一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，属于钢缆索应力测量技术领域。包括步骤S1：产生激励信号；S2:输入激励信号至激励线圈；S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号；S4：对采集信号进行滤波处理，获得滤波信号，S5：取钢丝绳在多个不同索力值下，滤波信号中的电压最大值，将电压最大值为纵坐标和对应索力值为橫坐标进行一次函数拟合，函数关系式为：

A Stress Measurement Method of Steel Cable Based on Magnetoelastic Effect

The invention relates to a stress measurement method for steel cables based on magnetoelastic effect, belonging to the technical field of stress measurement for steel cables. Including: generate excitation signal; S2: input excitation signal to excitation coil; S3: collect the signal of receiving coil, so that the signal of receiving coil is collected signal; S4: filter the acquisition signal to obtain filtering signal; S5: take the wire rope under several different cable force values, the maximum voltage of filtering signal, the maximum voltage of filtering signal is vertical coordinate and pair. The cable force value should be fitted in abscissa by a function, and the function relationship is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法
本专利技术涉及钢缆索应力测量
，尤其涉及一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法。
技术介绍
钢缆索是承力设施应用较为广泛的一种部件，而且作为承重的关键部件之一，其工作状态、所承受应力的大小，会影响整个承力设施的安全。钢缆索一旦发生故障，必将导致承力设施的承重出现问题，从而带来经济损失，严重时还会引发安全事故。因此，对钢缆索应力进行严格的检测具有重要的意义。钢缆索在受到应力作用时，其本身的磁化状态会发生改变。为了得到磁化状态中所包含的应力大小信息，各种不同的应力测量方式和设计被大量的提出。其中，几乎所有的基于磁弹效应的测量方法都要用到接收信号的电压积分值大小进行分析，只是积分的方法不同，但是受噪音影响大，测量不准确。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，提升了索力值测量的准确性，从而更准确地确定在钢缆索上的应力。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，包括步骤S1：产生激励信号；S2:输入激励信号至激励线圈；S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号；S4：对采集信号进行滤波处理，获得滤波信号，S5：取钢丝绳在多个不同索力值下，滤波信号中的电压最大值，将电压最大值为纵坐标和对应索力值为橫坐标进行一次函数拟合，函数关系式为：v＝p1×σ+p2；其中v是电压最大值，σ是应力大小，p1是斜率，p2是y轴截距；拟合后求得的p1和p2，利用求得的参数p1和p2构建函数关系式；S6：利用函数关系式，在测得电压最大值的情况下，计算获得索力值。本专利技术进一步设置为：S1:产生激励信号，具体为,激励信号由信号发生器和功率放大器产生，激励信号为交流脉冲信号，激励信号的幅值小于激励线圈的安全电流大小、频率固定。本专利技术进一步设置为：S2:输入激励信号至激励线圈,具体为，激励信号直接输入至激励线圈中，持续一段时间至磁化状态稳定。本专利技术进一步设置为：S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号，具体为，将示波器连接到接收线圈端，将示波器调至能够稳定清晰地观察到呈指数函数型的信号，此时将信号进行采集，存至存储设备中。本专利技术进一步设置为：S4：对采集信号进行滤波处理，获得滤波信号，具体为，首先将采集的信号数据导入MATLAB中，滤除采集信号中的高频杂音，设计低通滤波器进行滤波，获得滤波信号：fs＝1/10∧(-6)；n＝length(y)；b＝fir1(40,B/(fs/2))；y_after_fir＝filter(b,1,y)；其中，fs是采样率，b是滤波器带宽，n是采样点个数，y是滤波前信号，b是滤波器构造，fir1是MATLAB中滤波器函数，y_after_fir是滤波后信号，filter是MATLAB中滤波函数。本专利技术进一步设置为：获得滤波信号中的电压最大值的方法具体为，将数据利用MATLAB寻找电压最大值：m＝max(y_after_fir)；其中,m是电压最大值,max是MATLAB中获取矩阵中数据最大值的函数。本专利技术进一步设置为：如果采集信号中相邻的指数函数型信号有重叠，则需要降低激励信号的频率。综上所述，本专利技术的有益技术效果为：本专利技术基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，通过使用信号发生器产生激励信号，再对激励线圈输入激励信号，在接收线圈端用示波器进行信号观察，电压信号幅值有瞬间变大说明该部分有感应电压产生，因此采集信号有从最大值变为零的这一段信号，然后利用MATLAB进行信号滤波，对处理后的信号做进一步的分析，提取电压最大值和索力值进行拟合，找到电压最大值和索力值的线性关系，以最大电压值为指标判断不同最大电压值下所表示的钢缆索应力。同时，本专利技术利用电压最大值作为新的指标，也进一步提升了索力值测量的准确性，从而更准确地确定在钢缆索上的应力。附图说明图1是采集过程中实验器材的连接示意图；图2是传感器横截面图；图3是感应电压信号的波形图；图4是9V电压下应力与电压最大值、积分值的函数关系图；图5是10V电压下应力与电压最大值、积分值的函数关系图；图6是11V电压下应力与电压最大值、积分值的函数关系图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术实施例的技术方案进行描述。本专利技术的本质是寻找应力和电压之间的一种特定关系，从而通过观测电压更准确地监测钢缆索上的应力。本专利技术利用电压最大值作为新的指标，找到应力与电压最大值的线性关系，以电压最大值为指标判断不同电压下所表示的钢缆索应力，进一步提升了应力测量的准确性。如图1所示，是采集过程中实验器材的连接示意图。如图2所示，是传感器横截面图。通过使用信号发生器产生激励信号，再对激励线圈输入激励信号，在接收线圈端用示波器进行信号观察，电压信号幅值有瞬间变大说明该部分有感应电压产生，因此采集信号有从最大值变为零的这一段信号，然后利用MATLAB进行信号滤波，对处理后的信号做进一步的分析，提取电压最大值和索力值进行拟合，找到电压最大值和索力值的线性关系，以最大电压值为指标判断不同最大电压值下所表示的钢缆索应力。在本实施例中，基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法包括以下步骤:S1：产生激励信号；使用信号发生器和功率放大器产生连续不断的激励信号，该激励信号应为频率固定的交流脉冲信号，测量时，将激励信号直接输入至激励线圈中。激励信号的波形如图3所示。S2：输入激励信号至激励线圈；使用信号发生器和功率放大器产生连续不断的激励信号，该激励信号应为频率固定的交流脉冲信号，测量时，将激励信号直接输入至激励线圈中。S3：采集接收线圈的信号；待一段时间后，将示波器连接到接收线圈端，将示波器调至能够稳定清晰地观察到呈指数函数型的信号，示波器调制的过程为：先调整示波器的采样频率旋钮，使显示器上的波形能够稳定的显示。再调整“电压/格”和“时间/格”旋钮使整个波形占据屏幕的2/3。此时将信号进行采集，存至存储设备中；令采集到的接收线圈的信号为采集信号。S4：对采集信号进行滤波处理；首先将采集的信号数据导入MATLAB中，滤除采集信号中的高频杂音，设计低通滤波器进行滤波，获得滤波信号：fs＝1/10∧(-6)；n＝length(y)；b＝fir1(40,B/(fs/2))；y_after_fir＝filter(b,1,y)；函数公式：fir1:返回6dB截止频率为B/(fs/2)的40阶FIR低通滤波器系数向量，默认选用哈明窗。filter:y_after_fir(n)＝b(1)*y(n)+b(2)*y(n-1)+...+b(nb+1)*y(n-na)-y_after_fir(n-1)-...-y_after_fir(n-na)其中，n-1是滤波器阶数，na是后向反馈的滤波器阶数，nb是前向反馈的滤波器阶数。其中，fs是采样率，b是滤波器带宽，n是采样点个数，y是滤波前信号，b是滤波器构造，fir1是MATLAB中滤波器函数，y_after_fir是滤波后信号，filter是MATLAB中滤波函数。S5：生成索力值与最大电压值的线性关系；电压最大值对应表现了在同一时刻应力的大小，对电压最大值和相应应力大小进行拟合，得到电压最大值和应力的函数关系式，使用MATLAB中的cftoo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，包括步骤S1：产生激励信号；S2:输入激励信号至激励线圈；S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号；S4：对采集信号进行滤波处理，获得滤波信号，其特征在于，S5：取钢丝绳在多个不同索力值下，滤波信号中的电压最大值，将电压最大值为纵坐标和对应索力值为橫坐标进行一次函数拟合，函数关系式为：v＝p1×σ+p2；其中v是电压最大值，σ是应力大小，p1是斜率，p2是y轴截距；拟合后求得的p1和p2，利用求得的参数p1和p2构建函数关系式；S6:利用函数关系式，在测得电压最大值的情况下，计算获得索力值。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，包括步骤S1：产生激励信号；S2:输入激励信号至激励线圈；S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号；S4：对采集信号进行滤波处理，获得滤波信号，其特征在于，S5：取钢丝绳在多个不同索力值下，滤波信号中的电压最大值，将电压最大值为纵坐标和对应索力值为橫坐标进行一次函数拟合，函数关系式为：v＝p1×σ+p2；其中v是电压最大值，σ是应力大小，p1是斜率，p2是y轴截距；拟合后求得的p1和p2，利用求得的参数p1和p2构建函数关系式；S6:利用函数关系式，在测得电压最大值的情况下，计算获得索力值。2.根据权利要求1所述的一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，其特征在于，S1:产生激励信号，具体为,激励信号由信号发生器和功率放大器产生，激励信号为交流脉冲信号，激励信号的幅值小于激励线圈的安全电流大小、频率固定。3.根据权利要求1所述的一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，其特征在于，S2:输入激励信号至激励线圈,具体为，激励信号直接输入至激励线圈中，持续一段时间至磁化状态稳定。4.根据权利要求1所述的一种基于磁弹效应的钢缆索应力测量方法，其特征在于，S3：采集接收线圈的信号，令采集到的接收线圈的信号为采集信号，具体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志亮，梅燕，刘顺奇，曾昕，倪铭昊，王国栋，张楠，陈明瀚，姚源，周文辉，
申请(专利权)人：成都众柴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51