基于变极距电容传感的索力测量装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术基于变极距电容传感的索力测量装置属于桥梁工程测量技术领域；该装置包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架、绝缘衬套、定极板、动极板、绝缘衬底和引线，以及安装在定极板和绝缘衬底之间的弹簧片，上定极板与上动极板、下定极板与下动极板正对构成电容器C1和C2；绝缘衬套安装在定极板上，确保定极板与固定支架不发生电交换，绝缘衬底沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板之间不发生电交换，定极板与动极板通过引线与转换测量电路相连；本实用新型专利技术基于变极距电容传感的索力测量装置，传感单元设计简单，价格低廉，且测量精度高，测量设备简单方便，适用于施工及运营阶段的索力测量。

Cable force measurement device based on variable capacitive sensing

The utility model has the advantages of cable force measurement device of variable distance capacitance sensor based on measurement belongs to the technical field of bridge engineering; the device comprises a cable section in the plane, according to the order from the outside to the inside is installed in the cable on both sides of the fixed bracket, insulating bushing, fixed plate, plate, insulating substrate and wire, and installed in the spring fixed plate and the insulating substrate between the fixed plate and the moving plate, set plate and a lower movable plate is composed of capacitors C1 and C2; insulating bushing mounted on the fixed plate, Baoding plate and the fixed bracket is not installed on the insulating substrate electrical switch cable along the circumference, ensure the cable with the moving plate without electricity exchange, fixed plate and the moving plate is connected by wire and conversion of the measuring circuit; the utility model of cable force measurement device based on variable capacitive sensing, The sensor unit is simple in design, low in price, high in measurement precision and simple in measuring equipment. It is suitable for cable force measurement in construction and operation stage.

【技术实现步骤摘要】
基于变极距电容传感的索力测量装置
本技术基于变极距电容传感的索力测量装置属于桥梁工程测量

技术介绍
拉索是斜拉桥、悬索桥的重要承重构件，在桥梁的设计施工中，需要调整拉索的索力，使桥梁处于最佳受力状态；同时在桥梁投入使用后，在后期对桥梁的维护过程中，也需要及时调整索力，使之符合设计要求，所以对桥梁拉索的索力进行精确测量，对桥梁施工以及后期运营维护起着非常重要的作用。在现有对桥梁索力的测量方法中，压力表法与压力传感器标定法仅适用于桥梁施工阶段对拉索索力的测量，其中压力表法需对压力表盘进行人工读数，测量误差大；传感器标定法需将传感器预埋如锚定区，且承重范围大的压力传感器价格昂贵。频率法以获取拉索振动频率为手段，利用频率与索力力学方程可间接求取拉索的索力。频率法目前多采用加速度传感器拾取拉索的振动频率，但存在着传感器成本高，数据采集设备复杂，以及受桥面振动对拉索的振动附加效应影响，导致测量精度降低。
技术实现思路
为了解决上述问题，本技术提供了基于变极距电容传感的索力测量装置，该装置可用于施工及运营阶段的索力测量，测量精度高，设备成本低。本技术的目的是这样实现的：基于变极距电容传感的索力测量装置，包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架、绝缘衬套、定极板、动极板、绝缘衬底和引线，以及安装在定极板和绝缘衬底之间的弹簧片；其中，定极板和动极板为截面为圆弧的金属极板，上定极板与上动极板、下定极板与下动极板正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套安装在定极板上，确保定极板与固定支架不发生电交换，绝缘衬底沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板之间不发生电交换，定极板与动极板通过引线与转换测量电路及单片机相连。上述的基于变极距电容传感的索力测量装置，所述的转换测量电路包括C1、C2与变压器两个次级线圈构成的转换电桥，电阻Rw、R1、R2和二极管D1、D2、D3、D4组成检波电路，以及电阻R3、电容C3组成的滤波电路。还包括，由滤波电路的输出连接至放大器的反向输入端，放大器的正向输入端通过电阻R4接地，通过串联的电阻R5、R6连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R6连接单片机。有益效果：本技术基于变极距电容传感的索力测量装置，该装置利用变间隙电容器原理，将拉索的振动转化为动极板在两个定极板之间运动，电容量发生变化进行测量，并由转换测量电路将信号送入单片机进行信号处理，从而得到拉索的振动频率。传感单元设计简单，价格低廉，且测量精度高，测量设备简单方便，适用于施工及运营阶段的索力测量。附图说明图1是本技术基于变极距电容传感的索力测量装置的结构示意图。图2是本技术转换电路的电路图。图3是本技术整形电路的电路图。图中：1固定支架、2绝缘衬套、3定极板、31上定极板、32下定极板、4弹簧片、5动极板、51上动极板、52下动极板、6绝缘衬底、7引线。具体实施方式下面结合附图对本技术具体实施方式作进一步详细描述。具体实施例一本实施例的基于变极距电容传感的索力测量装置，结构示意图如图1所示，包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架1、绝缘衬套2、定极板3、动极板5、绝缘衬底6和引线7；以及安装在定极板3和绝缘衬底6之间的弹簧片4；其中，定极板3和动极板5为截面为圆弧的金属极板，上定极板31与上动极板51、下定极板32与下动极板52正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套2安装在定极板3上，确保定极板3与固定支架1不发生电交换，绝缘衬底6沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板5之间不发生电交换，定极板3与动极板5通过引线7与转换测量电路及单片机相连。具体实施例二本实施例的基于变极距电容传感的索力测量装置，转换测量电路的电路图如图2、图3所示，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述的转换测量电路包括C1、C2与变压器两个次级线圈构成的转换电桥，电阻Rw、R1、R2和二极管D1、D2、D3、D4组成检波电路，以及电阻R3、电容C3组成的滤波电路。还包括，由滤波电路的输出连接至放大器的反向输入端，放大器的正向输入端通过电阻R4接地，通过串联的电阻R5、R6连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R6连接单片机。该装置利用变间隙电容器原理，将拉索的振动转化为动极板5在定极板3之间运动，电容量发生变化进行测量，将电容C1、C2接入电桥的相邻臂组成差动电桥，得到输出电压U，在放大电路进行放大，滤波电路进行滤波后，利用滞回比较器进行信号整形，然后送入单片机进行处理。输出电压U的频率与拉索振动频率相等，该装置利用拉索振动时在接近一侧极板则必然会远离另一侧极板，电容器的电容会随极板间距变化而变化，通过测量电容量的变化频率间接获取拉索的振动频率，然后通过拉索频率与拉索索力的力学方程求取索力T，力学方程如下式：T＝4ml2f2其中，T表示拉索索力(N)，m表示拉索线密度(kg/m)，l表示拉索计算长度(m)，f表示振动频率(Hz)。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于变极距电容传感的索力测量装置，其特征在于：包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架(1)、绝缘衬套(2)、定极板(3)、动极板(5)、绝缘衬底(6)和引线(7)，以及安装在定极板(3)和绝缘衬底(6)之间的弹簧片(4)；其中，定极板(3)和动极板(5)为截面为圆弧的金属极板，上定极板(31)与上动极板(51)、下定极板(32)与下动极板(52)正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套(2)安装在定极板(3)上，确保定极板(3)与固定支架(1)不发生电交换，绝缘衬底(6)沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板(5)之间不发生电交换，定极板(3)与动极板(5)通过引线(7)与转换测量电路及单片机相连。

【技术特征摘要】
1.基于变极距电容传感的索力测量装置，其特征在于：包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架(1)、绝缘衬套(2)、定极板(3)、动极板(5)、绝缘衬底(6)和引线(7)，以及安装在定极板(3)和绝缘衬底(6)之间的弹簧片(4)；其中，定极板(3)和动极板(5)为截面为圆弧的金属极板，上定极板(31)与上动极板(51)、下定极板(32)与下动极板(52)正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套(2)安装在定极板(3)上，确保定极板(3)与固定支架(1)不发生电交换，绝缘衬底(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：解峥，陈少峰，王建飞，杨大伟，李大军，
申请(专利权)人：哈尔滨开博科技有限公司，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23