具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

磁记忆检测技术由来已久，早在上个世纪末，俄罗斯科学家杜波夫教授在进行电厂检修的时候，发现承压管道在工作一段时间后，产生了磁信号。经过长久的摸索，他们把这种磁信号和应力联系起来，并形成了一种检测器件应力和疲劳损伤的技术，称之为磁记忆检测技术。后来有多种理论上的解释，包括力磁相互作用、应力能与磁能的转化等。但是，磁记忆技术一般作为一种检测技术，也就是检测现场，由人工定期的或者一次性检测操作。一般是由人工操作一种探头，在器件的表面进行一维或者二维的扫描。就目前而言，这是磁记忆检测技术，不能用作在固定位置下的应力和疲劳损伤的监测。

因此基于现实需要，把磁记忆检测技术发展为一种监测技术，需要重新设计其传感器，以及提出新的物理量。本实施例提供的应力监测传感器可以实现应力监测。

如图1、2所示，本实施例提供的用于钢结构的应力监测传感器包括底座1，所述底座1内中央位置安装有磁传感器2，所述底座1以磁传感器2为中心对称安装有一对或者两对传感器臂3，所述传感器臂3包括水平聚磁部31、悬空连接部32以及位于两者之间的过渡部33，所述水平聚磁部31的位置低于悬空连接部32，所述悬空连接部32插入至底座1内。

图1所示为单轴应力监测传感器，传感器臂有一对，所述磁传感器为一维磁传感器。图2所示为双轴应力监测传感器，传感器臂有两对且垂直设置，所述磁传感器为二维磁传感器。本发明是一种磁感技术的应力和疲劳损伤监测方案，可以通过两个垂直设置的单轴应力监测传感器或者一个双轴应力监测传感器监测钢结构的疲劳损伤。

如图1、2所示，应力监测传感器的传感器臂采用高磁导的软磁材料制作，其具体的形状有三部分组成，第一部分为水平聚磁部，其中作用是贴在被监测钢结构表面，其形状为平面扇形；第二部分为悬空连接部，一般为矩形插入底座内，竖直截面为长方形，一般宽厚尺寸可设计为6mm*2mm；第三部分为之间的过渡部，整体为弧形结构。

每对的两个传感器臂对称安装，图示中，底座1内针对每对传感器臂的位置均开有贯穿的水平空心通道，磁传感器2位于水平空心通道中间位置，每块传感器臂3的悬空连接部32插入对应的水平空心通道。底座采用塑料制作，传感器臂对称地插入空心管道，在空心管道的中间位置，即一对传感器臂之间的距离，留有大约10mm的空隙，用于安装磁传感器，以读取应力磁信号随时间、载荷等的变化下应力磁信号的大小等信息。对于单轴应力监测传感器，中间为一维磁传感器，其敏感轴与单轴应力监测传感器的传感器臂平行；对于双轴应力监测传感器，中间为二维磁传感器，二维磁传感器的两个敏感轴与双轴应力监测传感器的两对传感器臂对于平行。为了固定系统本身，采用一个具有空心通道的底座来固定传感器臂，之后对准磁传感器的敏感轴，最后进行封装，图示底座并未封装，实际可通过盖板封装。

本实施例设计的应力监测传感器可以获取应力磁信号，获取了应力磁信号之后，需要对其进行分析。目前应力磁信号特征量是针对检测而发展出来的，应力检测所涉及到的应力磁信号主要有四个物理量：应力磁信号的峰谷值、本底信号强度、梯度、过零点。所有这四个信号，都是距离的变量。也就是说，这四个物理量，是在检测的过程中，应力磁传感器获取且是在被检测对象表面随表面距离变化的量。如果应力磁传感器本身不运动，而是固定在一个点，那么，就不能得到上述四个物理量。因此，对于钢结构固定位置的应力监测，需要对研究和提出新的物理量，来表征固定点的应力磁信号。

对于单轴应力磁传感器，安装在中心空隙的磁传感器会读取经过两条传感器臂的磁场通量。当然，因为传感器臂的竖直截面积是确定不变的，所以这个测量的是空隙处的应力磁信号，可以用磁场强度H(t)来衡量。这个磁场强度和传统的磁记忆检测中的本底信号类似，也是一个磁场信号，和其内部的应力和疲劳损伤密切相关。但是和磁记忆技术不同的是，这个磁场强度H(t)信号，通过具有聚磁作用的水平聚磁部收集应力集中线左右两侧的S极和N极信号。同时，因为传感器臂的连通作用，在被监测目标物的应力集中线的两侧，构成了一个空气中的磁路，方便应力磁信号的集中、放大、收集和测量。

在采用双轴传感器的情况下，能够直接获得H_∥(t)和H_⊥(t)这两个应力磁信号，分布表示在和应力平行方向以及垂直方向，随时间变化的磁场强度信号。根据实际的经验可知，一般情况下，内部主要应力的方向是和应力集中线垂直的。所以如图3所示，横跨应力集中线的两个传感器臂，一般测出来的信号是H_∥(t)，而顺着应力集中线的两个传感器臂，一般测出来的信号是H_⊥(t)。基于上述的应力磁传感器。本发明实施例提出一种新的特征量γ值，定义为平行于应力方向与垂直于应力方向的磁场强度的两者比值。比如定义为γ(t)＝H_∥/H_⊥，当然也可以定义为H_⊥/H_∥。

γ(t)是一个随时间变化的量，并不是一个基于在被监测对象的表面进行扫描的物理量。其中，H_∥表示平行于应力方向上的磁场强度，H_⊥表示垂直于应力方向上的磁场强度。同时，γ是一个固定位置的无量纲物理量，相比于单独的H_∥或者H_⊥，这个比值更能表征出被检测对象的改变，特别是长久、稳定性的改变。

本发明实施例提供了一种具体的应力监测方法，包括下述步骤：

S1、将应力监测传感器安装在待监测钢结构表面，使得应力监测传感器的一对传感器臂位于待监测钢结构应力集中线两侧.

本步骤首先是要找到待监测钢结构的应力集中线。

为了可以首先将地磁场暂时屏蔽，具体屏蔽过程需要在被监测钢结构表面确定一个监测区域，由于这个区域比应变片以及光纤光栅的监测范围大很多，更具有代表性，当然数据也更稳定。本步骤使用图4所示屏蔽磁围栏在被监测钢结构表面围成一个屏蔽范围，比如围成一个小的圆形区域，要求这个区域的直径在200mm左右。所述屏蔽磁围栏为上下开口且上小下大的圆台形，便于在屏蔽磁围栏内操作应力监测传感器。

然后在屏蔽范围内移动应力监测传感器，使得平行于应力方向以及垂直于应力方向的磁场强度中，一个方向的读数绝对值最大，另一个方向的读数绝对值最小；因为磁信号的方向性，此处利用绝对值来计算，不考虑信号读数的符号。对于使用两个单轴应力监测传感器，需要保证移动过程中两个单轴应力监测传感器的垂直性。对于双轴应力监测传感器，其两个检测方向已经是垂直的，可避免这个问题。因此优选采用双轴应力监测传感器。

接着将应力磁传感器固定至被监测钢结构表面，连接外围辅助器件，如电源、AD转化采集单元、数据存储发送单元等。因为本应力磁传感器读取的是磁信号，不是被监测对象的局部形变，并不需要打磨、表面处理和粘贴，因而可以采用多种固定方式，例如绑捆、吸附，当然也可以粘贴，但是不需要打磨油漆。

最后撤下地磁场屏蔽，开始记录数据，包括对已经存在的应力磁信号进行溯源分析。

S2、应力监测传感器获取平行于应力方向以及垂直于应力方向的磁场强度。

S3、监测特征量γ值变化，所述特征量γ值是平行于应力方向与垂直于应力方向的磁场强度的两者比值，如前所述，该比值可以是H_∥/H_⊥，当然也可以是H_⊥/H_∥。通过监测特征量γ值的变化趋势进行后续的预警或者判断，比如变化趋势超过预期，或者γ值超出阈值范围等，具体的监测方案可根据实际制定。

综上，本发明采用先进磁感技术，提供一种用于钢结构的、基于磁感技术的应力和疲劳损伤监测方案。本发明通过磁路设计，扩大监测范围，同时加大信号强度，获得更稳定的应力磁信号。本发明还提供一种现场确定应力磁信号方向的方法，获得平行应力平行方向磁信号与垂直应力平行方向磁信号，即两个方向的磁场强度，并获得一个新的特征量γ，为应力磁信号的分析提供一个关键的参数。总体上，本发明技术方案可作为现有的光纤光栅传感器和应变片传感器的补充。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。