一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置制造方法及圖紙

本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置，包括：電磁傳感單元、與電磁傳感單元相連的信號(hào)采集單元和與信號(hào)采集單元相連的信號(hào)處理單元，電磁傳感單元由一個(gè)或兩個(gè)電磁傳感器構(gòu)成；電磁傳感器包括一永磁體，永磁體上繞制有感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈與信號(hào)采集單元相連。本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)電磁傳感單元與拉索非接觸感應(yīng)，不受拉索表面防腐層及PE保護(hù)管的影響；電磁傳感單元設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，且測(cè)量精度高；同時(shí)本實(shí)用新型專(zhuān)利技術(shù)不需要外部電源驅(qū)動(dòng)，信號(hào)采集處理設(shè)備簡(jiǎn)單方便，適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，且不受環(huán)境溫度、濕度等因素影響。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)屬于橋梁工程測(cè)量
，具體涉及一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置。
技術(shù)介紹
拉索是梁-索組合橋梁結(jié)構(gòu)重要的傳力及受力構(gòu)件，如斜拉橋中的斜拉索，梁拱組合橋梁中的吊桿及懸索橋的懸吊桿等。拉索索力的精確測(cè)量不僅是該類(lèi)橋梁施工監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，而且對(duì)后期橋梁養(yǎng)護(hù)管理與健康監(jiān)測(cè)也起著非常重要的作用。目前國(guó)內(nèi)外工程應(yīng)用中，拉索索力常用的測(cè)量方法有油壓表測(cè)定法、壓力傳感器標(biāo)定法及頻率法。油壓表測(cè)定法適用于施工階段進(jìn)拉索張拉索力標(biāo)定，此時(shí)通過(guò)油壓表控制油壓千斤頂是比較方便的，但該方法只適用于施工階段索力測(cè)定。傳感器標(biāo)定法是在錨 具下預(yù)埋應(yīng)力傳感器，通過(guò)傳感器應(yīng)變讀數(shù)計(jì)算索力，但該類(lèi)傳感器成本較高，而且在溫度和濕度影響下長(zhǎng)期穩(wěn)定性也是不容忽視的問(wèn)題。成橋后的拉索索力測(cè)量一般采用頻率法，頻率法測(cè)量索力精度高、適合長(zhǎng)期觀測(cè)。目前振動(dòng)頻率法測(cè)索力一般采用加速度傳感器。此方法將加速度傳感器固定于拉索表面拾取拉索的振動(dòng)信號(hào)，再對(duì)信號(hào)頻譜分析獲取拉索固有頻率，然后通過(guò)拉索頻率與索力力學(xué)方程計(jì)算出拉索的索力。但是使用加速度傳感器測(cè)拉索頻率有以下幾方面的缺點(diǎn)(I)傳感器成本高，數(shù)據(jù)采集設(shè)備復(fù)雜；(2)對(duì)于套有PE保護(hù)管的拉索，PE管與拉索之間存在間隙，由于無(wú)法將加速度傳感器直接固定在拉索表面而應(yīng)用受到限制；(3)大跨橋梁主梁剛度相對(duì)小，橋面橫向、豎向振動(dòng)明顯，因此加速度拾取的信號(hào)是拉索振動(dòng)與橋面振動(dòng)耦合效應(yīng)，測(cè)試精度受到影響。光纖光柵是近幾十年發(fā)展最為迅速的一種新型全光纖無(wú)源器件，以光纖光柵為傳感元件研制的應(yīng)變傳感器，具有靈敏度高、體積小、耐腐蝕、抗電磁輻射干擾等優(yōu)點(diǎn)；克服了傳統(tǒng)電類(lèi)傳感器長(zhǎng)期穩(wěn)定性差以及信號(hào)傳輸距離短的缺點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)張力結(jié)構(gòu)纜索狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。并且多個(gè)光纖光柵還可以組成準(zhǔn)分布式傳感系統(tǒng)，采用一根光纜就可以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測(cè)量。公開(kāi)號(hào)為CN101526409的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種基于光纖應(yīng)變傳感的測(cè)力技術(shù)，其將光纖應(yīng)變傳感元件預(yù)埋入鋼纜索的錨固區(qū)內(nèi)，通過(guò)測(cè)量光纖應(yīng)變傳感元件的應(yīng)變量實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼纜索索力的測(cè)量；但光纖應(yīng)變傳感器測(cè)量精度受環(huán)境溫度，濕度影響大，需要安裝溫度補(bǔ)償傳感器進(jìn)行溫度修正，對(duì)數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)備要求高，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)成本高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本技術(shù)提供了一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置，不受環(huán)境因素所影響，測(cè)量精度高，成本低。一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置，包括電磁傳感單元；與電磁傳感單元相連的信號(hào)采集單元； 與信號(hào)采集單元相連的信號(hào)處理單元。所述的電磁傳感單元用于感應(yīng)拉索在環(huán)境激勵(lì)下的橫向振動(dòng)，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；所述的信號(hào)采集單元用于采集所述的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；所述的信號(hào)處理單元接收信號(hào)采集單元采集到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并拾取感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，進(jìn)而根據(jù)所述的頻率計(jì)算出拉索索力。所述的電磁傳感單兀由一個(gè)或兩個(gè)電磁傳感器構(gòu)成；所述的電磁傳感器包括一永磁體，所述的永磁體上繞制有感應(yīng)線圈，所述的感應(yīng)線圈與信號(hào)采集單元相連。優(yōu)選的技術(shù)方案中，若所述的電磁傳感單兀由一個(gè)電磁傳感器構(gòu)成，則該電磁傳感器通過(guò)固定支架固定于拉索一側(cè)；若所述的電磁傳感單元由兩個(gè)電磁傳感器構(gòu)成，則兩個(gè)電磁傳感器通過(guò)固定支架分別固定于拉索兩側(cè)，且兩個(gè)電磁傳感器與拉索的間距相等；能夠使得兩個(gè)電磁傳感器磁阻相等，進(jìn)而提高電磁傳感器的靈敏度，可有效消除零點(diǎn)殘余電壓。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的電磁傳感單元由兩個(gè)電磁傳感器構(gòu)成；其中，第一電磁傳感器的感應(yīng)線圈的一端與第二電磁傳感器的感應(yīng)線圈的一端相連，第一電磁傳感器的感應(yīng)線圈的另一端和第二電磁傳感器的感應(yīng)線圈的另一端均與信號(hào)采集單元相連。采用由兩個(gè)電磁傳感器構(gòu)成的差動(dòng)式電磁傳感單元相對(duì)于采用單個(gè)電磁傳感器的，靈敏度和線性度都有明顯改善，可部分消除拉索垂直傳感器方向振動(dòng)的影響。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的永磁體為U型永磁體，所述的U型永磁體兩端設(shè)有感應(yīng)探頭；感應(yīng)探頭可減少端部漏磁，提聞感應(yīng)線圈的電感值。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的固定支架上設(shè)有調(diào)距部件；能夠通過(guò)調(diào)整電磁傳感器與拉索的間距，保證電磁傳感器的靈敏度。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的感應(yīng)線圈通過(guò)繞線管繞制于永磁體上；可有效保護(hù)感應(yīng)線圈免受損壞。所述的信號(hào)處理單元根據(jù)公式T = 4ml2f2計(jì)算索力；其中T為索力，m為拉索單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，f為拉索基頻，即等于感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的基頻，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的基頻為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率中的第一個(gè)頻率值(頻率值最低)，其可從感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻譜圖中識(shí)別，I為拉索計(jì)算長(zhǎng)度，其長(zhǎng)度值由拉索的幾何長(zhǎng)度和拉索的錨固約束條件決定。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述的信號(hào)處理單元連接有人機(jī)界面單元；能夠?qū)崟r(shí)顯示拉索的索力信息，并方便用戶(hù)對(duì)信號(hào)處理單元進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。所述的信號(hào)處理單元為DSP。本技術(shù)的有益技術(shù)效果為(I)本技術(shù)通過(guò)電磁傳感單元與拉索非接觸感應(yīng)，不受拉索表面防腐層及PE保護(hù)管的影響；(2)本技術(shù)的電磁傳感單元設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，且測(cè)量精度高；(3)本技術(shù)不需要外部電源驅(qū)動(dòng)，信號(hào)采集處理設(shè)備簡(jiǎn)單方便，適用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，且不受環(huán)境溫度、濕度等因素影響。附圖說(shuō)明圖I為本技術(shù)裝置的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖。圖2為本技術(shù)電磁傳感單元一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖。圖3為本技術(shù)電磁傳感單元另一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用示意圖。圖4為本技術(shù)電磁傳感單元另一種實(shí)例的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用俯視圖。具體實(shí)施方式為了更為具體地描述本技術(shù)，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式對(duì)本技術(shù)的技術(shù)方案及其測(cè)量原理進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I·如圖I所示，一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置，包括電磁傳感單元、信號(hào)采集單元、信號(hào)處理單元和人機(jī)界面單元；其中如圖2所示，電磁傳感單元用于感應(yīng)拉索在環(huán)境激勵(lì)下的橫向振動(dòng)，并產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；其由一個(gè)電磁傳感器構(gòu)成，該電磁傳感器通過(guò)固定支架5固定于拉索一側(cè)；電磁傳感器包括一 U型永磁體1，U型永磁體I上套有繞線管4，繞線管4上繞制有感應(yīng)線圈2，U型永磁體I兩端均設(shè)有感應(yīng)探頭3，感應(yīng)線圈2的兩端與信號(hào)采集單元相連。本實(shí)施例中，U型永磁體采用合金永磁體；合金永磁材料矯頑力大,磁能體高,永久性好，體積小，其磁場(chǎng)強(qiáng)度比傳統(tǒng)磁鐵提高了近20倍；合金永磁材料另一優(yōu)點(diǎn)是機(jī)械性能好，可以切割成需要的形狀。繞線管選用鋁質(zhì)的弱磁性材料。感應(yīng)線圈采用銅質(zhì)漆包線，均勻細(xì)密繞制在繞線管上；由于在環(huán)境振動(dòng)下，拉索振動(dòng)幅值很小，為提高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)幅值，應(yīng)降低線圈電阻，選擇較粗的導(dǎo)線，故選擇直徑O.06 O. Imm的漆包線，匝數(shù)在3000 5000匝左右。感應(yīng)探頭選用導(dǎo)磁率高，漏磁小的硒鋼加工而成。信號(hào)采集單元與電磁傳感單元相連，其用于采集感應(yīng)線圈兩端產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；本實(shí)施例中，信號(hào)采集單元采用型號(hào)為RS-1161 (深圳諾順)的模塊電路。信號(hào)處理單元與信號(hào)采集單元相連，其接收信號(hào)采集單元采集到的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并拾取感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率，進(jìn)而根據(jù)頻率計(jì)算出拉索索力。本實(shí)施例中，信號(hào)處理單元采用美國(guó)TI公司型號(hào)為T(mén)MS320C2812的DSP芯片。人機(jī)界面單元與信號(hào)處理單元相連，其用于根據(jù)用戶(hù)的指令對(duì)信號(hào)處理單元進(jìn)行參數(shù)設(shè)定，并實(shí)時(shí)顯示拉索的索力信息。本實(shí)施例中，人機(jī)界面單元采用型號(hào)為6AV66420AA110AX0(西門(mén)子)的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于電磁感應(yīng)的非接觸型拉索索力測(cè)量裝置，其特征在于，包括：電磁傳感單元；與電磁傳感單元相連的信號(hào)采集單元；與信號(hào)采集單元相連的信號(hào)處理單元。

【技術(shù)特征摘要】

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：程建旗，雷波，張仁根，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，
類(lèi)型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：