【摘 要】
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预应力钢筒混凝土管（PCCP）是一种运行可靠、成本低廉、安装方便的大口径复合型管材,在我国大型水利工程中应用广泛,其中的预应力钢丝是整个管道结构中非常重要的承载结构,预应力钢丝断裂是造成爆管事故的核心原因。针对PCCP断丝检测,本文以电磁感应原理为基础,改进了正交电磁法检测PCCP断丝的系统,对PCCP断丝检测进行了理论和实践方面的研究。本文的主要工作包括:（1）基于麦克斯韦方程组推导了激励线圈电
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预应力钢筒混凝土管（PCCP）是一种运行可靠、成本低廉、安装方便的大口径复合型管材,在我国大型水利工程中应用广泛,其中的预应力钢丝是整个管道结构中非常重要的承载结构,预应力钢丝断裂是造成爆管事故的核心原因。针对PCCP断丝检测,本文以电磁感应原理为基础,改进了正交电磁法检测PCCP断丝的系统,对PCCP断丝检测进行了理论和实践方面的研究。本文的主要工作包括:（1）基于麦克斯韦方程组推导了激励线圈电流与预应力钢丝中涡流场之间的关系。构建了基于电磁感应原理的有限元仿真模型,对特殊结构进行了边界条件设置和网络剖分优化。分析了不同放置方式的激励线圈对检测的影响,并提出了激励线圈的最佳放置方式。根据激励线圈的最佳放置方式分别仿真了断丝数量、断丝长度、钢筒厚度、双缠钢丝对断丝信号特征的影响,为实际检测提供了理论指导。（2）设计实现了基于电磁感应原理的断丝检测系统。分析了使用检测线圈进行检测效果不佳的原因,提出了使用隧道磁阻（TMR）传感器代替检测线圈,制作了TMR传感器模块和信号调理电路;设计并制作了满足检测需要的激励线圈,确定了磁屏蔽材料的型号,设计了激励线圈的驱动源,介绍了DAQ单元,编写了基于虚拟仪器的数字正交锁相放大器,最后设计并制作了适用于2～3米内径PCCP的实验平台。（3）在实验部分对正交电磁检测系统的相关实验进行补充,分别讨论了断丝的轴向位置和周向位置对检测信号的影响;并对比了双缠双喷型PCCP和普通PCCP的检测信号。针对正交电磁检测系统在大口径PCCP检测效果不好的问题,将本文搭建的系统与正交电磁检测系统进行了实验对比,验证了检测效果,本文搭建的系统在内径3.2米的PCCP中可检测到4根断丝。最后根据多次现场实验和工程现场考察积累的经验,提出了对实验平台机械结构的改进方案。
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