基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法技术

本发明专利技术提供一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法，属于预应力检测技术领域。该方法涉及励磁磁芯与检测磁芯两部分，通过对励磁磁芯提供一定大小的励磁电流，当圆杆预应力大小不同时，检测磁芯便会有不同的输出电压值。通过分析检测磁芯输出电压值的大小，便能得到圆杆传感器布置处轴向预应力的大小，进而获得整个结构的预应力水平。本发明专利技术对于张拉整体结构预应力的测量，判断张拉整体结构的力学性能具有重要的应用价值，也可用于结构变形过程中构件内应力的实时监测以实现安全评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及预应力检测
，特别是指一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法。
技术介绍
张拉整体结构是一类轻质、网络状的预应力空间结构体系，由预拉伸的绳构件和预压缩的杆构件相互连接而成。张拉整体结构自20世纪中期出现以来，在艺术雕塑、建筑结构、航天工程、智能结构、新型材料模型和生物力学建模等方面产生了重要应用。张拉整体结构构件预应力的大小会对张拉整体结构的整体刚度造成显著影响，从而影响张拉整体结构的力学响应。传统测量张拉整体结构的方法为贴应变片法，该方法操作复杂，十分不便。为此，本专利技术公开了一种基于磁弹效应的张拉整体结构预应力检测方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法，该方法在圆杆构件的内外分别布置励磁磁芯与检测磁芯，通过分析检测磁芯的输出电压值大小，从而判断构件轴向预应力的大小，进而获得整个结构的预应力水平。该方法涉及的传感器分为励磁系统和检测系统，励磁系统与励磁磁芯相连，检测系统与检测磁芯相连，该方法具体步骤如下：(一)根据被测张拉整体结构圆杆构件的规格，选择合适尺寸的励磁磁芯和检测磁芯，将励磁磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件内部测量内应力大小(构件承受轴向内应力，大小各处相等)，检测磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件外侧与励磁磁芯对应处；(二)励磁磁芯与张拉整体结构圆杆构件轴线成45°布置，检测磁芯与励磁磁芯相互垂直布置，且检测磁芯与励磁磁芯中心相互对齐，保证励磁磁芯和检测磁芯与张拉整体结构圆杆构件表面一定的气隙；(三)通过电源给励磁磁芯上的线圈提供一定大小的交变电流，使励磁磁芯上的线圈上产生一定大小的交变磁场，从而在传感器布置部分空间内均存在一定大小的磁场；(四)检测磁芯上缠绕检测线圈，检测线圈接入检测系统，测量输出感应电压大小，处于磁场作用下的张拉整体结构圆杆构件在不同应力作用下磁特性发生改变，穿透过张拉整体结构圆杆构件被检测磁芯检测到的磁场发生改变，从而在检测线圈中产生感应电动势，通过输出感应电压的大小，便能得到张拉整体结构圆杆构件该处沿轴线方向的内应力值大小。其中，待检测的张拉整体结构圆杆构件为铁磁材料制成。励磁磁芯与检测磁芯均采用具有良好导磁特性的铁氧体或非晶磁芯材料制成，励磁磁芯和检测磁芯上缠绕的线圈为铜线均匀绕制，线圈匝数选择按照下式来计算：N=HlI---(1)]]>其中，N为线圈的匝数，H为线圈的设计磁场强度，I为励磁电流，l为磁路的平均长度。步骤(三)中提供的交变电流的频率为f＝1kHz，经过相关实验测试，采用频率f＝1kHz时，检测系统输出情况较好。步骤(四)中检测系统与示波器相连，检测线圈上感应电压值输出，通过将检测线圈接入一定的数据处理电路，将检测信号进行滤波、放大等处理，由示波器读取感应电压输出值。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：(1)检测便利，使用传感器将力学参量转换成电学参量(电压)进行测量，直接读取电压值的大小便能得到相应的应力值的大小；(2)非接触测量，实时监测，测量时间短。附图说明图1为本专利技术的基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法原理示意图；图2为所检测张拉整体结构示意图。其中：1-电源；2-励磁系统；3-励磁磁芯；4-张拉整体结构圆杆构件；5-检测磁芯；6-检测系统；7-示波器。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法。如图1所示，该方法涉及的传感器分为励磁系统2和检测系统6，励磁系统2与励磁磁芯3相连，检测系统6与检测磁芯5相连，该方法具体步骤如下：(一)根据被测张拉整体结构圆杆构件4的规格，选择合适尺寸的励磁磁芯3和检测磁芯5，将励磁磁芯3固定于张拉整体结构圆杆构件4内部测量内应力大小，检测磁芯5固定于张拉整体结构圆杆构件4外侧与励磁磁芯3对应处；(二)励磁磁芯3与张拉整体结构圆杆构件4轴线成45°布置，检测磁芯5与励磁磁芯3相互垂直布置，且检测磁芯5与励磁磁芯3中心相互对齐，保证励磁磁芯3和检测磁芯5与张拉整体结构圆杆构件4表面的气隙，如图2所示，为三棱柱张拉整体结构，其中中间白色空心部分为待检测圆杆；(三)通过电源1给励磁磁芯3上的线圈提供交变电流，使励磁磁芯3上的线圈上产生交变磁场，从而在传感器布置部分空间内均存在磁场；(四)检测磁芯5上缠绕检测线圈，检测线圈接入检测系统6，测量输出感应电压大小，处于磁场作用下的张拉整体结构圆杆构件4在不同应力作用下磁特性发生改变，穿透过张拉整体结构圆杆构件4被检测磁芯5检测到的磁场发生改变，从而在检测线圈中产生感应电动势，通过输出感应电压的大小，便能得到张拉整体结构圆杆构件4该处沿轴线方向的内应力值大小。其中，待检测的张拉整体结构圆杆构件4为铁磁材料制成。励磁磁芯3与检测磁芯5均采用具有良好导磁特性的铁氧体或非晶磁芯材料制成，励磁磁芯3和检测磁芯5上缠绕的线圈为铜线均匀绕制，线圈匝数选择按照下式来计算：N=HlI---(1)]]>其中，N为线圈的匝数，H为线圈的设计磁场强度，I为励磁电流，l为磁路的平均长度。步骤(三)中提供的交变电流的频率为f＝1kHz。步骤(四)中检测系统6与示波器7相连，由示波器7读取感应电压输出值。在具体实施过程中，选择张拉整体结构的圆杆进行内应力检测的验证。根据该张拉整体结构圆杆构件选择合适的磁芯进行如图1所示的安装，根据应力测试标定，得到该传感器应力与输出电压信号的关系式为y＝0.2724x+2.8555，R2＝0.9956，其中x表示输出电压信号，单位mV；y表示应力值，单位MPa。当用该传感器对张拉整体圆杆件进行应力测试时，电压输出值为103.5mV，则可得圆杆构件应力值大小为31.0MPa。以上所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法，其特征在于：该方法涉及的传感器分为励磁系统和检测系统，励磁系统与励磁磁芯相连，检测系统与检测磁芯相连，该方法具体步骤如下：(一)根据被测张拉整体结构圆杆构件的规格，选择合适尺寸的励磁磁芯和检测磁芯，将励磁磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件内部测量内应力大小，检测磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件外侧与励磁磁芯对应处；(二)励磁磁芯与张拉整体结构圆杆构件轴线成45°布置，检测磁芯与励磁磁芯相互垂直布置，且检测磁芯与励磁磁芯中心相互对齐，保证励磁磁芯和检测磁芯与张拉整体结构圆杆构件表面的气隙；(三)通过电源给励磁磁芯上的线圈提供交变电流，使励磁磁芯上的线圈上产生交变磁场，从而在传感器布置部分空间内均存在磁场；(四)检测磁芯上缠绕检测线圈，检测线圈接入检测系统，测量输出感应电压大小，处于磁场作用下的张拉整体结构圆杆构件在不同应力作用下磁特性发生改变，穿透过张拉整体结构圆杆构件被检测磁芯检测到的磁场发生改变，从而在检测线圈中产生感应电动势，通过输出感应电压的大小，便能得到张拉整体结构圆杆构件该处沿轴线方向的内应力值大小。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁弹效应的张拉整体结构圆杆构件预应力检测方法，其特征在于：该方法涉及的传感器分为励磁系统和检测系统，励磁系统与励磁磁芯相连，检测系统与检测磁芯相连，该方法具体步骤如下：(一)根据被测张拉整体结构圆杆构件的规格，选择合适尺寸的励磁磁芯和检测磁芯，将励磁磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件内部测量内应力大小，检测磁芯固定于张拉整体结构圆杆构件外侧与励磁磁芯对应处；(二)励磁磁芯与张拉整体结构圆杆构件轴线成45°布置，检测磁芯与励磁磁芯相互垂直布置，且检测磁芯与励磁磁芯中心相互对齐，保证励磁磁芯和检测磁芯与张拉整体结构圆杆构件表面的气隙；(三)通过电源给励磁磁芯上的线圈提供交变电流，使励磁磁芯上的线圈上产生交变磁场，从而在传感器布置部分空间内均存在磁场；(四)检测磁芯上缠绕检测线圈，检测线圈接入检测系统，测量输出感应电压大小，处于磁场作用下的张拉整体结构圆杆构件在不同应力作用下磁特性发生改变，穿透过张拉整体结构圆杆构件被检测磁芯检测到的磁场发生改变，从而在检...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立元，李松雪，罗江，张清东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11