[發明專利]一種索力檢測方法及使用該方法的索力傳感器

有效

• 申請號: 201410214291.4
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN104006909A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 馮志敏;李宏偉;邵磊;胡海剛;李秋勝;李玲;張剛;陳郭;趙洪洋;汪明
• 申請（專利權）人: 寧波大學;寧波杉工結構監測與控制工程中心有限公司
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

1.一種索力檢測方法，其特征在于包括以下步驟：

①制備索力傳感器：

①-1制備具有磁致伸縮性能的磁電傳感單元；

①-2取一與待測鋼纜索尺寸匹配的線圈骨架，在線圈骨架上的外側壁上開一凹槽；

①-3將磁電傳感單元嵌入所述的凹槽內；

①-4將激勵線圈繞在線圈骨架上，得到索力傳感器；

②截取一段和待測鋼纜索規格相同的鋼纜索作為鋼纜索樣本，將鋼纜索樣本套在線圈骨架內作為激勵線圈的鐵芯，然后在線圈骨架套上套筒進行封裝，鋼纜索樣本的兩端位于線圈骨架外；

③確定索力傳感器誘導電壓與鋼纜索索力之間的關系：

③-1給激勵線圈加上正弦激勵電流，線圈骨架的軸向產生磁場，鋼纜索樣本被磁化；

③-2將鋼纜索樣本兩端裝在拉力試驗機上，在拉力試驗機上依次對鋼纜索樣本施加0KN，2KN,4KN，6KN，8KN，10KN，12KN，14KN，16KN，18KN和20KN的拉力，并采用數字示波器采集并記錄在對應拉力下索力傳感器的誘導電壓值，得到一組由拉力與誘導電壓值組成的數據；

③-3重復步驟③-2至n次，n≥5，得到n組由拉力與誘導電壓值組成的數據；

③-4對n組數據分別進行線性擬合，得到n個拉力與誘導電壓的線性關系式：y＝k_ix+a_i，其中i＝1，2，3，…，n，y表示拉力，x表示誘導電壓值，k_i表示線性相關系數，a_i表示常數；

③-5將n個線性關系式中的線性相關系數相加后取平均值，記為k，將n個線性關系式中的常數相加后取平均值記為a，得到索力傳感器誘導電壓與鋼纜索索力之間的關系式y＝kx+a；y表示索力，x表示誘導電壓值；

④將測試過的索力傳感器套在待測鋼纜索上對鋼纜索索力進行實時監控，根據公式y＝kx+a和索力傳感器實時監控得到的誘導電壓值計算得到待測鋼纜索的實時索力。

2.一種使用權利要求1的索力檢測方法的索力傳感器，包括殼體，套設在鋼纜索上的線圈骨架和激勵線圈，所述的激勵線圈由銅線在所述的線圈骨架的外側壁上繞制而成，其特征在于所述的線圈骨架的外側壁上設置有矩形凹槽，所述的矩形凹槽位于所述的線圈骨架的軸向中部，所述的矩形凹槽內安裝有具有磁致伸縮性能的磁電傳感單元，所述的磁電傳感單元為長方體結構，所述的磁電傳感單元的磁化方向與所述的線圈骨架的軸向平行，所述的磁電傳感單元的上端面不超出所述的矩形凹槽，所述的磁電傳感單元的長邊與所述的線圈骨架的軸向平行，沿所述的線圈骨架的軸向所述的磁電傳感單元的兩端與所述的矩形凹槽的兩端各具有一段距離且兩者相等，該段距離不小于所述的磁電傳感單元的長邊長度的四分之一。

3.根據權利要求2所述的一種索力傳感器，其特征在于所述的磁電傳感單元包括從上到下排列的第一磁致伸縮層、壓電晶體層和第二磁致伸縮層，所述的第一磁致伸縮層的下表面與所述的壓電晶體層的上表面粘結固定，所述的壓電晶體層的下表面和所述的第二磁致伸縮層的上表面粘結固定，所述的壓電晶體層的上表面固定粘結有延伸到壓電晶體層一側的第一電極，所述的壓電晶體層的下表面固定粘結有延伸到壓電晶體層另一側的第二電極，所述的第一磁致伸縮層和所述的第二磁致伸縮層的磁化方向與所述的線圈骨架的軸向平行，所述的壓電晶體層的電極方向垂直于所述的線圈骨架的軸向，所述的第一磁致伸縮層和所述的第二磁致伸縮層的外形大小相同，所述的第一磁致伸縮層和所述的第二磁致伸縮層的體積之和占所述的磁電傳感單元的總體積的60％～80％。

4.根據權利要求3所述的一種索力傳感器，其特征在于所述的第一磁致伸縮層和所述的第二磁致伸縮層的體積之和占所述的磁電傳感單元的總體積的76％。

5.根據權利要求3所述的一種索力傳感器，其特征在于所述的第一電極和所述的第二電極從所述的矩形凹槽內伸出后分別緊貼所述的矩形凹槽兩側的線圈骨架的外側壁延伸后伸出所述的殼體外，所述的激勵線圈的銅線繞在所述的第一電極和所述的第二電極上，所述的磁電傳感單元懸空設置在所述的矩形凹槽內且與所述的矩形凹槽的內側面均不接觸。