磁彈索力測(cè)量方法及其可重構(gòu)磁彈索力傳感器的制造方法
【專利摘要】一種磁彈索力測(cè)量方法及其可重構(gòu)磁彈索力傳感器，方法包括步驟：對(duì)鋼索進(jìn)行磁化；監(jiān)測(cè)鋼索的應(yīng)力變化；獲得鋼索的實(shí)時(shí)索力值。使用上述方法對(duì)鋼索索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠?qū)︿撍饕淮涡源呕瑫r(shí)在多個(gè)方向上對(duì)感應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行獲取，這樣可以提高本發(fā)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。一種可重構(gòu)磁彈索力傳感器，主體單元包括：殼體、第一信號(hào)輸出接頭、第二信號(hào)輸出接頭、信號(hào)輸入接頭、磁軛、定位板、激勵(lì)導(dǎo)線以及感應(yīng)線圈，激勵(lì)導(dǎo)線纏繞于槽體結(jié)構(gòu)上，感應(yīng)線圈設(shè)置于定位板的內(nèi)側(cè)面上并與磁軛同軸設(shè)置，接頭與線圈之間連接，兩個(gè)主體單元對(duì)接。該傳感器由于激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈不必現(xiàn)場(chǎng)繞制，既可以保證繞制線圈的一致性確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，又降低作業(yè)難度，減少工作量。
【專利說明】
磁彈索力測(cè)量方法及其可重構(gòu)磁彈索力傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及鋼索索力測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，特別涉及一種磁彈索力測(cè)量方 法以及一種可重構(gòu)磁彈索力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 鋼索由于具有柔性大、抗拉強(qiáng)度高、負(fù)載傳遞距離長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在 大跨度橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)與牽引機(jī)械等領(lǐng)域。例如斜拉索、客運(yùn)索道與電梯用鋼絲繩以 及各種起重設(shè)備吊索等等。鋼索在服役過程中，受大氣環(huán)境腐蝕、機(jī)械摩擦或疲勞損傷等影 響將出現(xiàn)損傷累積；同時(shí)由于載荷的不確定性，不可避免地產(chǎn)生各種損傷，導(dǎo)致鋼索實(shí)際承 受載荷的能力降低，使得鋼索有可能因超載而突然發(fā)生斷裂，造成重大安全事故和經(jīng)濟(jì)損 失。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外鋼索的索力監(jiān)測(cè)技術(shù)一般采用四種方式:油壓表讀數(shù)法、壓力傳感器 測(cè)定法、頻率測(cè)定法、磁彈效應(yīng)法。其中磁彈效應(yīng)法為非接觸方法，且磁彈索力傳感器具有 輸出功率大、信號(hào)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、過載保護(hù)能力強(qiáng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)，不僅適 用于靜態(tài)測(cè)量，而且適用于動(dòng)態(tài)在線索力測(cè)量，并能實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)采樣，同時(shí)鋼索表面的 腐蝕層和保護(hù)塑料套管對(duì)測(cè)量結(jié)果無影響，并且還可以測(cè)試鋼索的腐蝕狀況，是鋼索健康 監(jiān)測(cè)最具潛力的測(cè)量方法。
[0004] 請(qǐng)參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的套筒式磁彈索力傳感器的局部結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0005] -種典型套筒式磁彈索力傳感器，其包括有激勵(lì)線圈V和感應(yīng)線圈2'，激勵(lì)線圈 V與感應(yīng)線圈2'采用同軸繞制，由激勵(lì)線圈V施加脈沖波信號(hào)，由感應(yīng)線圈2'產(chǎn)生感應(yīng)電 信號(hào)。套筒式磁彈索力傳感器主要用于新建橋梁的斜拉鋼索應(yīng)力測(cè)量，在橋梁新建時(shí)安裝 到鋼索端部，鋼索再使用牽拉裝置固定，鋼索使用后，可利用套筒式磁彈索力傳感器連接其 測(cè)量?jī)x器對(duì)鋼索應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控，這種套筒式磁彈索力傳感器一般按安裝后不再拆除。對(duì)于 已建橋梁的鋼索a、如果采用套筒式結(jié)構(gòu)，只能采取現(xiàn)場(chǎng)繞制的方式，但這種方式繞制的線 圈難以保證一致性，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生較大誤差，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)繞制工 作量大，操作不便，這不但增加作業(yè)難度，對(duì)工人的技術(shù)要求高。
[0006] 請(qǐng)參考圖2,圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的旁路式磁彈索力傳感器的局部結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0007] -種旁路式磁彈索力傳感器，其采用U型磁輒，激勵(lì)線圈V預(yù)制在磁輒上，這樣激 勵(lì)線圈V不用現(xiàn)場(chǎng)繞制，磁通量穿過磁輒進(jìn)入鋼索Y，能實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼索的磁化。但這種傳感器 由于感應(yīng)線圈2'還需要繞制在鋼索上，特別是針對(duì)非圓形的鋼索，如果U型磁輒位于鋼索不 同的圓周上位置，即使鋼索處于相同的應(yīng)力狀態(tài)，也會(huì)計(jì)算出不同的測(cè)量結(jié)果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] (一)技術(shù)問題
[0009] 綜上所述，在橋梁新建時(shí)，傳統(tǒng)套筒式磁彈索力傳感器一般安裝到鋼索的底部，安 裝后一般也不會(huì)拆除，對(duì)于已建橋梁的鋼索，只能采取現(xiàn)場(chǎng)繞制的方式，而現(xiàn)有旁路式結(jié)構(gòu) 的磁彈索力傳感器的U型磁輒位于鋼索不同的圓周上位置時(shí)，即使鋼索處于相同的應(yīng)力狀 態(tài)，也會(huì)計(jì)算出不同的測(cè)量結(jié)果，現(xiàn)有旁路式結(jié)構(gòu)的磁彈索力傳感器的感應(yīng)線圈在使用時(shí) 都需現(xiàn)場(chǎng)繞制。這種現(xiàn)場(chǎng)繞制的線圈難以保證一致性，難以進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)定，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果 會(huì)產(chǎn)生較大誤差，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)繞制工作量大，操作不便，這不但增加作業(yè)難度，對(duì)工人的技術(shù) 要求高。
[0010] 那么，如何提供一種使用方便、快捷，同時(shí)還具有較高測(cè)量精度的索力傳感器，成 為了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。
[0011] (二)技術(shù)方案
[0012] 本申請(qǐng)涉及無損監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，針對(duì)傳統(tǒng)套筒式磁彈索力傳感器難以對(duì)已建橋梁鋼索 應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量的問題，發(fā)明提供了一種可重構(gòu)式磁彈索力傳感器以及一種測(cè)量方法，該傳 感器重量輕、體積小，且安裝簡(jiǎn)單方便，后期維護(hù)簡(jiǎn)單，特別適合用于非圓形鋼索應(yīng)力的測(cè) 量。
[0013] 具體地，本發(fā)明提供了一種磁彈索力測(cè)量方法，該方法包括步驟：
[0014] S1、利用雙向激勵(lì)方波信號(hào)通過激勵(lì)線圈對(duì)鋼索進(jìn)行磁化；
[0015] S2、圍繞鋼索的外緣等間隔布置多個(gè)感應(yīng)線圈，并且使得全部的所述感應(yīng)線圈與 鋼索同軸，獲取所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓，基于磁彈效應(yīng)利用所述感應(yīng)線圈對(duì)鋼索的應(yīng)力 變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)；
[0016] S3、對(duì)獲取的感應(yīng)電壓進(jìn)行信號(hào)處理，并獲得鋼索的實(shí)時(shí)索力值。
[0017] 具體地，本發(fā)明還提供了一種可重構(gòu)磁彈索力傳感器，該傳感器包括傳感器主 體，所述傳感器主體包括有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主體單元組成；
[0018] 所述主體單元包括:殼體、第一信號(hào)輸出接頭、第二信號(hào)輸出接頭、信號(hào)輸入接頭、 磁輒、定位板、激勵(lì)導(dǎo)線以及感應(yīng)線圈；
[0019] 所述殼體具有容置腔室；
[0020] 所述磁輒為半圓形柱體結(jié)構(gòu)，沿所述磁輒的軸向位于其中部為槽體結(jié)構(gòu)，所述槽 體結(jié)構(gòu)的橫截面為半圓形面，所述槽體結(jié)構(gòu)與所述磁輒同軸，所述激勵(lì)導(dǎo)線纏繞于所述槽 體結(jié)構(gòu)上并形成有激勵(lì)線圈；
[0021 ]所述定位板為橫截面成半圓形的板材結(jié)構(gòu)；
[0022] 所述感應(yīng)線圈為螺線管線圈，所述感應(yīng)線圈包括有多個(gè)，全部的所述感應(yīng)線圈等 間隔設(shè)置于所述定位板的內(nèi)側(cè)面上，所述感應(yīng)線圈與所述磁輒同軸設(shè)置；
[0023] 所述定位板設(shè)置于所述槽體結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面上并與所述磁輒形成有監(jiān)測(cè)單元，所述 監(jiān)測(cè)單元設(shè)置于所述容置腔室內(nèi)；
[0024]所述第一信號(hào)輸出接頭、所述第二信號(hào)輸出接頭、所述信號(hào)輸入接頭均設(shè)置于所 述殼體上，所述激勵(lì)導(dǎo)向的一端為激勵(lì)接線端，所述激勵(lì)接線圈與所述信號(hào)輸入接頭連接， 所述感應(yīng)線圈的一端與所述第一信號(hào)輸出接頭連接，所述感應(yīng)線圈的另一端與所述第二信 號(hào)輸出接頭連接；
[0025]兩個(gè)所述主體單元對(duì)接，分設(shè)于兩個(gè)所述主體單元上的全部感應(yīng)線圈形成一個(gè)環(huán) 形的感應(yīng)線圈組。
[0026] 優(yōu)選地，所述殼體、所述磁輒以及所述定位板之間為相互獨(dú)立的部件，所述殼體上 開設(shè)有第一安裝孔，所述磁輒上開設(shè)有于所述第一安裝孔對(duì)應(yīng)的第二安裝孔，所述定位板 上設(shè)置有與所述第二安裝孔對(duì)應(yīng)的連接法蘭;還包括有連接螺栓，所述連接螺栓穿過所述 第一安裝孔、第二安裝孔以及所述連接法蘭將所述殼體、所述磁輒以及所述定位板固定連 接;所述激勵(lì)線圈的長(zhǎng)度為所述感應(yīng)線圈長(zhǎng)度的1.5-2.5倍。
[0027] 優(yōu)選地，于所述激勵(lì)線圈的外側(cè)包括有防護(hù)層。
[0028] 優(yōu)選地，兩個(gè)所述殼體對(duì)接后通過螺栓固定連接。
[0029] 優(yōu)選地，于一個(gè)所述主體單元上設(shè)置的所述感應(yīng)線圈為非圓件構(gòu)件邊數(shù)的3-5倍。
[0030] 優(yōu)選地，所述殼體為非鐵磁性不銹鋼殼體。
[0031] 優(yōu)選地，所述第一信號(hào)輸出接頭為航空插頭;所述第二信號(hào)輸出接頭為航空插頭； 所述信號(hào)輸入接頭為航空插頭。
[0032] 優(yōu)選地，本發(fā)明還包括有信號(hào)處理系統(tǒng)；
[0033]所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括有信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、一級(jí)濾波放大器、模擬積分電 路元件、二級(jí)濾波放大器、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及處理器；
[0034]所述信號(hào)發(fā)生器與所述功率放大器連接，所述功率放大器與所述信號(hào)輸入接頭連 接；
[0035] 所述一級(jí)濾波放大器、所述模擬積分電路元件、所述二級(jí)濾波放大器以及所述A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換器依次連接形成有信號(hào)輸出回路；
[0036] 所述信號(hào)輸出回路包括有兩條，其中一條用于所述第一信號(hào)輸出接頭與所述處理 器之間的連接，另一條用于所述第二信號(hào)輸出接頭與所述處理器之間的連接
[0037](三)有益效果
[0038] 在本發(fā)明提供的磁彈索力測(cè)量方法中，將感應(yīng)線圈設(shè)置多個(gè)，并且，設(shè)定感應(yīng)線圈 圍繞鋼索成圓形方式設(shè)計(jì)，在實(shí)際情況中，感應(yīng)線圈以及激勵(lì)線圈均采用既定形式設(shè)置在 裝置主體上，在使用時(shí)，直接將裝置主體設(shè)置到鋼索的外側(cè)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化索力測(cè)量程序的 目的，并且，使用上述方法對(duì)鋼索索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠?qū)︿撍饕淮涡源呕瑫r(shí)在多個(gè)方 向上對(duì)感應(yīng)電信號(hào)進(jìn)行獲取，這樣可以提高本發(fā)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。
[0039] 在本發(fā)明提供的可重構(gòu)磁彈索力傳感器中，本發(fā)明將激勵(lì)線圈以及感應(yīng)線圈集成 設(shè)置到主體單元的殼體內(nèi)，在使用時(shí)，只需將兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主體單元對(duì)稱放置，用螺栓緊 固即可完成傳感器的安裝，其拆卸也十分簡(jiǎn)便。由于激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈都不必現(xiàn)場(chǎng)繞制， 這樣既可以保證繞制線圈的一致性，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，又可以降低作業(yè)難度，減少工 人的工作量，對(duì)工人本身的要求也很低，同時(shí)也可以較少維護(hù)的步驟和費(fèi)用。
【附圖說明】
[0040] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的套筒式磁彈索力傳感器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中一種典型的旁路式磁彈索力傳感器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042] 在圖1和圖2中，部件名稱與附圖標(biāo)記的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
[0043]激勵(lì)線圈V、感應(yīng)線圈2'、鋼索a';
[0044] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中可重構(gòu)磁彈索力傳感器在使用狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖4為本發(fā)明實(shí)施例中主體單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例中磁輒纏繞有激勵(lì)線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖6為本發(fā)明實(shí)施例中磁輒纏繞有激勵(lì)線圈的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例中感應(yīng)線圈與鋼索之間的位置關(guān)系圖示；
[0049] 在圖1至圖7中，部件名稱與附圖標(biāo)記的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：
[0050] 殼體1、第一信號(hào)輸出接頭2、第二信號(hào)輸出接頭3、
[0051 ]信號(hào)輸入接頭4、磁輒5、定位板6、激勵(lì)導(dǎo)線7、感應(yīng)線圈8。
【具體實(shí)施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于 說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0053]在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，"多個(gè)"的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上;術(shù)語"上"、 "下"、"左"、"右"、"內(nèi)"、"外"、"前端"、"后端"、"頭部"、"尾部"等指示的方位或位置關(guān)系為 基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗 示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì) 本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"等僅用于描述目的，而不能理解為指示或 暗示相對(duì)重要性。
[0054] 在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語"相連"、"連 接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接;可以是機(jī) 械連接，也可以是電連接;可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0055] 本發(fā)明提供了一種磁彈索力測(cè)量方法，在該方法中，首先利用雙向激勵(lì)方波信號(hào) 通過激勵(lì)線圈對(duì)鋼索進(jìn)行磁化;之后，圍繞鋼索的外緣等間隔布置多個(gè)感應(yīng)線圈，并且使得 全部的感應(yīng)線圈與鋼索同軸，獲取感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓，基于磁彈效應(yīng)利用感應(yīng)線圈對(duì)鋼 索的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)；最后，對(duì)獲取的感應(yīng)電壓進(jìn)行信號(hào)處理，并獲得鋼索的實(shí)時(shí)索力 值。
[0056] 在上述方法中，本發(fā)明將感應(yīng)線圈設(shè)置多個(gè)，并且，設(shè)定感應(yīng)線圈圍繞鋼索成圓形 方式設(shè)計(jì)，在實(shí)際情況中，感應(yīng)線圈以及激勵(lì)線圈均采用既定形式設(shè)置在裝置主體上，在 使用時(shí)，直接將裝置主體設(shè)置到鋼索的外側(cè)，從而達(dá)到簡(jiǎn)化索力測(cè)量程序的目的，并且，使 用上述方法對(duì)鋼索索力進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，能夠?qū)︿撍饕淮涡源呕瑫r(shí)在多個(gè)方向上對(duì)感應(yīng)電 信號(hào)進(jìn)行獲取，這樣可以提高本發(fā)明監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。
[0057]請(qǐng)參考圖3至圖7,其中，圖3為本發(fā)明實(shí)施例中可重構(gòu)磁彈索力傳感器在使用狀態(tài) 下的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中主體單元的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例 中磁輒纏繞有激勵(lì)線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中磁輒纏繞有激勵(lì)線圈的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中感應(yīng)線圈與鋼索之間的位置關(guān)系圖示。
[0058] 本發(fā)明還提供了 一種可重構(gòu)磁彈索力傳感器，該傳感器包括傳感器主體，傳感器 主體包括有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主體單元組成。
[0059] 其中，主體單元包括:殼體1、第一信號(hào)輸出接頭2、第二信號(hào)輸出接頭3、信號(hào)輸入 接頭4、磁輒5、定位板6、激勵(lì)導(dǎo)線7以及感應(yīng)線圈8。
[0060] 激勵(lì)導(dǎo)線7采用漆包線，感應(yīng)線圈8同樣采用漆包線繞制成為螺旋線圈結(jié)構(gòu)。激勵(lì) 導(dǎo)線7通過人工或者機(jī)器纏繞到磁輒5上形成激勵(lì)線圈，如此，在本發(fā)明中，激勵(lì)線圈以及感 應(yīng)線圈8結(jié)構(gòu)固定，在使用時(shí)不需要對(duì)線圈進(jìn)行重新纏繞，不僅簡(jiǎn)化了索力測(cè)量的測(cè)量程 序，同時(shí)由于線圈結(jié)構(gòu)既定，其獲取的電信號(hào)后期處理方法既定，能夠極大程度地簡(jiǎn)化本發(fā) 明的數(shù)據(jù)處理程序。
[0061] 殼體1對(duì)線圈具有保護(hù)作用，在殼體1上成型有容置腔室。在本發(fā)明中，主體單元包 括有兩個(gè)，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，兩個(gè)主體單元對(duì)接使用，殼體1還具有連接的功能，兩個(gè)殼體通過 螺栓實(shí)現(xiàn)固定連接。主體單元對(duì)接后，兩個(gè)殼體相互連接，殼體1上具有的容置腔室能夠形 成一個(gè)封閉的圓柱形腔體結(jié)構(gòu)。鋼索穿過該腔體，激勵(lì)線圈以及感應(yīng)線圈8設(shè)置在該圓柱形 腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)并包裹在鋼索的外側(cè)。
[0062] 磁輒5采用半圓形柱體結(jié)構(gòu)，沿磁輒5的軸向、位于其中部設(shè)置有槽體結(jié)構(gòu)，槽體結(jié) 構(gòu)的橫截面為半圓形面，槽體結(jié)構(gòu)與磁輒5同軸，激勵(lì)導(dǎo)線7纏繞于槽體結(jié)構(gòu)上并形成有激 勵(lì)線圈。磁輒5上設(shè)置的槽體結(jié)構(gòu)用于安裝定位板6以及感應(yīng)線圈8。
[0063] 定位板6通過板材彎曲成型，其橫截面成半圓形結(jié)構(gòu)，當(dāng)感應(yīng)線圈8設(shè)置到定位板6 上，兩個(gè)定位板6(主體單元對(duì)接后)能夠形成一個(gè)圓筒結(jié)構(gòu)，設(shè)置在定位板6上的感應(yīng)線圈 8在定位板6的限位作用下形成環(huán)形的感應(yīng)線圈組。
[0064] 在此限定:感應(yīng)線圈8為螺線管線圈，感應(yīng)線圈8包括有多個(gè)，全部的感應(yīng)線圈8等 間隔設(shè)置于定位板6的內(nèi)側(cè)面上，感應(yīng)線圈8與磁輒5同軸設(shè)置。
[0065] 在本發(fā)明中，接頭與線圈之間的具體連接結(jié)構(gòu)為:第一信號(hào)輸出接頭2、第二信號(hào) 輸出接頭3、信號(hào)輸入接頭4均設(shè)置于殼體1上，激勵(lì)導(dǎo)向的一端為激勵(lì)接線端，激勵(lì)接線圈 與信號(hào)輸入接頭4連接，感應(yīng)線圈8的一端與第一信號(hào)輸出接頭2連接，感應(yīng)線圈8的另一端 與第二信號(hào)輸出接頭3連接。
[0066] 本發(fā)明的測(cè)量原理是:基于鐵磁性材料的磁彈效應(yīng)(逆磁致伸縮效應(yīng)、壓磁效應(yīng)）， 即當(dāng)鐵磁性材料處于外置磁場(chǎng)中被磁化時(shí)，若其應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變(拉力、壓力或扭轉(zhuǎn)），則 其磁特性參數(shù)也相應(yīng)改變(相對(duì)磁導(dǎo)率、矯頑力、剩磁等）。
[0067] 在本領(lǐng)域中可知：鋼索索力與其本身材料的磁導(dǎo)率變化成正比，而磁導(dǎo)率變化量 又和積分電壓呈線性關(guān)系，若測(cè)量前對(duì)橋梁索進(jìn)行索力一積分電壓標(biāo)定，則可通過的積分 電壓值直接獲得索力大小。
[0068] 基于磁彈效應(yīng)，利用鋼纜索為導(dǎo)磁材料，將鋼索置于一定強(qiáng)度的磁場(chǎng)環(huán)境中，鋼索 將被磁化，磁化后的磁導(dǎo)率隨鋼纜索的受力狀態(tài)變化而變化，根據(jù)Joule效應(yīng)，可推出在某 一溫度下，鋼纜索所受拉力F與其磁導(dǎo)率變化△ μ應(yīng)為：
[0070] 式中:Α為鋼纜的截面積;Ε為材料的彈性模量;為軸向變形系數(shù);Ms為飽和磁化強(qiáng) 度;Κμ為單軸磁各向異性常數(shù);θ〇為磁場(chǎng)與易磁化軸間的角度;Η為磁化強(qiáng)度。
[0071] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)中索力測(cè)量傳感器存在的結(jié)構(gòu)缺陷，本申請(qǐng)?zhí)峁┝松鲜龅目芍?構(gòu)磁彈索力傳感器。在使用時(shí)，把鋼索包裹在磁輒5之內(nèi)，兩個(gè)磁輒一次磁化可實(shí)現(xiàn)鋼索全 方向的磁化，在本發(fā)明中，用于監(jiān)測(cè)的感應(yīng)線圈8采用環(huán)形陣列布局，感應(yīng)線圈8與鋼索同軸 設(shè)置，感應(yīng)線圈8位于磁輒5中心區(qū)域且包圍鋼索整個(gè)圓周，從而實(shí)現(xiàn)鋼索多角度測(cè)量。本發(fā) 明安裝與拆卸都非常方便，可做到隨時(shí)安裝、隨時(shí)測(cè)量、隨時(shí)拆卸，減少維護(hù)的步驟和線圈 現(xiàn)場(chǎng)繞制對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。
[0072] 本發(fā)明提供的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，通過其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有體積小、重量輕的優(yōu) 點(diǎn)。本發(fā)明將激勵(lì)線圈以及感應(yīng)線圈8集成設(shè)置到主體單元的殼體1內(nèi)，在使用時(shí)，只需將兩 個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主體單元對(duì)稱放置，用螺栓緊固即可完成傳感器的安裝，其拆卸也十分簡(jiǎn)便。 由于激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈8都不必現(xiàn)場(chǎng)繞制，這樣既可以保證繞制線圈的一致性，確保測(cè)量 結(jié)果的準(zhǔn)確性，又可以降低作業(yè)難度，減少工人的工作量，對(duì)工人本身的要求也很低，同時(shí) 也可以較少維護(hù)的步驟和費(fèi)用。
[0073] 本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)磁輒5的形狀也作了特殊的處理。旁路式結(jié)構(gòu)的磁彈索力傳感 器一般采取單U或雙U型結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)影響傳感器對(duì)非圓形鋼索的磁化程度。本發(fā)明所 設(shè)計(jì)的磁輒5在單個(gè)主體單元中呈半圓柱體形狀，激勵(lì)線圈則通過凹形布線槽設(shè)置在磁輒5 上，將兩個(gè)主體單元安裝在鋼索上后兩個(gè)磁輒5則會(huì)形成圓環(huán)狀，將鋼索完全包裹在內(nèi)，兩 個(gè)磁輒5-次磁化即可實(shí)現(xiàn)鋼索全方位的磁化。在本發(fā)明中，感應(yīng)線圈8采用了陣列線圈的 形式，感應(yīng)線圈8設(shè)置在定位板6的內(nèi)壁上，感應(yīng)線圈8軸向與鋼索軸向同向，當(dāng)本發(fā)明完整 地安裝在鋼索上后，兩個(gè)主體單元上的感應(yīng)線圈8呈圓環(huán)狀將鋼索完全包裹在內(nèi)，只需一次 就可以拾取鋼索圓周上多個(gè)方向的信號(hào)變化，一次完成測(cè)量，十分簡(jiǎn)單方便。
[0074] 需要說明的是：上述感應(yīng)線圈8的布置方式和測(cè)量方法可以極大地降低甚至消除 鋼索的特殊結(jié)構(gòu)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，可以提高本發(fā)明的適應(yīng)性。
[0075]具體地，本發(fā)明基于上述的傳感器，還提供了一套信號(hào)處理系統(tǒng)。該信號(hào)處理系統(tǒng) 包括:信號(hào)處理系統(tǒng)包括有信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、一級(jí)濾波放大器、模擬積分電路元件、 二級(jí)濾波放大器、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及處理器;信號(hào)發(fā)生器與功率放大器連接，功率放大器 與信號(hào)輸入接頭4連接;一級(jí)濾波放大器、模擬積分電路元件、二級(jí)濾波放大器以及A/D信號(hào) 轉(zhuǎn)換器依次連接形成有信號(hào)輸出回路;信號(hào)輸出回路包括有兩條，其中一條用于第一信號(hào) 輸出接頭2與處理器之間的連接，另一條用于第二信號(hào)輸出接頭3與處理器之間的連接。 [0076]本發(fā)明在信號(hào)輸入接頭4上設(shè)置了功率放大器，功率放大器上連接有函數(shù)信號(hào)發(fā) 生器，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生正負(fù)雙向激勵(lì)的方波信號(hào)，方波信號(hào)經(jīng)過功率放大器放大后輸 入到激勵(lì)線圈，激勵(lì)線圈在磁輒5中產(chǎn)生與磁輒5軸向同向的交變磁場(chǎng)，交變磁場(chǎng)通過磁輒5 進(jìn)入鋼索，形成閉合磁路，一次完成對(duì)鋼索的磁化。
[0077] 感應(yīng)線圈8以圓周形式陣列地包圍住鋼索，感應(yīng)線圈8的兩端分別輸出接線頭，其 接線頭連接有第一信號(hào)輸出接頭2以及第二信號(hào)輸出接頭3,與第一信號(hào)輸出接頭2以及第 二信號(hào)輸出接頭3連接有一級(jí)濾波放大器，一級(jí)濾波放大器上連接有模擬積分電路元件，模 擬積分電路元件上連接有二級(jí)濾波放大器，二級(jí)濾波放大器上連接有A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器，A/D 信號(hào)轉(zhuǎn)換器上連接有處理器。
[0078] 激勵(lì)線圈中產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)經(jīng)過陣列式感應(yīng)線圈8時(shí)，通過磁彈效應(yīng)，引起感應(yīng)線 圈8感應(yīng)電壓的變化，感應(yīng)線圈8拾取了鋼索圓周上多個(gè)方向上變化的感應(yīng)電壓信號(hào)，通過 一級(jí)濾波放大器后，作為輸入信號(hào)接入模擬積分電路元件，該積分電路元件將原始的感應(yīng) 信號(hào)積分后通過二級(jí)濾波放大器后被A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器采集并保存至處理器中的信號(hào)處理軟 件當(dāng)中。采集軟件提取積分電壓波形的最大值處作為某一方向測(cè)量的積分電壓值，將多個(gè) 方向的積分電壓值加權(quán)平均，作為有效的積分電壓值，并將其帶入信號(hào)處理軟件中的標(biāo)定 關(guān)系式，即可得到此時(shí)鋼索的實(shí)際索力值。
[0079] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，殼體1、磁輒5以及定位板6之間為相互獨(dú)立的部件， 殼體1上開設(shè)有第一安裝孔，磁輒5上開設(shè)有于第一安裝孔對(duì)應(yīng)的第二安裝孔，定位板6上設(shè) 置有與第二安裝孔對(duì)應(yīng)的連接法蘭。
[0080] 基于上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還提供了連接螺栓，連接螺栓穿過第一安裝孔、第二安裝孔 以及連接法蘭將殼體1、磁輒5以及定位板6固定連接。
[0081] 在此限定:激勵(lì)線圈的長(zhǎng)度為感應(yīng)線圈8長(zhǎng)度的1.5-2.5倍。
[0082] 具體地，本發(fā)明以激勵(lì)線圈的長(zhǎng)度為感應(yīng)線圈長(zhǎng)度的2倍為最優(yōu)結(jié)構(gòu)。
[0083] 為了避免在多次使用后激勵(lì)線圈中的激勵(lì)導(dǎo)線7出現(xiàn)松散等情況，本發(fā)明在激勵(lì) 線圈的外側(cè)包括有防護(hù)層，設(shè)置有防護(hù)層既可以避免線圈松散情況，又能夠?qū)?lì)線圈進(jìn) 行保護(hù)。
[0084] 具體地，兩個(gè)殼體1對(duì)接后通過螺栓固定連接。當(dāng)然，為了提高兩個(gè)主體單元之間 對(duì)接的精準(zhǔn)性，本發(fā)明可以在殼體1上設(shè)置定位孔以及定位銷等結(jié)構(gòu)。
[0085] 由上述可知，在本發(fā)明中主體單元設(shè)置的感應(yīng)線圈8包括有多個(gè)。具體地，當(dāng)主體 單元為非圓構(gòu)件，即采用正多邊形結(jié)構(gòu)時(shí)，感應(yīng)線圈的設(shè)置數(shù)量為主體單元邊數(shù)的3-5倍。
[0086] 本發(fā)明以設(shè)置有10個(gè)感應(yīng)線圈為最優(yōu)選設(shè)計(jì)方案。
[0087] 具體地，殼體1為非鐵磁性不銹鋼殼體。當(dāng)然，本發(fā)明還可以將殼體1采用塑料、鋼 化玻璃等硬質(zhì)、非鐵磁性材料制成。
[0088] 具體地，第一信號(hào)輸出接頭2為航空插頭;第二信號(hào)輸出接頭3為航空插頭;信號(hào)輸 入接頭4為航空插頭。
[0089] 航空插頭是連接電氣線路的機(jī)電元件，使用航空插頭能夠提高本發(fā)明電路連接的 可靠性。
[0090] 本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā) 明限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選 擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁彈索力測(cè)量方法，其特征在于，包括： 步驟一、利用雙向激勵(lì)方波信號(hào)通過激勵(lì)線圈對(duì)鋼索進(jìn)行磁化； 步驟二、圍繞鋼索的外緣等間隔布置多個(gè)感應(yīng)線圈，并且使得全部的所述感應(yīng)線圈與 鋼索同軸，獲取所述感應(yīng)線圈的感應(yīng)電壓，基于磁彈效應(yīng)利用所述感應(yīng)線圈對(duì)鋼索的應(yīng)力 變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)； 步驟三、對(duì)獲取的感應(yīng)電壓進(jìn)行信號(hào)處理，并獲得鋼索的實(shí)時(shí)索力值。2. -種根據(jù)權(quán)利要求1所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，包括傳感器主體， 所述傳感器主體包括有兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的主體單元組成； 所述主體單元包括：殼體、第一信號(hào)輸出接頭、第二信號(hào)輸出接頭、信號(hào)輸入接頭、磁 輒、定位板、激勵(lì)導(dǎo)線以及感應(yīng)線圈； 所述殼體具有容置腔室； 所述磁輒為半圓形柱體結(jié)構(gòu)，沿所述磁輒的軸向位于其中部為槽體結(jié)構(gòu)，所述槽體結(jié) 構(gòu)的橫截面為半圓形面，所述槽體結(jié)構(gòu)與所述磁輒同軸，所述激勵(lì)導(dǎo)線纏繞于所述槽體結(jié) 構(gòu)上并形成有激勵(lì)線圈； 所述定位板為橫截面成半圓形的板材結(jié)構(gòu)； 所述感應(yīng)線圈為螺線管線圈，所述感應(yīng)線圈包括有多個(gè)，全部的所述感應(yīng)線圈等間隔 設(shè)置于所述定位板的內(nèi)側(cè)面上，所述感應(yīng)線圈與所述磁輒同軸設(shè)置； 所述定位板設(shè)置于所述槽體結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)面上并與所述磁輒形成有監(jiān)測(cè)單元，所述監(jiān)測(cè) 單元設(shè)置于所述容置腔室內(nèi)； 所述第一信號(hào)輸出接頭、所述第二信號(hào)輸出接頭、所述信號(hào)輸入接頭均設(shè)置于所述殼 體上，所述激勵(lì)導(dǎo)向的一端為激勵(lì)接線端，所述激勵(lì)接線圈與所述信號(hào)輸入接頭連接，所述 感應(yīng)線圈的一端與所述第一信號(hào)輸出接頭連接，所述感應(yīng)線圈的另一端與所述第二信號(hào)輸 出接頭連接； 兩個(gè)所述主體單元對(duì)接，分設(shè)于兩個(gè)所述主體單元上的全部感應(yīng)線圈形成一個(gè)環(huán)形的 感應(yīng)線圈組。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于， 所述殼體、所述磁輒以及所述定位板之間為相互獨(dú)立的部件，所述殼體上開設(shè)有第一 安裝孔，所述磁輒上開設(shè)有于所述第一安裝孔對(duì)應(yīng)的第二安裝孔，所述定位板上設(shè)置有與 所述第二安裝孔對(duì)應(yīng)的連接法蘭； 還包括有連接螺栓，所述連接螺栓穿過所述第一安裝孔、第二安裝孔以及所述連接法 蘭將所述殼體、所述磁輒以及所述定位板固定連接； 所述激勵(lì)線圈的長(zhǎng)度為所述感應(yīng)線圈長(zhǎng)度的1.5-2.5倍。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，于所述激勵(lì)線圈的外側(cè) 包括有防護(hù)層。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，兩個(gè)所述殼體對(duì)接后通 過螺栓固定連接。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，于一個(gè)所述主體單元上 設(shè)置的所述感應(yīng)線圈為非圓件構(gòu)件邊數(shù)的3-5倍。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，所述殼體為非鐵磁性不 銹鋼殼體。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的可重構(gòu)磁彈索力傳感器，其特征在于，還包括有信號(hào)處理系 統(tǒng);所述信號(hào)處理系統(tǒng)包括有信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、一級(jí)濾波放大器、模擬積分電路元 件、二級(jí)濾波放大器、A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器以及處理器;所述信號(hào)發(fā)生器與所述功率放大器連接， 所述功率放大器與所述信號(hào)輸入接頭連接;所述一級(jí)濾波放大器、所述模擬積分電路元件、 所述二級(jí)濾波放大器以及所述A/D信號(hào)轉(zhuǎn)換器依次連接形成有信號(hào)輸出回路;所述信號(hào)輸 出回路包括有兩條，其中一條用于所述第一信號(hào)輸出接頭與所述處理器之間的連接，另一 條用于所述第二信號(hào)輸出接頭與所述處理器之間的連接。
【文檔編號(hào)】G01L1/12GK106092383SQ201610474578
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月23日
【發(fā)明人】宋凱, 徐聰, 楊琳瑜, 馬冰洋, 張子悅, 劉海朝
【申請(qǐng)人】南昌航空大學(xué)