[發(fā)明專利]磁彈磁電效應(yīng)式應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110389375.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN102519633A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段元鋒;柯少榮;張茹;樊可清;趙陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/12
• 分類號(hào): G01L1/12
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務(wù)所有限公司 33100
• 代理人: 劉曉春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁彈磁電效應(yīng)式應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，并且更具體地涉及用于鐵磁材料構(gòu)件的應(yīng)力無損監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)

目前常用的應(yīng)力監(jiān)測(cè)儀器，包括壓力傳感器、電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器、振弦式應(yīng)變傳感器、光纖光柵應(yīng)變傳感器，以及基于振動(dòng)頻率法的壓電式加速度傳感器、基于磁彈效應(yīng)的磁彈索力傳感器。壓力傳感器是利用千斤頂張拉橋索時(shí)由精密壓力表或液壓傳感器測(cè)定油缸的液壓求得索力。但由于壓力表本身的一些特性，如指針讀數(shù)不穩(wěn)定、負(fù)荷示值需轉(zhuǎn)換、人為影響大等缺點(diǎn)，不可用于在役結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)索力監(jiān)測(cè)。電阻應(yīng)變式測(cè)力傳感器是利用導(dǎo)線電阻隨導(dǎo)線長(zhǎng)度的變化而變化的原理進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的。振弦式應(yīng)變傳感器是利用張緊的金屬弦的振動(dòng)頻率隨其固定端產(chǎn)生相對(duì)位移所引起的張力變化而變化進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的。光纖光柵應(yīng)變傳感器是利用通過光柵的波長(zhǎng)隨光纖的變形而變化進(jìn)行應(yīng)變測(cè)量的。這三種應(yīng)變傳感器都必須粘貼于構(gòu)件表面，或通過支撐裝置焊接于構(gòu)件表面或者埋入變形體（構(gòu)件）內(nèi)，安裝測(cè)量不方便、受外界影響因素較大。對(duì)于在役結(jié)構(gòu)，新裝的電阻應(yīng)變片、振弦式應(yīng)變傳感器或光纖光柵應(yīng)變傳感器只能測(cè)量相對(duì)于安裝時(shí)刻或應(yīng)變置零時(shí)刻的應(yīng)變（或應(yīng)力）的相對(duì)變化值(即增量)，而不能測(cè)量出其實(shí)際絕對(duì)量。振動(dòng)頻率測(cè)量法是利用索力與其振動(dòng)頻率之間定量關(guān)系，通常利用加速度傳感器獲取索的振動(dòng)頻率換算得索力。因測(cè)量簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，可以實(shí)現(xiàn)在線采集，對(duì)在役鋼纜索仍可監(jiān)測(cè)，因而在實(shí)際工程中振動(dòng)頻率測(cè)索力應(yīng)用廣泛。但是，其缺點(diǎn)在于：索的振動(dòng)頻率與索力之間的關(guān)系受索的抗彎剛度、斜度、垂度、邊界條件以及減振阻尼裝置的影響，索力換算存在誤差；所換算到的索力是靜態(tài)或平均索力，無法獲得索周期振動(dòng)時(shí)的索力變化；而且振動(dòng)頻率法不適于除拉索以外的其他構(gòu)件的應(yīng)力測(cè)量。

基于磁彈效應(yīng)的磁彈索力傳感器是利用鐵磁材料置于磁場(chǎng)中時(shí)在應(yīng)力作用下其磁化特性會(huì)發(fā)生改變，通過對(duì)某種材質(zhì)的構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)定推算得到同種材質(zhì)的拉索的拉應(yīng)力。由于該傳感器可測(cè)得在役結(jié)構(gòu)的實(shí)際索力、具有無損檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，因而能克服上述其他方法的缺點(diǎn)，是有潛力的在役鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)方法。目前該傳感器主要有套筒式和旁路式傳感器兩種，套筒式傳感器用于在役結(jié)構(gòu)時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)繞制線圈，操作不便，工作量大、費(fèi)時(shí)，且線圈的質(zhì)量難以控制，影響測(cè)試精度。旁路式的傳感器則由于導(dǎo)磁軛鐵而存在體積偏大、重量偏重、成本偏高等缺點(diǎn)，且處在研究探索階段還沒有推廣。而且目前所研究的磁彈索力傳感器（不管是套筒式還是旁路式）采用次級(jí)線圈作為信號(hào)檢測(cè)元件，需時(shí)較長(zhǎng)（一次測(cè)量至少10?秒），不能實(shí)現(xiàn)真正的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，無法監(jiān)測(cè)到結(jié)構(gòu)（在地震、強(qiáng)風(fēng)等作用下）振動(dòng)過程中的應(yīng)力變化。并且對(duì)勵(lì)磁線圈或勵(lì)磁電流要求高以產(chǎn)生足夠大的磁場(chǎng)，或通過在一定長(zhǎng)度的繞組內(nèi)增加次級(jí)線圈匝數(shù)，以使次級(jí)線圈產(chǎn)生足夠敏感的信號(hào)，提高信號(hào)的信噪比，進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測(cè)。另外，由于次級(jí)線圈通常纏繞在圓柱形骨架上，只能測(cè)得纏繞線圈內(nèi)的磁場(chǎng)變化，測(cè)得的力是整個(gè)線圈內(nèi)的平均受力情況，且使得當(dāng)前的磁彈索力傳感器只能測(cè)軸向拉壓構(gòu)件，主要是索力，這就限制了對(duì)非圓柱形構(gòu)件及復(fù)雜受力情況下的應(yīng)用。

結(jié)構(gòu)的應(yīng)力監(jiān)測(cè)要提高其采樣頻率實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并能推廣到各種受力形式、各種截面形狀鋼構(gòu)件或其他鐵磁材料構(gòu)件的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。可選地，用響應(yīng)實(shí)時(shí)、輕巧、高靈敏度、低成本的磁電傳感元件來代替需要信號(hào)積分的次級(jí)線圈作為信號(hào)檢測(cè)元件。磁電傳感元件是由智能磁電材料制作而成，可以對(duì)磁場(chǎng)及磁感應(yīng)強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（響應(yīng)時(shí)間在毫秒量級(jí)），尺寸小，不需供電，磁電轉(zhuǎn)換系數(shù)大，成本低。通過這種磁電傳感元件不同布置方式的組合實(shí)現(xiàn)對(duì)不同受力形式、不同截面形狀構(gòu)件的應(yīng)力監(jiān)測(cè)。而且，由于其檢測(cè)靈敏度高，可大大減小對(duì)勵(lì)磁強(qiáng)度的要求，使得勵(lì)磁元件簡(jiǎn)單、輕巧。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種磁彈磁電效應(yīng)式應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，其能實(shí)現(xiàn)鐵磁材料構(gòu)件的應(yīng)力的無損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且能適用于不同受力形式、不同截面形狀的構(gòu)件，克服背景技術(shù)中所述傳感器存在的不足或者至少給公眾一個(gè)有用的選擇。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于鐵磁材料構(gòu)件的應(yīng)力無損監(jiān)測(cè)的磁彈磁電效應(yīng)式應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置，它具有磁場(chǎng)發(fā)生元件，磁場(chǎng)發(fā)生元件用來在控制調(diào)理儀控制下可以根據(jù)需要在所述構(gòu)件應(yīng)力監(jiān)測(cè)區(qū)域產(chǎn)生磁場(chǎng)，將鐵磁材料構(gòu)件磁化；其特征在于所述應(yīng)力監(jiān)測(cè)裝置還包括：

一個(gè)或多個(gè)磁電傳感元件，可由包括但不限于磁電單相材料、磁電復(fù)合材料、磁電層合材料、霍爾元件等做成，無需外加電源供電，無需通過積分，直接產(chǎn)生表征所述磁場(chǎng)及磁感應(yīng)強(qiáng)度的電信號(hào)V_ME；?