磁弹索力测量方法及其可重构磁弹索力传感器技术

一种磁弹索力测量方法及其可重构磁弹索力传感器，方法包括步骤：对钢索进行磁化；监测钢索的应力变化；获得钢索的实时索力值。使用上述方法对钢索索力进行监测时，能够对钢索一次性磁化，同时在多个方向上对感应电信号进行获取，这样可以提高本发明专利技术监测数据的可靠性。一种可重构磁弹索力传感器，主体单元包括：壳体、第一信号输出接头、第二信号输出接头、信号输入接头、磁轭、定位板、激励导线以及感应线圈，激励导线缠绕于槽体结构上，感应线圈设置于定位板的内侧面上并与磁轭同轴设置，接头与线圈之间连接，两个主体单元对接。该传感器由于激励线圈和感应线圈不必现场绕制，既可以保证绕制线圈的一致性确保测量结果的准确性，又降低作业难度，减少工作量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及钢索索力测量
，更具体地说，特别涉及一种磁弹索力测量方法以及一种可重构磁弹索力传感器。
技术介绍
钢索由于具有柔性大、抗拉强度高、负载传递距离长等突出优点，现已广泛应用在大跨度桥梁和大型建筑结构与牵引机械等领域。例如斜拉索、客运索道与电梯用钢丝绳以及各种起重设备吊索等等。钢索在服役过程中，受大气环境腐蚀、机械摩擦或疲劳损伤等影响将出现损伤累积；同时由于载荷的不确定性，不可避免地产生各种损伤，导致钢索实际承受载荷的能力降低，使得钢索有可能因超载而突然发生断裂，造成重大安全事故和经济损失。目前，国内外钢索的索力监测技术一般采用四种方式：油压表读数法、压力传感器测定法、频率测定法、磁弹效应法。其中磁弹效应法为非接触方法，且磁弹索力传感器具有输出功率大、信号强、结构简单、使用寿命长、过载保护能力强和动态响应好等优点，不仅适用于静态测量，而且适用于动态在线索力测量，并能实现全天候实时采样，同时钢索表面的腐蚀层和保护塑料套管对测量结果无影响，并且还可以测试钢索的腐蚀状况，是钢索健康监测最具潜力的测量方法。请参考图1，图1为现有技术中一种典型的套筒式磁弹索力传感器的局部结构示意图。一种典型套筒式磁弹索力传感器，其包括有激励线圈1′和感应线圈2′，激励线圈1′与感应线圈2′采用同轴绕制，由激励线圈1′施加脉冲波信号，由感应线圈2′产生感应电信号。套筒式磁弹索力传感器主要用于新建桥梁的斜拉钢索应力测量，在桥梁新建时安装到钢索端部，钢索再使用牵拉装置固定，钢索使用后，可利用套筒式磁弹索力传感器连接其测量仪器对钢索应力进行监控，这种套筒式磁弹索力传感器一般按安装后不再拆除。对于已建桥梁的钢索a′，如果采用套筒式结构，只能采取现场绕制的方式，但这种方式绕制的线圈难以保证一致性，难以进行准确的标定，导致测量结果会产生较大误差，同时现场绕制工作量大，操作不便，这不但增加作业难度，对工人的技术要求高。请参考图2，图2为现有技术中一种典型的旁路式磁弹索力传感器的局部结构 示意图。一种旁路式磁弹索力传感器，其采用U型磁轭，激励线圈1′预制在磁轭上，这样激励线圈1′不用现场绕制，磁通量穿过磁轭进入钢索a′，能实现对钢索的磁化。但这种传感器由于感应线圈2′还需要绕制在钢索上，特别是针对非圆形的钢索，如果U型磁轭位于钢索不同的圆周上位置，即使钢索处于相同的应力状态，也会计算出不同的测量结果。
技术实现思路
(一)技术问题综上所述，在桥梁新建时，传统套筒式磁弹索力传感器一般安装到钢索的底部，安装后一般也不会拆除，对于已建桥梁的钢索，只能采取现场绕制的方式，而现有旁路式结构的磁弹索力传感器的U型磁轭位于钢索不同的圆周上位置时，即使钢索处于相同的应力状态，也会计算出不同的测量结果，现有旁路式结构的磁弹索力传感器的感应线圈在使用时都需现场绕制。这种现场绕制的线圈难以保证一致性，难以进行准确的标定，导致测量结果会产生较大误差，同时现场绕制工作量大，操作不便，这不但增加作业难度，对工人的技术要求高。那么，如何提供一种使用方便、快捷，同时还具有较高测量精度的索力传感器，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。(二)技术方案本申请涉及无损监测领域，针对传统套筒式磁弹索力传感器难以对已建桥梁钢索应力进行测量的问题，专利技术提供了一种可重构式磁弹索力传感器以及一种测量方法，该传感器重量轻、体积小，且安装简单方便，后期维护简单，特别适合用于非圆形钢索应力的测量。具体地，本专利技术提供了一种磁弹索力测量方法，该方法包括步骤：S1、利用双向激励方波信号通过激励线圈对钢索进行磁化；S2、围绕钢索的外缘等间隔布置多个感应线圈，并且使得全部的所述感应线圈与钢索同轴，获取所述感应线圈的感应电压，基于磁弹效应利用所述感应线圈对钢索的应力变化进行监测；S3、对获取的感应电压进行信号处理，并获得钢索的实时索力值。具体地，本专利技术还提供了一种可重构磁弹索力传感器，该传感器包括传感器 主体，所述传感器主体包括有两个结构相同的主体单元组成；所述主体单元包括：壳体、第一信号输出接头、第二信号输出接头、信号输入接头、磁轭、定位板、激励导线以及感应线圈；所述壳体具有容置腔室；所述磁轭为半圆形柱体结构，沿所述磁轭的轴向位于其中部为槽体结构，所述槽体结构的横截面为半圆形面，所述槽体结构与所述磁轭同轴，所述激励导线缠绕于所述槽体结构上并形成有激励线圈；所述定位板为横截面成半圆形的板材结构；所述感应线圈为螺线管线圈，所述感应线圈包括有多个，全部的所述感应线圈等间隔设置于所述定位板的内侧面上，所述感应线圈与所述磁轭同轴设置；所述定位板设置于所述槽体结构的内侧面上并与所述磁轭形成有监测单元，所述监测单元设置于所述容置腔室内；所述第一信号输出接头、所述第二信号输出接头、所述信号输入接头均设置于所述壳体上，所述激励导向的一端为激励接线端，所述激励接线圈与所述信号输入接头连接，所述感应线圈的一端与所述第一信号输出接头连接，所述感应线圈的另一端与所述第二信号输出接头连接；两个所述主体单元对接，分设于两个所述主体单元上的全部感应线圈形成一个环形的感应线圈组。优选地，所述壳体、所述磁轭以及所述定位板之间为相互独立的部件，所述壳体上开设有第一安装孔，所述磁轭上开设有于所述第一安装孔对应的第二安装孔，所述定位板上设置有与所述第二安装孔对应的连接法兰；还包括有连接螺栓，所述连接螺栓穿过所述第一安装孔、第二安装孔以及所述连接法兰将所述壳体、所述磁轭以及所述定位板固定连接；所述激励线圈的长度为所述感应线圈长度的1.5-2.5倍。优选地，于所述激励线圈的外侧包括有防护层。优选地，两个所述壳体对接后通过螺栓固定连接。优选地，于一个所述主体单元上设置的所述感应线圈为非圆件构件边数的3-5倍。优选地，所述壳体为非铁磁性不锈钢壳体。优选地，所述第一信号输出接头为航空插头；所述第二信号输出接头为航空插头；所述信号输入接头为航空插头。优选地，本专利技术还包括有信号处理系统；所述信号处理系统包括有信号发生器、功率放大器、一级滤波放大器、模拟积分电路元件、二级滤波放大器、A/D信号转换器以及处理器；所述信号发生器与所述功率放大器连接，所述功率放大器与所述信号输入接头连接；所述一级滤波放大器、所述模拟积分电路元件、所述二级滤波放大器以及所述A/D信号转换器依次连接形成有信号输出回路；所述信号输出回路包括有两条，其中一条用于所述第一信号输出接头与所述处理器之间的连接，另一条用于所述第二信号输出接头与所述处理器之间的连接(三)有益效果在本专利技术提供的磁弹索力测量方法中，将感应线圈设置多个，并且，设定感应线圈围绕钢索成圆形方式设计，在实际情况中，感应线圈以及激励线圈均采用既定形式设置在装置主体上，在使用时，直接将装置主体设置到钢索的外侧，从而达到简化索力测量程序的目的，并且，使用上述方法对钢索索力进行监测时，能够对钢索一次性磁化，同时在多个方向上对感应电信号进行获取，这样可以提高本专利技术监测数据的可靠性。在本专利技术提供的可重构磁弹索力传感器中，本专利技术将激励线圈以及感应线圈集成设置到主体单元的壳体内，在使用时，只需将两个结构相同的主体单元对称放置，用螺栓紧固即可完成传感器的安装，其拆卸也十分简便。由于激励线圈和感应线圈都不必现场绕制，这样既可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁弹索力测量方法，其特征在于，包括：步骤一、利用双向激励方波信号通过激励线圈对钢索进行磁化；步骤二、围绕钢索的外缘等间隔布置多个感应线圈，并且使得全部的所述感应线圈与钢索同轴，获取所述感应线圈的感应电压，基于磁弹效应利用所述感应线圈对钢索的应力变化进行监测；步骤三、对获取的感应电压进行信号处理，并获得钢索的实时索力值。

【技术特征摘要】
1.一种磁弹索力测量方法，其特征在于，包括：步骤一、利用双向激励方波信号通过激励线圈对钢索进行磁化；步骤二、围绕钢索的外缘等间隔布置多个感应线圈，并且使得全部的所述感应线圈与钢索同轴，获取所述感应线圈的感应电压，基于磁弹效应利用所述感应线圈对钢索的应力变化进行监测；步骤三、对获取的感应电压进行信号处理，并获得钢索的实时索力值。2.一种根据权利要求1所述的可重构磁弹索力传感器，其特征在于，包括传感器主体，所述传感器主体包括有两个结构相同的主体单元组成；所述主体单元包括：壳体、第一信号输出接头、第二信号输出接头、信号输入接头、磁轭、定位板、激励导线以及感应线圈；所述壳体具有容置腔室；所述磁轭为半圆形柱体结构，沿所述磁轭的轴向位于其中部为槽体结构，所述槽体结构的横截面为半圆形面，所述槽体结构与所述磁轭同轴，所述激励导线缠绕于所述槽体结构上并形成有激励线圈；所述定位板为横截面成半圆形的板材结构；所述感应线圈为螺线管线圈，所述感应线圈包括有多个，全部的所述感应线圈等间隔设置于所述定位板的内侧面上，所述感应线圈与所述磁轭同轴设置；所述定位板设置于所述槽体结构的内侧面上并与所述磁轭形成有监测单元，所述监测单元设置于所述容置腔室内；所述第一信号输出接头、所述第二信号输出接头、所述信号输入接头均设置于所述壳体上，所述激励导向的一端为激励接线端，所述激励接线圈与所述信号输入接头连接，所述感应线圈的一端与所述第一信号输出接头连接，所述感应线圈的另一端与所述第二信号输出接头连接；两个所述主体单元对接，分设于两个所述主体单元上的全部感应线圈形成一个环形的感应...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，徐聪，杨琳瑜，马冰洋，张子悦，刘海朝，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36