量CZ(zk)zk=zj-a+(k-1)dres0
式中,Bxz(zk)、Byz(zk)和Bzz(zk)分别为磁感应强度Bx(zk),By(zk)和Bz(zk)沿着Z轴方向的磁场梯度,其中zk为采样位置,Bxz(zk)、Byz(zk)和Bzz(zk)通过上述公式(a)计算得到;
(4)计算所述局部模量CZ(zk)对zk的二阶导数:
(5)减小所述移动控制平台的移动速度,所述三轴磁传感器的采样频率保持不变,不断重复前述(1)-(4),直到所述扫描范围[zj-a,zj+a]内出现第二个损伤位置,记录这两个损伤位置的序列号按先后顺序分别为k=l,k=m,其中,l<m,并记录此时对应的损伤监测分辨率dres0k,则其在[zj-a,zj+a]之内的位置分别为zL和zM;及(6)在型钢构件损伤位置zj处,其对应的损伤尺寸为:
dzj=(m-l)dres0k。
8.根据权利要求5所述的型钢构件损伤监测方法,其特征在于,将所述型钢构件沿长度方向分割为若干等份,将所述移动控制平台分别设置于每一等份的所述型钢构件上,以对整个所述型钢构件Z轴方向上的所述损伤位置及所述损伤尺寸进行监测,从而完成整个所述型钢构件长度方向的所述损伤位置和损伤尺寸的监测。