[發(fā)明專利]一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310521106.5
• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN116399504A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁飛云;張奔牛;蔣海飛;楊躍東;宋楊;閆紅光;張文居;鄧嘉毅;陳偉;王陽;胡金銘;范鑫;朱冬;張沛;曾唯恐
• 申請（專利權(quán)）人: 四川藏區(qū)高速公路有限責(zé)任公司;重慶交通大學(xué);四川瀘石高速公路有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): G01L9/14
• 分類號(hào): G01L9/14;G01N27/82
• 代理公司: 北京同恒源知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

1.一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：包括永磁體和霍爾集成模塊；霍爾集成模塊固定在滑塊上，滑塊安裝于滑軌上，滑軌兩側(cè)設(shè)置有擋板；永磁體固定在滑軌右側(cè)擋板左邊的永磁體承托板上；

通過滑塊的移動(dòng)帶動(dòng)霍爾集成模塊移動(dòng)，霍爾集成模塊中霍爾探頭檢測永磁體中軸線不同位置的磁信號(hào)，磁信號(hào)由霍爾傳感器處理后輸出至外部設(shè)備，外部設(shè)備根據(jù)提前標(biāo)定的力-磁關(guān)系計(jì)算出被測裝置的應(yīng)力。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：所述力-磁關(guān)系為：

其中，B_z表示永磁體磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量的Z向分量，h表示永磁體充磁方向的尺寸，σ、E_P分別表示被測裝置的應(yīng)力和彈性模量，x、y、z分別表示測量點(diǎn)的三維坐標(biāo)或表示坐標(biāo)原點(diǎn)指向空間任一點(diǎn)的矢徑，x₀、y₀、z₀表示坐標(biāo)原點(diǎn)指向電流元矢量的積分常量，a、b分別表示永磁體的長和寬，K由下式給出：

式中，μ₀表示真空磁導(dǎo)率，J_S表示電流密度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：所述霍爾集成模塊包括霍爾傳感器、AD轉(zhuǎn)換器和微控制器，其中霍爾傳感器包括穩(wěn)壓調(diào)整電路、差分放大器、溫度采集模塊和霍爾探頭；

穩(wěn)壓調(diào)整電路分別與差分放大器、AD轉(zhuǎn)換器、微控制器和霍爾探頭連接，用于提供連續(xù)的電壓輸出；霍爾探頭一端置于永磁體中軸線處，另一端與差分放大器連接，差分放大器、AD轉(zhuǎn)換器、微控制器依次連接；溫度采集模塊與微控制器連接；

霍爾探頭用于獲取磁信號(hào)，并將磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后由差分放大器放大，再由AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳輸至微控制器中計(jì)算磁場強(qiáng)度的大小，微控制器輸出的信號(hào)通過串行接口輸出至外部設(shè)備；

溫度采集模塊用于采集溫度數(shù)據(jù)，并由微控制器修正溫度漂移對磁場強(qiáng)度測量值的影響，減少誤差。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：滑塊下部設(shè)有彈簧式孔洞，孔洞封閉時(shí)呈尖角圓錐狀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：該裝置還包括上、下兩個(gè)外殼，外殼殼體設(shè)計(jì)為橢圓形或半圓形，兩外殼前、后側(cè)各有兩個(gè)鎖扣；外殼還具有屏磁的作用。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，其特征在于：外殼還設(shè)計(jì)有夾層，夾層中填充隔熱保溫材料。

7.適用于權(quán)利要求1～6中任一項(xiàng)所述裝置的應(yīng)力監(jiān)測方法，其特征在于：使用該裝置前，先進(jìn)行力-磁關(guān)系標(biāo)定，標(biāo)定完成后將應(yīng)力監(jiān)測裝置安裝于被測裝置上，通過滑塊下部的彈簧式孔洞與被測裝置緊密連接；在被測裝置發(fā)生應(yīng)變時(shí)，滑塊同步發(fā)生移動(dòng)并帶動(dòng)霍爾探頭移動(dòng)，霍爾探頭在永磁體中軸線上的不同位置將檢測到的磁信號(hào)輸入微控制器中，由微控制器計(jì)算對應(yīng)位置的磁場強(qiáng)度并輸出至外部設(shè)備，再由外部設(shè)備提取數(shù)據(jù)，通過力-磁關(guān)系反饋出被測裝置的應(yīng)力變化。