无损探伤领域“零”的突破：金属磁记忆效应微磁量子探伤（四）

国家的长治久安，依靠 会各领域的安全有序。各生产、服务单位的安全运营至关重要。然而，各类安全事故造成生命财产损失的 道时常见诸媒体。究其原因，诸如桥梁垮塌、房屋倒塌、列车脱轨、电梯事故、煤矿事故等安全事故，大多因为钢结构件产生疲劳损伤、缺陷未被及时发现和处理。

经常检测钢结构件的疲劳损伤和缺陷十分重要。长期以来，探伤从肉眼观察、触碰摸排探伤，发展到电学、光学探伤，再发展到磁学探伤，即借助现代物理学、化学、地球物理学原理逐渐实现科学化、精确化探伤。然而，我国的高端无损探伤技术和设备依靠进口的局面长期没有改变。当前，发达国家还对我国进行技术封锁。自主研发、生产新型高精度无损探伤仪十分必要和紧迫。

桥梁悬索智能在线监测系统

传统无损探伤技术原理及缺陷

由于长期大荷载和腐蚀，多数桥梁悬索存在不同程度的损伤。因桥梁悬索断裂造成桥梁垮塌的严重事故时有发生。

悬索腐蚀对悬索寿命与安全有极其重要的影响。桥梁悬索一般处于高应力状态，因此应力腐蚀明显。当预应力筋发生应力腐蚀时，其力学性能明显下降，极易产生疲劳脆断，桥梁悬索的寿命将会大大缩短。

桥梁悬索的腐蚀与水、气密切相关。悬索的大多数部位，如悬索桥主缆内部、主缆散索段，斜拉索、吊杆上下端预埋管内、悬索锚头等往往没有明显的积水存在，但是，由于它与大气相通，相对湿度高，腐蚀也很容易发生。

传统桥梁悬索无损探伤技术包括光纤传感检测技术、超声波检测技术、激光系统等。各自存在自身缺陷，难以确保悬索桥梁运营安全。

光纤传感检测技术能够利用光纤进行外界物理量的转换，成为能够直接检测的光信 。这种技术能够检测桥梁钢索的拉力和预应力，进而形成相应的光纤智能桥梁。尽管相比于传统的传感器，光纤传感器具有受环境影响较小、耐高温、耐腐蚀，但是不具有被动、无源自主、实时在线检测的特点。

超声波检测技术将瞬间应力波传导到相应的桥梁内部，在桥梁的断裂面以及冲击面会产生相应的共振现象，分析这些共振波进而得出对应的桥梁空隙位置。超声波能够全面检测桥梁、桥板以及桩桥等部位。如果遇到管道相交或相邻或管道中出现蜂窝体、水以及部分空气的时候，这种技术就难以适用。

借助激光系统能够实时获得测量点的三维坐标。这一系统可以应用于桥梁变形状态检测，立足于长期检测数据，还可以通过对比分析准确判定桥梁是否发生沉降和预应力损失。但是激光系统应用程序比较复杂，更重视主观判断，客观性、精准性难以保证，在恶劣天气如雾霾、雨雪天气，激光测量可靠性大大降低。

金属磁记忆无损探伤原理及优势

磁探测从空中到地面，再到水下，可以全范围覆盖、全天候进行。金属磁记忆探伤属于新型磁探测技术，是一种利用金属磁记忆效应来检测部件应力集中部位的快速无损检测方法，具有无源自主的特点。

所谓金属磁记忆效应是指：铁磁性材料在加工和运行时，在应力和变形集中区域会发生磁畴组织定向和不可逆的重新取向。金属构件表面的这种磁状态“记忆”着微观缺陷或应力集中的位置，即所谓的磁记忆效应。

磁异常探测理论认为，当磁探测传感器位置与铁磁性目标的距离大于3倍目标几何尺寸时，可以把铁磁性目标简化成磁偶极子模型，不考虑地磁背景场情况下，磁场总强度B大小可以由下列公式计算出来。

当处于地磁场环境中的铁磁性构件受到外部载荷作用时，该部位会出现磁畴的固定节点，产生磁极，形成退磁场，在金属表面形成漏磁场。该漏磁场强度的切向分量Hpx具有最大值，而法向分量Hpy改变符 并具有零值。这种磁状态的不可逆变化在工作载荷消除后依然保留了下来。

基于金属磁记忆效应的基本原理制作的检测仪器，通过记录垂直于金属构件表面的磁场强度分量沿某一方向的分布情况，能够对铁磁性金属构件内部的应力集中区，即微观缺陷和早期失效、损伤等进行诊断，防止突发性的疲劳损伤，是无损检测领域的一种新的检测手段。

金属磁记忆方法与X射线、γ射线、超声波、磁粉、涡流、渗透(荧光、着色) 等方法相比较，具有这些优点：不需要专门的磁化装置；不需要对表面进行清洁处理；不需要采用耦合技术；可快速、准确检测出应力集中部位；既可检测现有缺陷，亦可根据内应力变化预测未来可能发生的缺陷。

国创智能无损探伤技术设备取得国产化实质性突破

面对国家科技自强需求和生产生活安全需求发展形势，国创智能加大微磁基础传感器及其相关技术设备研发生产力度，助力国家科技发展进步和民生领域安全保障。值得一提的是，国创智能通过长期不懈的科研攻关，目前已实现金属磁记忆探伤技术设备国产化“零”的突破。

国创智能GC-TS系列探伤设备基于金属磁记忆探伤原理，采用超高灵敏度GMI磁传感器检测钢丝绳、悬索/斜拉索、钢管、钢棒、钢轨因疲劳产生的裂纹、因磨损产生的断丝、因氧化产生的锈蚀和因形变产生的内应力变化，其精度高（1nT）、速度快（10m/s)、体积小(20mm*10mm*5mm)、重量轻(10g)、功耗低，(200mW)，完全被动式测量，不会破坏损伤的漏磁特征，对Φ16mm（6?19）规格钢丝绳可精确识别1根断丝，其诸多优点必将取代采用励磁、使用霍尔元件的探伤仪，以及一些采用图像识别技术和射线测量方法的探伤产品，其在提升、吊装、牵引、输送、系泊设备方面应用极其广泛，市场巨大。

国创智能与某大学土木工程学院联合开发了基于金属磁记忆效应应力检测技术的桥梁悬索智能在线监测系统。该系统可以实现悬索上的智能移动，并使用内置高灵敏、高速磁探测器检测悬索的磁场异常，从而检测出悬索的异常及位置。

桥梁悬索智能在线监测系统的工作原理是，充分发挥巨磁阻抗磁探测技术的高灵敏性、高响应速率、系统小型化、低功耗和高可靠性等显著优势，监测悬索桥梁中悬索内部由于结构变化(裂纹、锈蚀等)而导致的磁场异常，从而判断出悬索是否发生结构异常。

桥梁悬索智能在线监测系统由智能攀索机器人和运行于笔记本PC的监控软件组成。智能攀索机器人内置巨磁阻抗磁场探测器，使用高速物联 技术与运行于笔记本PC的监控软件进行通信，将该机器人安装固定于悬索并设置好运行参数后，机器人即自动沿悬索移动并进行测量，测量的数据实时在监控软件上显示，操作人员可以根据实时显示波形，判断出悬索是否出现异常及位置。

桥梁悬索智能在线监测系统是一套可靠、稳定、低成本的悬索测量设备。该系统使用具有高灵敏度、高稳定性的金属磁记忆探测技术，利用巨磁阻抗效应阵列磁探测器，钢丝缺陷自动标记，可以实现全范围、全天候、高清视频检测。攀索机器人可实现智能攀索，使用高速物联 进行数据传输，可采取交流电供电或内置锂电池供电。

国创智能作为一家集科研、生产于一体的高技术企业，从事微磁基础传感器自主研发及生产，不断进行科技创新，致力于微磁基础传感器及相关技术设备国产化。国创智能高精度微磁基础传感器是一种基于微磁量子巨磁阻抗效应和具有轴向采集原理工作的传感器，可用于包括金属无损探伤在内，及地磁定位导航、地震前兆监测、航道管理、应力监测、生物医疗、水下搜救等数十个行业领域。国创智能微磁基础传感器产业化成果助力经济 会发展，其影响日益广泛。