[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

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• 申請日: 2023-05-10
• 公開（公告）號: CN116399504A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）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: G01L9/14
• 分類號: G01L9/14;G01N27/82
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

本發(fā)明涉及一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置及方法，屬于橋梁檢測技術(shù)領(lǐng)域。應(yīng)力監(jiān)測裝置主要包括永磁體和霍爾傳感器，霍爾傳感器與AD轉(zhuǎn)換器、微處理器一起固定在滑塊上，永磁體固定在滑軌右側(cè)擋板左邊的永磁體承托板上。在檢測被測裝置應(yīng)力變化時，先進(jìn)行力?磁關(guān)系標(biāo)定，標(biāo)定完成后安裝于被測裝置上，通過滑塊裝置下部孔洞與被測裝置緊密連接；在被測裝置發(fā)生應(yīng)變時，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輸入，經(jīng)霍爾傳感器處理后輸出，再由外部磁解設(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。本發(fā)明通過永磁體即霍爾傳感器即可實現(xiàn)斜拉索、應(yīng)力筋、鋼筋等的應(yīng)力監(jiān)測，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于橋梁檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置及方法。

背景技術(shù)

預(yù)應(yīng)力鋼絞線作為預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的主要受力構(gòu)件主要提供預(yù)應(yīng)力和關(guān)鍵受力的構(gòu)件，其應(yīng)力狀態(tài)直接決定著結(jié)構(gòu)的整體性能。鋼絞線在張拉、施工及后續(xù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)營過程中，由于材料性能、施工狀況和環(huán)境條件等因素的影響，會導(dǎo)致其出現(xiàn)應(yīng)力損失、衰退和應(yīng)力分布不均勻性等一系列問題，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體應(yīng)力水平降低。一旦預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中的鋼絞線出現(xiàn)此類情況(如應(yīng)力損失過大或斷裂失效等)，結(jié)構(gòu)有可能在毫無征兆的情況下迅速發(fā)生破壞。因此為了保證結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營和后期維修加固管理，需要對鋼絞線的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以便盡可能早地發(fā)現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行和造成健康隱患的問題，并能及時采取相應(yīng)的防范和加固措施，把安全問題和不良事故提前扼制。

現(xiàn)有的鋼筋應(yīng)力監(jiān)測手段常規(guī)方法主要有光纖傳感器監(jiān)測、振弦傳感器監(jiān)測、磁通量傳感器監(jiān)測。其中光纖傳感器監(jiān)測雖然結(jié)構(gòu)緊湊，靈敏度高，但其缺點在于光纖易損壞、造價昂貴、且不適用于復(fù)雜惡劣壞境；振弦傳感器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、穩(wěn)定可靠，且其安裝調(diào)試簡單，但是振弦傳感器仍舊存在壽命較短、監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性不高、受周圍振動因素影響大等缺陷；磁通量傳感器的測量結(jié)果較可靠，但其需要大型勵磁設(shè)備、復(fù)雜的電路調(diào)參，同時存在易受到材料自身因素影響(如受化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)、缺陷、材料的非均勻性、溫度等影響)的缺點。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、靈敏度高的用于斜拉索或預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力監(jiān)測裝置以及監(jiān)測方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于永磁效應(yīng)的應(yīng)力監(jiān)測裝置，包括永磁體和霍爾集成模塊；霍爾集成模塊固定在滑塊裝置上，滑塊裝置安裝于滑軌上，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；

通過滑塊的移動帶動霍爾集成模塊移動，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，磁信號由微控制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)系計算出被測裝置的應(yīng)力。

其中力-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分別表示測量點的三維坐標(biāo)或表示坐標(biāo)原點指向空間任一點的矢徑，x₀、y₀、z₀表示坐標(biāo)原點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。

優(yōu)選地，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；