[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

技術領域

本發明涉及一種鋼纜索索力檢測技術，尤其是涉及一種索力檢測方法及使用該方法的索力傳感器。

背景技術

鋼纜索是一種柔性的承力構件，其索力狀態是衡量建筑是否處于正常運營狀態的一個重要標志，實時監測鋼纜索的索力對建筑健康監測具有重要工程意義。磁彈效應法是目前監測索力最具潛力的一種方法，該方法通過使用磁通量傳感器來測定鋼纜索中的磁通量變化,從而得到鋼纜索的索力，其具體過程為：首先繞制如圖1所示的磁通量傳感器，該磁通量傳感器包括線圈骨架，繞制在線圈骨架外側面上的檢測線圈、繞制在檢測線圈外側面上的激勵線圈以及將檢測線圈和激勵線圈進行封裝的外殼，然后將線圈骨架套在鋼纜索上，接著給激勵線圈加上激勵電流，線圈骨架軸向產生磁場將鋼纜索磁化，鋼纜索作為檢測線圈和激勵線圈的鐵芯，磁通量傳感器實時檢測鋼纜索索力，當鋼纜索受力軸向發生變形，線圈骨架軸向磁場相應發生變化，作為檢測單元的檢測線圈感應線圈骨架軸向磁場的變化并產生誘導電壓輸出到數據采集設備中，數據采集設備通過數據擬合，得到誘導電壓和索力之間的線性關系，根據誘導電壓和索力之間的線性關系計算得到索力。但是，現有磁彈效應法存在以下問題：一、磁通量傳感器通過檢測線圈感應線圈骨架內部磁通量的變化進而產生感應電動勢，在測量過程中由于漏磁原因，以及激勵線圈和檢測線圈之間存在相互干擾，導致傳感器的測量精度不高；二、測量過程中要先經過激勵線圈磁化鋼纜索，再由檢測線圈感應出鋼纜索變形時磁場磁通量的變化，進而計算測得索力，由于激勵線圈在磁化鋼纜索時需要一定的響應時間，檢測線圈要獲取被測特征信號的磁場信息也需要一定的時間，由此導致傳感器的響應速度比較慢，測試速度慢；三、為了在線圈骨架內部達到盡可能大的且分布均勻的磁通量，要求檢測線圈和線圈骨架之間以及檢測線圈和激勵線圈之間有很嚴格的尺寸匹配，由此導致傳感器加工工藝比較復雜且測量過程中傳感器的信噪比較低。

發明內容

發明所要解決的技術問題之一是提供一種測量精度高，測試速度快，傳感器加工工藝簡單，且測量過程中信噪比較高的索力檢測方法。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種索力檢測方法，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。