一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统技术方案

本发明专利技术公开一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。所述传感器包括：固定支架和传感器模块；所述传感器模块由两个部分构成；当两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。本发明专利技术公开的磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统，在保证高精度测量的同时，具有安装简单方便、适用于各种形状钢缆索的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统
本专利技术涉及无损检测领域，特别是涉及一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。
技术介绍
钢缆索由于具有柔性大、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、大型建筑结构和牵引机械等领域，包括斜拉索、客运索道、电梯用钢丝绳以及各种起重设备吊索等形式。钢缆索在使用过程中，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，不可避免地使钢缆索受到各种损伤，导致钢缆索实际承受载荷的能力降低，使得钢缆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，国内外钢缆索的索力检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，其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，还可以测试钢缆索的腐蚀状况，同时钢缆索表面的腐蚀层和保护塑料套管对测量结果无影响，是钢缆索健康检测最具潜力的最新方法。现有技术中采用的磁弹索力传感器包括传统套筒式磁弹索力传感器和旁路式结构的磁弹索力传感器。传统套筒式磁弹索力传感器中激励线圈和检测线圈采用同轴绕制，一般检测线圈外径小于激励线圈内径，且检测线圈的匝数多于激励线圈，激励线圈施加的信号为脉冲波信号，主要用于新建桥梁的斜拉钢缆索应力测量，在桥梁新建时安装到钢缆索端部，钢缆索再使用牵拉装置固定。钢缆索投入使用后，可利用套筒式磁弹索力传感器连接其测量仪器对钢缆索应力进行监控，这种套筒式磁弹索力传感器一般安装后不再拆除。对于已建桥梁的钢缆索，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，不但增加作业难度，并且对工人的技术要求高。旁路式结构的磁弹索力传感器采用U型磁轭，激励线圈不用现场绕制，磁通量穿过磁轭进入钢缆索，能实现对钢缆索的磁化，但这种传感器检测线圈还需要绕制在钢缆索上。对于非圆形的钢缆索，由于其传感器检测线圈还需要绕制在钢缆索上，当U型磁轭位于钢缆索不同的圆周位置上时，即使钢缆索处于相同的应力状态，也会有不同的测量结果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种安装简单方便、适用于各种形状钢缆索索力测量的磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种磁弹索力传感器，包括：固定支架和传感器模块；所述传感器模块由结构相同的两个部分构成；当两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。可选的，所述空心腔体内有多道环形定位槽，每道所述环形定位槽内安装有一层绝缘层；每两层所述绝缘层之间为环形布线槽，所述铜片线圈呈第一螺旋结构排列在所述环形布线槽内；每圈所述铜片线圈在相同位置上设置有两个圆形通孔，两个所述圆形通孔呈中心对称；各圈所述铜片线圈上相同位置上的圆形通孔内穿过一个定位螺杆；所述定位螺杆将所述铜片线圈定位在所述环形布线槽内。可选的，所述传感器模块还包括定位板，所述定位板位于所述钢缆索和所述空心腔体最内侧的环形定位槽之间，所述定位板上安装有卡槽，所述检测线圈安装在所述卡槽内。可选的，所述外壳为圆柱体形；在所述外壳外部的侧面两端设置有把手；在所述外壳的一个底面上设置有两个激励信号航空插头和两个检测信号航空插头，两个所述激励信号航空插头通过导线分别与所述铜片线圈的两端相连，两个所述检测信号航空插头通过导线分别与所述检测线圈的两端相连；所述定位螺杆固定在所述外壳的两个底面上；所述外壳的两个底面中央设置有圆孔，当两个部分构成所述传感器模块时，所述钢缆索嵌入在所述圆孔内。可选的，所述传感器模块的两部分包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一弧形铜片和所述第二部分的第二弧形铜片对应连接构成所述铜片线圈；所述第一部分的第一外壳和所述第二部分的第二外壳构成所述外壳；所述第一部分的第一检测电路板和所述第二部分的第二检测电路板在柔性电路板的连接下构成所述检测电路。可选的，所述第一外壳和所述第二外壳的侧面连接处设置有固定平台，通过紧固螺丝将所述第一外壳上的固定平台和所述第二外壳上的固定平台紧固连接，从而将所述第一外壳和所述第二外壳连在一起形成所述外壳。可选的，所述固定支架位于所述第一部分和所述第二部分之间；所述固定支架包括C形支架和双头螺栓；所述C形支架安装在钢缆索上，所述双头螺栓上安装有方形绝缘片、弹簧和羊角螺母；所述双头螺栓与所述环形布线槽相对应，每个所述双头螺栓沿所述环形布线槽的轴向穿过对应的所述环形布线槽后固定在所述C形支架上；所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处设置有U型卡槽；在所述环形布线槽内，所述双头螺栓穿过所述U型卡槽；所述第一弧形铜片与所述第二弧形铜片在相邻的所述方形绝缘片的间隙内实现连接，所述方形绝缘片对所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处进行绝缘和紧固；通过旋转对所述弹簧施加压力，从而保证所述方形绝缘片的紧固程度。可选的，所述第一检测电路板和所述第二检测电路板为柔性电路板，在所述第一检测电路板上安装有N条第一柔性扁平线缆；在所述第二检测电路板上安装有N条第二柔性扁平线缆；N的值等于所述检测线圈的圈数；在所述第一检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第一柔性扁平线缆依次对应连接的N个第一线缆接头；在所述第二检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第二柔性扁平线缆依次对应连接的N个第二线缆接头；位于同一侧的N个所述第一线缆接头和N个所述第二线缆接头分别连接在所述连接电路板的两端；通过所述连接电路板将N条所述第一柔性扁平线缆和N条所述第二柔性扁平线缆连接成螺旋结构。可选的，两个所述连接电路板包括第一连接电路板和第二连接电路板；每个所述连接电路板上设置有两个连接器，分别为第一连接器和第二连接器；每个所述连接器上设置有N个引脚；在每个所述连接电路板中，第一连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第一线缆接头，第二连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第二线缆接头；在所述第一连接电路板中，所述第一连接器的第2~N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1~N-1个所述引脚的内端；在所述第二连接电路板中，所述第一连接器的第1~N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1~N个所述引脚的内端。本专利技术还公开了一种钢缆索索力测量系统，包括所述磁弹索力传感器，所述系统还包括：函数信号发生器、功率放大器、一级滤波放大电路、模拟积分电路、二级滤波放大电路、A/D转换与采集电路、计算机；所述函数信号发生器的输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述函数信号发生器用于产生正负双向激励的方波信号，所述功率放大器的输出端连接到所述磁弹索力传感器的激励信号航空插头，所述磁弹索力传感器的检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁弹索力传感器，其特征在于，包括：固定支架和传感器模块；所述传感器模块由结构相同的两个部分构成；当所述两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。

【技术特征摘要】
1.一种磁弹索力传感器，其特征在于，包括：固定支架和传感器模块；所述传感器模块由结构相同的两个部分构成；当所述两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。2.根据权利要求1所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述空心腔体内有多道环形定位槽，每道所述环形定位槽内安装有一层绝缘层；每两层所述绝缘层之间为环形布线槽，所述铜片线圈呈第一螺旋结构排列在所述环形布线槽内；每圈所述铜片线圈在相同位置上设置有两个圆形通孔，两个所述圆形通孔呈中心对称；各圈所述铜片线圈上相同位置上的圆形通孔内穿过一个定位螺杆；所述定位螺杆将所述铜片线圈定位在所述环形布线槽内。3.根据权利要求2所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述传感器模块还包括定位板，所述定位板位于所述钢缆索和所述空心腔体最内侧的环形定位槽之间，所述定位板上安装有卡槽，所述检测线圈安装在所述卡槽内。4.根据权利要求2所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述外壳为圆柱体形；在所述外壳外部的侧面两端设置有把手；在所述外壳的一个底面上设置有两个激励信号航空插头和两个检测信号航空插头，两个所述激励信号航空插头通过导线分别与所述铜片线圈的两端相连，两个所述检测信号航空插头通过导线分别与所述检测线圈的两端相连；所述定位螺杆固定在所述外壳的两个底面上；所述外壳的两个底面中央设置有圆孔，当两个部分构成所述传感器模块时，所述钢缆索嵌入在所述圆孔内。5.根据权利要求4所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述传感器模块的两个部分包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一弧形铜片和所述第二部分的第二弧形铜片对应连接构成所述铜片线圈；所述第一部分的第一外壳和所述第二部分的第二外壳构成所述外壳；所述第一部分的第一检测电路板和所述第二部分的第二检测电路板在柔性电路板的连接下构成所述检测电路。6.根据权利要求5所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述第一外壳和所述第二外壳的侧面连接处设置有固定平台，通过紧固螺丝将所述第一外壳上的固定平台和所述第二外壳上的固定平台紧固连接，从而将所述第一外壳和所述第二外壳连在一起形成所述外壳。7.根据权利要求5所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述固定支架位于所述第一部分和所述第二部分之间；所述固定支架包括C形支架和双头螺栓；所述C形支架安装在钢缆索上，所述双头螺栓上安装有方形绝缘片、弹簧和羊角螺母；所述双头螺栓与所述环形布线槽相对...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋凯，徐聪，王振，杨琳瑜，王冲，蒋诗超，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西,36