基于漏磁檢測的橋梁拉索斷絲識別

辛榮亞， 張啟偉

(1.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092； 2.珠海大橫琴股份有限公司，廣東 珠海 519000)

過去幾十年間，索支承橋梁得到了蓬勃發(fā)展，我國索支承橋梁的建設(shè)尤為突飛猛進(jìn).拉索作為索支承橋梁中的主要承重構(gòu)件，較易損壞，常在遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)使用壽命時發(fā)生銹蝕、斷絲等損傷，甚至發(fā)生斷裂，威脅橋梁與人員安全[1-2].拉索的無損檢測與評估對于指導(dǎo)索支承橋梁的科學(xué)管養(yǎng)、保障索支承橋梁的安全運(yùn)營具有重要意義.學(xué)者們在對多種無損檢測技術(shù)進(jìn)行調(diào)研后認(rèn)為，漏磁(MFL)檢測是一種頗具潛力的橋梁拉索鋼絲無損檢測方法[3-4]，并在實(shí)橋上測出了吊桿內(nèi)部的斷絲[5].

漏磁檢測的原理為：使用永磁體或通電線圈對一段鋼絲進(jìn)行勵磁使之趨近磁化飽和；鋼絲的磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于鋼絲銹蝕物、防護(hù)材料和空氣，當(dāng)鋼絲完好時，磁通量被約束在鋼絲內(nèi)部；當(dāng)鋼絲因局部銹蝕或斷絲產(chǎn)生鋼絲截面的突變時，附近位置將產(chǎn)生顯著的磁場擾動，即漏磁場；漏磁場可用磁敏元件測得，進(jìn)而用于鋼絲損傷的判別(見圖1).通過設(shè)備沿拉索的爬升掃描，實(shí)現(xiàn)索體全長的檢測.

漏磁檢測技術(shù)主要用于鋼絲繩、鋼棒和鋼管等裸露構(gòu)件的測試，并逐步拓展到傳送帶、橋梁拉索等有防護(hù)的構(gòu)件.該技術(shù)在各類構(gòu)件中的應(yīng)用大體上包括三個階段：硬件的設(shè)計(jì)與優(yōu)化以適應(yīng)構(gòu)件構(gòu)造并開展無損檢測、損傷的存在性判別以及缺陷的定量識別.例如，在技術(shù)應(yīng)用較成熟的鋼絲繩中，近年來的文獻(xiàn)報道多注重定量識別，在判定損傷存在的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對損傷進(jìn)行定位、分類與量化[6-10].

圖1 漏磁檢測原理

漏磁檢測在橋梁拉索中的應(yīng)用則處于起步與初級階段.拉索外部的護(hù)套增大了磁敏元件與鋼絲表面的距離，降低了漏磁場信號的信噪比，使得內(nèi)層鋼絲缺陷的定性判別難以實(shí)現(xiàn).因此，目前的研究主要針對大直徑索體進(jìn)行硬件適配，再通過簡略的試驗(yàn)來驗(yàn)證方法的有效性.然而，現(xiàn)有研究往往回避了拉索實(shí)際損傷的漏磁信號信噪比低的問題，而是將缺陷人為設(shè)置在靠近索體表面處或者設(shè)置較大的缺陷以獲取較高的信噪比[8,11-12].例如，文獻(xiàn)[11]中使用鋼絞線整股切斷的方式模擬拉索中的局部損傷，損傷引起的拉索面積損失率為4.17%～16.67%，但是實(shí)際拉索中的斷絲更可能是在一定長度范圍內(nèi)呈離散分布的單根斷絲，而不是多根鋼絲在同一斷面上平整地?cái)嗔?此時，拉索的面積損失率很可能在1%以下，再加上斷絲可能位于內(nèi)層鋼絲上，使得漏磁信號微弱.因此，在當(dāng)前的索支承橋梁拉索漏磁檢測中，局部小缺陷的定性判別更具有現(xiàn)實(shí)意義.

損傷的定性判別方法主要在鋼絲繩的漏磁檢測應(yīng)用中得到發(fā)展.文獻(xiàn)[13]中提出差分超限數(shù)法對是否存在斷絲進(jìn)行判別；文獻(xiàn)[14]中基于三層反向傳播(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對0～4根斷絲產(chǎn)生的漏磁場進(jìn)行分類識別；文獻(xiàn)[15]中提出基于事例推理的方法，通過數(shù)據(jù)比對的方式進(jìn)行漏磁檢測數(shù)據(jù)分析與損傷判別；文獻(xiàn)[16]中提出了一種基于信號錯位自相關(guān)函數(shù)的斷絲判別方法，根據(jù)相關(guān)系數(shù)曲線中的谷值判定斷絲部位.除此之外，常被用作損傷識別的特征量還有短時能量、峰值等.峰值法通過設(shè)置特定的閾值來判斷是否存在損傷[11]，但誤差較大，相關(guān)結(jié)果可直接通過人眼觀察得到；錯位自相關(guān)分析主要用于股波信號明顯的鋼絲繩測試中，該方法對于平行鋼絲拉索內(nèi)的損傷識別效果不理想.

上述方法中可直接用于拉索鋼絲損傷定性判別的方法主要有差分超限數(shù)法和短時能量法.差分超限數(shù)法通過對漏磁場測試信號求差分并設(shè)置閾值，形成無缺陷段為0、有缺陷段為1的差分超限序列，實(shí)現(xiàn)缺陷與非缺陷的分離，詳細(xì)算法見文獻(xiàn)[13].短時能量[17]在漏磁檢測中也稱作短距能量，相當(dāng)于信號的短時二階中心距，反映一定空間內(nèi)漏磁場波動部分的能量或信號的離散程度，它的增大表示信號有較大波動，進(jìn)而說明可能有缺陷存在.

對于索支承橋梁拉索而言，漏磁檢測的首要任務(wù)是定性判別索體中是否存在鋼絲損傷.為提高漏磁檢測對于拉索鋼絲損傷的識別能力，提出了一種損傷識別方法.制作了拉索足尺模型并開展漏磁檢測，索體中設(shè)置了多種位置與損傷的斷絲，尤其是低信噪比的內(nèi)層斷絲.基于本文方法和漏磁檢測信號對不同程度的鋼絲損傷進(jìn)行識別，并與差分超限數(shù)法和短時能量法的識別結(jié)果進(jìn)行對比，以檢驗(yàn)本文方法的效果.

1 斷絲損傷識別方法

索支承橋梁拉索的漏磁檢測信號具有以下特點(diǎn)：①漏磁信號在空間中的衰減快，表現(xiàn)為不平穩(wěn)的局部短時信號；②測試可重復(fù)進(jìn)行，與噪聲相比，缺陷漏磁信號具有較好的可重復(fù)性.拉索漏磁檢測時信號按照空間采樣，測得的漏磁信號包括斷絲引起的漏磁場SB和噪聲SN.重復(fù)測試時，兩個測試序列之間信號分量SB的相關(guān)性較高，信號分量SN的相關(guān)性較低.因此，對拉索進(jìn)行重復(fù)測試，提取相應(yīng)的信號片段進(jìn)行互相關(guān)分析，有缺陷的信號片段相關(guān)性較高，無缺陷的信號片段相關(guān)性較低.缺陷信息將在短時互相關(guān)序列的局部極大值位置顯現(xiàn)出來.

1.1 短時互相關(guān)

兩個時間序列間的短時互相關(guān)(STCC)如下所示[18]：

rst(n,k)=S1(n,k)?S2(n,k)=

(1)

(2)

(3)

式中：Si(n,k)(i=1,2)是序列Si中以(k+K/2)為中心、窗寬為K的片段.

1.2 有效互相關(guān)

重復(fù)測試時，鋼絲斷絲引起的漏磁場應(yīng)出現(xiàn)在漏磁信號序列的相同位置.實(shí)際檢測中位移傳感器可能打滑，導(dǎo)致重復(fù)測試信號之間有位置偏差.通過式(2)對互相關(guān)函數(shù)取最大值可消除位置偏差的影響，增強(qiáng)兩個序列中信號分量SB之間的相關(guān)性，但此過程也可能增強(qiáng)了兩個序列中信號分量SN之間的相關(guān)性.由于位移傳感器的誤差通常較小，式(2)對噪聲SN的增強(qiáng)作用可能會超出對信號SB的增強(qiáng)作用.因此，互相關(guān)計(jì)算時應(yīng)綜合考慮相關(guān)系數(shù)R與序列間的時移τ，采用文獻(xiàn)[18]中提出的有效互相關(guān)(ECC)來代替式(2)，如下所示：

(4)

式中：A為常數(shù)，用來調(diào)整R(k)的幅值.A>1時，recc(k)隨著時間差τ(k)的增大而減小.當(dāng)時間差τ(k)=0時，式(4)的分母為1；當(dāng)時間差τ(k)取最大值時，式(4)的分母為A.本文中取A=10.

式(2)與式(4)中的短時互相關(guān)與有效互相關(guān)均未歸一化.在文獻(xiàn)[18]中，S1(n,k)和S2(n,k)有效互相關(guān)的歸一化采用式(5)，如下所示：

(5)

式中：r1,2(k)是序列S1(n,k)和S2(n,k)采用式(4)計(jì)算的互相關(guān)系數(shù);r1,1(k)、r2,2(k)分別是序列S1(n,k)和S2(n,k)的自相關(guān)系數(shù).

1.3 有效互相關(guān)的重新歸一化

式(5)計(jì)算得到的互相關(guān)系數(shù)單純反映了相關(guān)性，實(shí)際上漏磁信號的幅值與短時能量也是較有效的特征參數(shù).因此，本文中提出一種算法對有效短時互相關(guān)進(jìn)行歸一化，如下所示：

(6)

式(6)中采用了統(tǒng)一的分母對整個r1,2(k)序列進(jìn)行歸一化，這一過程保留了漏磁信號的相對幅值信息.由于式(1)與信號的短時能量計(jì)算公式相似，因此式(6)可看作是漏磁信號短時能量特征與有效短時互相關(guān)特征的結(jié)合.

1.4 損傷識別方法與流程

將有效互相關(guān)系數(shù)引入漏磁信號分析，并基于重新歸一化的有效短時互相關(guān)進(jìn)行斷絲識別.具體流程如圖2所示，算法在Matlab軟件平臺中編程實(shí)現(xiàn).詳細(xì)步驟如下所示：

步驟1采用維納濾波對采集的信號進(jìn)行降噪，具體算法此處不展開討論，可參考文獻(xiàn)[19].

步驟2對于多組重復(fù)測試信號，可選定一組作為基準(zhǔn)信號，分別與其他測試信號進(jìn)行互相關(guān)分析，根據(jù)互相關(guān)函數(shù)最大值的位置可求得兩組信號之間的時延，之后可通過循環(huán)補(bǔ)位的方法將各信號調(diào)整到與基準(zhǔn)信號同步的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)信號同步.

圖2 基于有效短時互相關(guān)的損傷識別方法流程

步驟3使用矩形窗對同步后的信號進(jìn)行分幀，漏磁信號為空間采樣，經(jīng)試算，設(shè)置信號分幀的窗寬60 mm為宜.在基于短時能量法進(jìn)行損傷識別時也使用該窗寬.

(7)

步驟5設(shè)置閾值T1，預(yù)判局部極大值所在的每一幀信號是否屬于有損傷段.取兩組無損傷索體測試信號有效短時互相關(guān)序列的最大值加上0.05×(最大值-最小值).在差分超限數(shù)和短時能量的計(jì)算中，也采用類似的閾值.

步驟6計(jì)算有效短時互相關(guān)序列中局部極大值與相鄰局部極小值間的差值(記作DMESC).

步驟7設(shè)置閾值T2，若DMESC大于T2，則判定為有局部損傷，否則判定為無損傷.DMESC以分貝為單位，T2取0.7 dB.

2 試驗(yàn)布置

2.1 測試系統(tǒng)

基于索支承橋梁拉索足尺模型試驗(yàn)對本文所提出的損傷識別方法進(jìn)行驗(yàn)證.拉索漏磁檢測的實(shí)物照片如圖3所示.測試系統(tǒng)主要由以下部分構(gòu)成：待測拉索、漏磁檢測設(shè)備、卷揚(yáng)機(jī)、信號采集箱和計(jì)算機(jī).

圖3 漏磁檢測試驗(yàn)實(shí)物圖

試驗(yàn)中的拉索采用φ7-121平行鋼絲索，拉索護(hù)套采用單護(hù)層，拉索外徑為100 mm，索長為10.5 m.拉索上端固定在混凝土墻上，下端放置于地面支座上，索體基本處于無應(yīng)力狀態(tài).漏磁檢測設(shè)備采用LRM-XXI?鋼絲繩診斷系統(tǒng)，包括檢測設(shè)備主體與信號采集箱兩部分.測試時，設(shè)備在變頻卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動下沿拉索全長掃描，按照2.5 mm的間隔對漏磁信號進(jìn)行等空間采樣.測試傳感器嵌固在檢測設(shè)備內(nèi)部，測量索體外部漏磁場的軸向分量.采集的信號可通過有線或無線方式實(shí)時傳輸?shù)接?jì)算機(jī)上.

2.2 鋼絲損傷設(shè)定

試驗(yàn)中使用的拉索共兩根：一根為無損傷拉索，護(hù)套為光滑護(hù)套，用于確定漏磁檢測的系統(tǒng)噪聲水平；另一根拉索的護(hù)套外設(shè)置雙螺旋線，并在拉索內(nèi)部設(shè)置斷絲損傷.鋼絲缺陷產(chǎn)生的漏磁場隨著缺陷與測試傳感器之間的距離呈平方衰減，并與斷口寬度有關(guān)[20].大體上，越靠近索體中心、斷口寬度越小，漏磁信號越弱.為全面衡量鋼絲缺陷的檢出能力，在拉索中設(shè)置8種內(nèi)層缺陷、10種中層缺陷和10種外層缺陷，缺陷部位如圖4所示；缺陷的斷口寬度為0～40 mm，如表1所示.各缺陷均為單根斷絲，缺陷占鋼絲總橫截面積的比例為0.83%.

由于內(nèi)部斷絲無法在制作完成的成品索上直接加工，試驗(yàn)時使用預(yù)先截?cái)嗟匿摻z片段拼裝成拉索，并在上海浦江纜索股份有限公司按照成品索工藝擠塑成成品拉索.在拉索拼裝時，為確保鋼絲斷口保持在預(yù)設(shè)的寬度，在斷絲位置使用特定長度的尼龍柱銜接并固定鋼絲.由于尼龍為非鐵磁性材料，因此不會對漏磁檢測產(chǎn)生任何信號擾動.在鋼絲拼裝完成后，對鋼絲進(jìn)行纏包，并在索體端部將所有鋼絲焊接到同一個斷面上，以免在索體加工過程中發(fā)生鋼絲與鋼絲缺陷位置的錯動.

圖4 拉索內(nèi)部鋼絲缺陷位置以及斷絲模擬方式(單位：mm)

2.3 測試條件

拉索加工完成后，分別對無損傷拉索和有損傷拉索使用如圖3所示系統(tǒng)開展漏磁檢測試驗(yàn).對拉索模型進(jìn)行多次重復(fù)測試，以評估各損傷識別方法的準(zhǔn)確性.對每根拉索重復(fù)測試9次，設(shè)備在卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動下的行走速度約為0.43 m·s-1.在測試過程中，為了避免設(shè)備爬行至端部時發(fā)生碰撞，設(shè)備的自由行走長度設(shè)定為9 m左右.

表1 拉索內(nèi)部缺陷鋼絲的斷口寬度

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)測漏磁信號

對無損傷拉索和有損傷拉索進(jìn)行漏磁檢測，典型的測試信號如圖5所示.漏磁檢測中采用感應(yīng)線圈傳感器，傳感器輸出與設(shè)備掃描速度成正比，在設(shè)備啟動與停止時(測試長度為0和9 m位置)，速度突變產(chǎn)生了明顯的信號擾動.在索體的中部區(qū)域，掃描速度平穩(wěn)，隨機(jī)噪聲產(chǎn)生的信號波動通常在±8 mV以內(nèi).

從有損傷拉索的測試信號可知，漏磁信號強(qiáng)度受斷絲部位與斷口寬度影響顯著.外層斷絲O2～O10引起了明顯的漏磁信號，可直接通過觀察來判定存在的鋼絲局部損傷，損傷面積與索體鋼絲總面積之比約為0.83%，漏磁信號對于外層斷絲的敏感性與識別能力較高.隨著缺陷部位向索體中心移動，缺陷與傳感器之間的距離逐漸增大，漏磁場強(qiáng)度迅速衰減并且受到外層鋼絲的屏蔽作用，測得的漏磁信號微弱且信噪比很低.由圖5b可知，斷口寬度較大的中層缺陷M3～M10引起了輕微的信號擾動，而M1～M2和C1～C8等缺陷引起的信號則淹沒在噪聲中.

此外，外層O1缺陷引起的漏磁信號也不明顯，主要原因在于該缺陷距測試的起點(diǎn)較近(約0.30 m)，此時檢測設(shè)備尚在加速，掃描速度低，使得感應(yīng)線圈傳感器的輸出微弱.

a 無損傷拉索

b 有損傷拉索

基于維納濾波對漏磁信號進(jìn)行降噪，結(jié)果如圖6所示.維納濾波時無損傷信號截自無損傷拉索測試信號的中間7 m，之后與有損傷拉索的測試信號相接，以便于對比.降噪后，鋼絲斷絲引起的漏磁信號更加凸顯，但對于信噪比較低的內(nèi)層斷絲，漏磁信號的波形嚴(yán)重失真，人工判斷損傷有較大的誤差和隨機(jī)性，更精確的識別應(yīng)基于自動化的方法進(jìn)行.

3.2 斷絲識別結(jié)果

基于差分超限數(shù)法、短時能量法和本文方法進(jìn)行鋼絲斷絲識別.對于某一次測試，基于漏磁信號的損傷判別結(jié)果如圖7所示.圖7中，虛線對應(yīng)實(shí)際損傷位置，點(diǎn)劃線對應(yīng)由各方法識別的損傷位置.

圖6 降噪后漏磁信號

圖7a～c中，0～7 m對應(yīng)無損傷拉索的測試信號，7～16 m對應(yīng)有損傷拉索的測試信號.圖7a中柱狀圖的高度代表差分超限數(shù)，寬度代表差分超限的區(qū)間.由圖7a可知，對于信噪比較高位置的缺陷(如O2～O10)，差分超限數(shù)的幅值和區(qū)間均很平穩(wěn)，并且對損傷的定位較準(zhǔn)確.

圖7b表明，短時能量在損傷位置形成局部最大值，并且對于損傷信號和非損傷信號具有較大的區(qū)分度.本文方法的識別結(jié)果如圖7c所示，其中R1,2,3表示互相關(guān)系數(shù)，由測試1和測試2之間的互相關(guān)系數(shù)R1,2、測試1和測試3之間的互相關(guān)系數(shù)R1,3以及測試2和測試3之間的互相關(guān)系數(shù)R2,3取平均得到.基于本文方法的識別結(jié)果與基于短時能量法的識別結(jié)果相似，但剔除了部分高頻噪聲的干擾.例如，短時能量法在O1和O2缺陷之間多檢出了一處缺陷，而本文方法在此位置不存在可能造成誤判的干擾波形.這說明，本文方法融合了短時能量與有效互相關(guān)兩種特征后，提高了識別精度.

由于測試結(jié)果中存在隨機(jī)誤差，并且損傷識別的準(zhǔn)確率受損傷部位與大小的影響，通常外層的大缺陷(斷口寬度大)容易識別，內(nèi)層的小缺陷難以識別.為精確評估各損傷識別方法的效果，基于多次測試結(jié)果，針對每一處損傷計(jì)算各方法的識別精度.為便于量化對比，提出檢出率、漏檢率與多檢率三項(xiàng)指標(biāo)，定義如下所示：

(1)檢出率.在設(shè)定的缺陷位置檢出損傷的次數(shù)與測試次數(shù)之比.檢出率中包括多檢的情況，可能大于100%.

(2)漏檢率.在設(shè)定的缺陷位置未檢出損傷的次數(shù)與測試次數(shù)之比.考慮到加工過程中索體缺陷位置可能因吊裝時受力發(fā)生錯動以及測試過程中位移傳感器可能打滑，統(tǒng)計(jì)時允許判定的損傷位置有±15 cm的誤差，超出此范圍則認(rèn)為缺陷未被檢出.

a 差分超限數(shù)法

b 短時能量法

c 本文方法

(3)多檢率.在設(shè)定的缺陷位置檢出多個缺陷或在未設(shè)定缺陷處檢出缺陷的次數(shù)與測試次數(shù)之比.多檢的情形包括在第一處缺陷之前和最后一處缺陷之后誤判的“缺陷”以及在中部缺陷設(shè)定位置前后15 cm范圍內(nèi)判定的個數(shù)超過1的“缺陷”.多檢率計(jì)算時考慮誤判的次數(shù).例如，若在一次測試中某一特定位置判定的缺陷個數(shù)為3，則計(jì)算多檢率時該次測試按2次計(jì)入.在極端的情形下，多檢率可能會大于100%.

三種方法對應(yīng)的損傷檢出率、漏檢率和多檢率的對比如表2所示.由于測試重復(fù)了9次，差分超限數(shù)法和短時能量法基于單次測試進(jìn)行損傷識別，可得到9組結(jié)果；本文方法基于3次測試的兩兩互相關(guān)的平均值進(jìn)行損傷識別，可得到84組結(jié)果.因此，在進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算時，這三種方法分別基于9組結(jié)果與84組結(jié)果進(jìn)行計(jì)算.

O2缺陷檢出率最高的是短時能量法，為100.0%(=9/9)，本文方法檢出率為98.8%(=83/84).C2、C4、C6、C7缺陷檢出率最高的為差分超限數(shù)法，檢出率分別為77.8%、100.0%、44.4%、77.8%.本文方法對應(yīng)的檢出率分別為56.0%、95.2%、35.7%、70.2%，與最高檢出率較接近.對于其他23處缺陷，本文方法的檢出率均為三種方法中的最高值.

表2 三種方法的損傷識別結(jié)果

注：加粗字體為缺陷的最高檢出率.

對比各層缺陷可知，本文方法對于外層、中層和內(nèi)層斷絲的平均檢出率分別為97.4%、94.1%和76.2%，檢出率隨著缺陷靠近索體中心而遞減.這一規(guī)律同樣存在于其他兩種方法中.對于差分超限數(shù)法，對應(yīng)數(shù)據(jù)為88.9%、71.7%和69.5%；對于短時能量法，對應(yīng)數(shù)據(jù)為96.7%、71.1%和55.6%.對于各層斷絲，本文方法均有最高的檢出率.

差分超限數(shù)法、短時能量法和本文方法對各缺陷的檢出率平均值分別為77.0%、75.8%和90.1%，檢出率標(biāo)準(zhǔn)差分別為20.3%、26.7%和16.8%，多檢率平均值分別為6.3%、6.3%、3.7%.顯然，本文方法的識別精度更高.

此外，檢出率與多檢率呈同步變化，調(diào)整算法參數(shù)(如閾值)可進(jìn)一步提高檢出率，但同時也會提高多檢率.若采用檢出率與多檢率之差來衡量判別方法的精度，則差分超限數(shù)法、短時能量法和本文方法的判別精度分別為70.7%、69.5%和86.4%.差分超限數(shù)法的判別精度略高于短時能量法，本文方法的損傷判別精度則比前兩者提高了15.7%～16.9%.

3.3 斷絲定位結(jié)果

采用三種方法進(jìn)行損傷判別，可得到各損傷在拉索縱向的位置.基于差分超限數(shù)法定位損傷時取一個獨(dú)立的差分超限序列的中間位置(見圖7)，其余兩種方法則取短時能量或互相關(guān)的局部極大值作為損傷位置.損傷定位的誤差統(tǒng)計(jì)參數(shù)如表3所示.由表3可知，從定位誤差平均值的角度看，各方法的定位誤差中短時能量法最小、本文方法居中、差分超限數(shù)法最大，誤差的平均值分別為16.6 mm、20.6 mm和39.7 mm.考慮到正負(fù)誤差在計(jì)算中可能相互抵消，先對定位誤差取絕對值再求平均，則相應(yīng)的平均值為26.5 mm、34.7 mm和48.7 mm.

表3 三種方法的損傷定位誤差

對比不同缺陷的定位誤差可知，表層斷絲的定位誤差最小、中層斷絲次之、內(nèi)層斷絲誤差最大.這是由斷絲漏磁場的特點(diǎn)決定的，漏磁場以缺陷為中心向周圍擴(kuò)散、衰減，內(nèi)層斷絲的漏磁場幅值更小、范圍更大，損傷定位時更易受噪聲干擾.然而，從定位誤差的數(shù)值上看，各方法的損傷定位精度均已足夠高，基本滿足橋梁檢測的實(shí)際需求.

4 結(jié)論

(1)拉索內(nèi)部斷絲的可識別性與斷絲的部位和斷口寬度有關(guān).斷絲越靠近外層、斷口寬度越大，產(chǎn)生的漏磁信號越強(qiáng)，缺陷越容易被識別出來.在評估鋼絲損傷的識別效果時，必須充分考慮斷絲的部位與斷口寬度的影響.

(2)在本文試驗(yàn)中，斷口寬度大于0.5 mm的外層單根斷絲可直接從漏磁信號中識別出，對應(yīng)的損傷面積占索體鋼絲總面積的0.83%，漏磁檢測對于外層斷絲具有較高的損傷識別能力.

(3)本文方法融合了有效互相關(guān)與短時能量兩種特征，對于各層斷絲的識別能力均有所提升，中層和內(nèi)層斷絲的識別能力提升效果尤其顯著，在低信噪比下仍取得了較高的損傷識別精度.從整體上看，本文方法的損傷判別精度比既有方法提高了15.7%～16.9%.

(4)本文方法對于斷絲在索體軸向的平均定位誤差約為3.5 cm，基本滿足橋梁檢測的實(shí)際需求.