[發明專利]一種高性能超薄索力傳感器及索力監測系統

在審

• 申請號: 202111454059.4
• 申請日: 2021-12-01
• 公開（公告）號: CN114136514A
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 孔烜;劉楨雯;鄧露
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G01L1/22
• 分類號: G01L1/22
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 李笑笑

本發明公開了一種高性能超薄索力傳感器及索力監測系統，所述高性能超薄索力傳感器包括監測圓環及信號處理組件；所述監測圓環套裝于被測拉索的錨固端，且所述監測圓環的內徑與所述被測拉索的直徑相同；所述監測圓環的外側面設置有薄膜電阻應變片；所述信號處理組件與所述監測圓環電連接，通過所述監測圓環的電信號確定所述被測拉索的索力數據。本發明的傳感器在實現了對時變索力數值監測，也即對索力數據的實時監測的同時，由于不再將傳感器貼裝于所述被測拉索表面，而是采用固定于拉索錨固端的圓環作為測量主體，大大提升了索力傳感器的使用壽命，同時相比于現有技術中的其他傳感器，其測量主體的厚度也大大降低，有利于設備的小型化。

技術領域

本發明涉及索力監測領域，特別是涉及一種高性能超薄索力傳感器及索力監測系統。

背景技術

索承體系橋梁由于其優美的建筑造型和優越的跨越能力，被廣泛應用于大跨橋梁中。拉索作為此類橋梁的關鍵受力構件，對橋梁結構安全性具有重要的作用。實際工程中，拉索失效會導致整個橋梁失效甚至產生倒塌事故，這是因為拉索沒有達到指定的索力而成為失效索，這些失效拉索將損失的索力轉移到其他構件上，使得其他構件承擔的荷載會產生突然增大或應力集中現象。因此，無論是在橋梁施工階段還是服役過程中，對拉索索力的實時監測是保證大跨橋梁結構安全運營的前提條件。

目前，國內外對于拉索索力的獲取方法有實測法和基于振動的識別方法。實測法大多是通過在拉索或其相關裝置中安裝傳感器直接測試索力，常用的拉索傳感器包括壓力傳感器、光纖光柵傳感器、磁通量傳感器等。但是上述傳感器存在耐久性不足、不易更換等問題，無法用于索力的長期監測；基于振動的識別方法是先通過振動法獲取拉索頻率，再根據建立的索力-頻率之間的函數關系來識別索力。目前常用公式是根據張拉弦理論，簡化拉索兩端約束條件計算索力，然而基于振動法識別出的索力精度不夠，并且振動頻率法只能測得某個時間段內的平均索力，無法得到拉索的時變索力數值。

因此，如何在實現時變索力數值監測，也即索力實時監測的同時，提升索力傳感器的使用壽命，是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種高性能超薄索力傳感器及索力監測系統，以解決現有技術中時變索力數值監測與使用壽命不可兼得的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種高性能超薄索力傳感器，所述高性能超薄索力傳感器包括監測圓環及信號處理組件；

所述監測圓環套裝于被測拉索的錨固端，且所述監測圓環的內徑與所述被測拉索的直徑相同；

所述監測圓環的外側面設置有薄膜電阻應變片；

所述信號處理組件與所述監測圓環電連接，通過所述監測圓環的電信號確定所述被測拉索的索力數據。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述監測圓環的外側面包括位于所述外側面側邊，且垂直于所述外側面向外延伸的槽壁。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述薄膜電阻應變片從內到外依次包括絕緣層、電阻層及保護層。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述電阻層依次通過物理氣相沉積鍍膜技術及機械掩膜工藝設置于所述絕緣層的表面。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述信號處理組件的外殼為防水外殼。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述薄膜電阻應變片焊接于所述外側面。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述監測圓環的厚度的范圍為22毫米至50毫米，包括端點值。

可選地，在所述的高性能超薄索力傳感器中，所述信號處理組件還包括網絡終端模塊；

所述網絡終端模塊用于與外部網絡信號連接。