CN103728060A - 钢索预应力磁通量冲激测量的方法 - Google Patents
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Abstract
一种钢索预应力磁通量冲激测量的方法，包括步骤：获取钢索达到磁饱和时的电压积分值步骤：采用电容以冲激方式向磁通量传感器初级线圈进行放电，测量传感器次级线圈电压在钢索达到磁饱和时的电压积分值；电压积分值取值步骤：包括步骤：补偿系数取值步骤：根据电容初始电压值U0和磁通量传感器初级线圈电流的最大值Imax，以及电容容量C和传感器次级线圈电感L根据公式计算补偿系统K，再计算出最终电压积分值Voutb和计算得到的磁导率μ。其优点是采用无损、非接触测量方法，能耗低，可用于斜拉索、吊杆、系杆、体外索及预应力筋的内力测定和长期健康监测。
Description
技术领域
本发明涉及对钢缆索索力进行测量的方法，特别涉及一种钢索预应力磁通量冲激测量的方法。
背景技术
斜拉桥的斜拉索、系杆拱桥的吊杆和系杆、悬索桥的缆索体系、预应力结构的体外索和预应力筋等是工程结构的关键受力构件之一，素有“生命线”之称，其服役状况直接关系到桥梁等工程结构的安全运营与使用寿命。目前，常用于钢缆索索力测量的方法有压应力法和振动频率法。利用压应力法测量拉索索力时，将环形弹性材料和应变传感材料组成穿心式压应力传感器安装在拉索锚具和索孔垫板之间，拉索的张力使弹性材料受到锚具和索孔垫板之间的压力而发生形变，通过附着在弹性材料上的应变传感材料将弹性材料的形变转换成可以测量的电信号或者光信号．再通过二次仪表测量钢索预应力。使用应变传感材料的传感器有电阻应变式传感器和光纤传感器两种，电阻应变式传感器的电阻-应变特性易受环境影响，且在索力长期作用下容易疲劳损坏而失效，寿命也不长；光纤传感器存在安装精度要求高，价格昂贵，成本较高。振动频率法利用钢索的固有频率计算钢索预应力，但频率法的首要问题在于缆索的基频很难从现场的噪声中提取出来，往往需要有经验的工程师在现场进行多次测试，然后结合经验，用人工的方法初筛选出较好的频率信号，再进行分析。这样的方法不仅耗费人力物力，同时也很可能造成人为误差，破坏了检测的严谨性。另外，还有一种连续交流磁通量测量方式，通过给磁通量传感器提供连续的交流电流，检测钢索的磁导率，进而计算出钢索的预应力值，这样的方法能耗大，测量时间长。
当铁磁性材料受到外力作用时，其内部因机械应力而发生磁应变，导致磁导率发生改变，可通过测定磁导率变化来反映应力变化，依据此原理且用冲激高压给磁通量传感器供电构成磁通量冲激测量方式可以测量钢索预应力值。
利用电压积分值，经过计算得到磁导率:
这里μ是磁导率，A0为传感器线圈的横截面积，Af为钢索的横截面积，σ是拉应力，T是温度，Vout是传感器线圈内有钢索时的次级电压积分值，V0是传感器线圈内没有钢索时的次级电压积分值。
上面的计算公式是在导线电阻忽略不计的条件下得出的理论公式，在实际应用中，磁通量传感器要用很长的导线连接到专用测量仪表，因每个传感器的导线长度不一样导线电阻不同。由于导线电阻不同，测量等效电路参数不同，相同的初级冲激高压得到的Vout值也不一样，通过Vout就无法准确计算磁导率。因此必须对Vout进行补偿，使得不同导线电阻补偿后的Vout值一样。
导线电阻补偿如果用精确公式推导，由于导线电阻的不确定性，计算十分复杂，计算量庞大。
发明内容
本发明的目的就是提供一种无损、非接触测量方法，能耗低，可用于斜拉索、吊杆、系杆、体外索及预应力筋的内力测定和长期健康监测的钢索预应力磁通量冲激测量的方法。
本发明的解决方案是这样的：
一种钢索预应力磁通量冲激测量的方法，包括步骤：
（1）获取钢索达到磁饱和时的电压积分值步骤：采用电容以冲激方式向磁通量传感器初级进行放电，测量传感器次级电压在钢索达到磁饱和时的电压积分值；
（2）、电压积分值取值步骤：包括步骤：
（A）补偿系数取值步骤：根据电容初始电压值U0和磁通量传感器初级线圈电流的最大值Imax，以及电容容量C和传感器次级线圈电感L，按如下公式计算补偿系数K：
其中L、C是常数；
（B）、最终电压积分值Voutb取值步骤：按如下公式计算最终电压积分值Voutb：
Voutb=K×Vout
其中Vout是传感器线圈内有钢索时的次级线圈电压积分值；
（3）、磁导率取值步骤：按如下公式计算磁导率：
其中V0b是补偿后线圈内没有铁芯时的次级线圈电压积分值，μ是本方法计算得到的磁导率。
更具体的技术方案还包括：所述的电容以冲激方式向磁通量传感器初级线圈进行放电所采用大容量电容充100V-400V的直流电压，然后以冲激方式将大容量电容储存的电能向磁通量传感器初级线圈放电。
进一步的：所述原始电压积分值Vout、初级线圈电流的最大值Imax获取的方法步骤为：采用一块2独立模块4通道的高速16位A/D转换器，用一路通道先采集电容充电电压值U0，随后用一路通道采集初级线圈电流曲线，另一模块的一路通道采集次级线圈电压曲线，同时采集的两路电信号，转换成数字信号后，提供给单片机。单片机根据初级线圈电流判断磁饱和段和次级线圈电压曲线计算原始电压积分值Vout，初级线圈电流的最大值Imax。
本发明的优点是采用无损、非接触测量方法，能耗低，可用于斜拉索、吊杆、系杆、体外索及预应力筋的内力测定和长期健康监测。
具体实施方式
一种钢索预应力磁通量冲激测量的方法，包括步骤：
（1）获取钢索达到磁饱和时的电压积分值步骤：采用电容以冲激方式向磁通量传感器初级线圈进行放电，测量传感器次级线圈电压在钢索达到磁饱和时的电压积分值；
（2）、电压积分值取值步骤：包括步骤：
（A）补偿系数取值步骤：根据电容初始电压值U0和磁通量传感器初级线圈电流的最大值Imax，以及电容容量C和传感器次级电感L，按如下公式计算补偿系数K：
其中L、C是常数；
（B）、最终电压积分值Voutb取值步骤：按如下公式计算最终电压积分值Voutb：
Voutb=K×Vout
其中Vout是传感器线圈内有钢索时的次级线圈电压积分值，μ是本方法计算得到的磁导率；
（3）、磁导率取值步骤：按如下公式计算磁导率：
其中V0b是补偿后线圈内没有铁芯时的次级线圈电压积分值。
所述的电容以单次冲激放电方式向磁通量传感器初级进行放电。
所述原始电压积分值Vout、初级线圈电流的最大值Imax获取的方法步骤为：采用一块2独立模块4通道的高速16位A/D转换器，用一路通道先采集电容充电电压值U0，随后用一路通道采集初级线圈电流曲线，另一模块的一路通道采集次级线圈电压曲线，同时采集的两路电信号，转换成数字信号后，提供给单片机。单片机根据初级线圈电流判断磁饱和段和次级线圈电压曲线计算原始电压积分值Vout，初级电流的最大电流Imax。
经本发明方法确定磁导率μ后，用于测量时，根据公式：
这里μ是本方法计算得到的磁导率，A0为传感器线圈的横截面积，Af为钢索的横截面积，Vout是传感器线圈内有钢索时的次级线圈电压积分，V0是传感器线圈内没有钢索时的次级线圈电压积分。
对于同一传感器和钢索，A0、Af、V0b是常数，μ与Vout成比例关系，在我们开发的仪表中，直接用Vout计算力值。
对同一型号传感器和钢索，先在温度t0测出在零力值时的电压积分值Voutb0,在温度t1力值为F时电压积分值Voutbf，则计算力值中间值X为：
X=（Voutf-Vout0）+Kwb*（t1-t0） （2）
公式（2）中，Kwb为温度补偿系数，通过实验测出不同型号的钢索值不同。
通过拟合公式计算力值：
公式（3）中，C0,C1,C2,C3是拟合系数，在实验室针对传感器型号和钢索型号通过实测得到。
专用仪表根据上面力值的计算公式，配合磁通量传感器可测量斜拉桥的斜拉索、系杆拱桥的吊杆和系杆、悬索桥的缆索、预应力结构的体外索和预应力钢筋等是工程结构的实际力值，通过这些测量的力值数据可判断出这些工程结构的力结构状态和钢索受损情况，对这些工程结构的使用状态提供科学的数据，进而能为这些工程结构的做出科学详细的维护维修计划。
Claims (3)
1.一种钢索预应力磁通量冲激测量的方法，其特征在于：包括步骤：
（1）获取钢索达到磁饱和时的电压积分值步骤：采用电容以冲激方式向磁通量传感器初级线圈进行放电，测量传感器次级线圈电压在钢索达到磁饱和时的电压积分值；
（2）、电压积分值取值步骤：包括步骤：
（A）补偿系数取值步骤：根据电容初始电压值U0和磁通量传感器初级电流的最大电流Imax，以及电容容量C和传感器初级线圈电感L，按如下公式计算补偿系数K：
其中L、C是常数；
（B）、最终电压积分值Voutb取值步骤：按如下公式计算最终电压积分值Voutb：
Voutb=K×Vout
其中Vout是传感器线圈内有钢索时的次级线圈电压积分值；
（3）、磁导率取值步骤：按如下公式计算磁导率：
其中V0b是补偿后线圈内没有铁芯时的次级线圈电压积分值，μ是计算得到的磁导率。
2.根据权利要求1所述的钢索预应力磁通量冲激测量的方法，其特征在于：所述的电容以冲激方式向磁通量传感器初级线圈进行放电所采用大容量电容充100V-400V的直流电压，然后以冲激方式将大容量电容储存的电能向磁通量传感器初级线圈放电。
3.根据权利要求1所述的钢索预应力磁通量冲激测量的方法，其特征在于：所述原始电压积分值Vout、初级线圈电流的最大值Imax获取的方法步骤为：采用一块2独立模块4通道的高速16位A/D转换器，用一路通道先采集电容充电电压值U0，随后用一路通道采集初级线圈电流曲线，另一模块的一路通道采集次级线圈电压曲线，同时采集的两路电信号，转换成数字信号后，提供给单片机，
单片机根据初级线圈电流判断磁饱和段和次级线圈电压曲线计算原始电压积分值Vout，初级线圈电流的最大值Imax。
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568277A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-04-29 | 东南大学 | 一种适用于现役钢缆索的索力检测仪和检测方法 |
| CN104807585A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-07-29 | 上海同磊土木工程技术有限公司 | 一种导磁性索的高精度索力测试仪及其测试方法 |
| CN105911502A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-08-31 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种磁通量采集仪中的积分电容不一致的改善方法 |
| CN107421670A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-12-01 | 浙江省交通规划设计研究院 | 一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法 |
| CN108871645A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-23 | 哈尔滨开博科技有限公司 | 一种基于线性模型系数传递的拉索索力测量方法 |
| CN109141688A (zh) * | 2018-07-25 | 2019-01-04 | 付爱芝 | 基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法 |
| CN111207862A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-29 | 四川省建筑科学研究院有限公司 | 一种应用于桥梁超载与侧翻预警的高精度压力测量方法 |
| CN116026512A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 江西飞尚科技有限公司 | 索力计算温度拟合方法、系统、计算机及可读存储介质 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297439A (en) * | 1989-06-28 | 1994-03-29 | Tyren Carl | Magnetoelastic stress sensor |
| CN2476011Y (zh) * | 2001-05-23 | 2002-02-06 | 祝向永 | 一种在后张拉锚索体系中应用的压磁式索力传感器 |
| CN1952635A (zh) * | 2006-11-14 | 2007-04-25 | 重庆大学 | 差动式温度补偿型桥索索力在线测试方法及测试系统 |
| CN101813534A (zh) * | 2009-02-19 | 2010-08-25 | 杭州自动化技术研究院有限公司 | 一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置 |
-
2013
- 2013-12-17 CN CN201310700808.6A patent/CN103728060B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5297439A (en) * | 1989-06-28 | 1994-03-29 | Tyren Carl | Magnetoelastic stress sensor |
| CN2476011Y (zh) * | 2001-05-23 | 2002-02-06 | 祝向永 | 一种在后张拉锚索体系中应用的压磁式索力传感器 |
| CN1952635A (zh) * | 2006-11-14 | 2007-04-25 | 重庆大学 | 差动式温度补偿型桥索索力在线测试方法及测试系统 |
| CN101813534A (zh) * | 2009-02-19 | 2010-08-25 | 杭州自动化技术研究院有限公司 | 一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 孙志远等: "基于磁弹效应的索力传感器研究", 《地震工程与工程振动》, vol. 28, no. 1, 29 February 2008 (2008-02-29) * |
| 徐赤等: "一种基于磁弹效应的索力传感器研制及应用", 《控制工程》, vol. 18, 30 September 2011 (2011-09-30) * |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104568277B (zh) * | 2015-01-27 | 2017-01-25 | 东南大学 | 一种适用于现役钢缆索的索力检测仪和检测方法 |
| CN104568277A (zh) * | 2015-01-27 | 2015-04-29 | 东南大学 | 一种适用于现役钢缆索的索力检测仪和检测方法 |
| CN104807585A (zh) * | 2015-05-13 | 2015-07-29 | 上海同磊土木工程技术有限公司 | 一种导磁性索的高精度索力测试仪及其测试方法 |
| CN105911502A (zh) * | 2016-06-12 | 2016-08-31 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种磁通量采集仪中的积分电容不一致的改善方法 |
| CN105911502B (zh) * | 2016-06-12 | 2019-02-22 | 江西飞尚科技有限公司 | 一种磁通量采集仪中的积分电容不一致的改善方法 |
| CN107421670B (zh) * | 2017-07-28 | 2019-12-10 | 浙江省交通规划设计研究院 | 一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法 |
| CN107421670A (zh) * | 2017-07-28 | 2017-12-01 | 浙江省交通规划设计研究院 | 一种可长期监测内部钢束应力的预应力管道节段组件及其施工方法 |
| CN108871645A (zh) * | 2018-05-04 | 2018-11-23 | 哈尔滨开博科技有限公司 | 一种基于线性模型系数传递的拉索索力测量方法 |
| CN109141688A (zh) * | 2018-07-25 | 2019-01-04 | 付爱芝 | 基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法 |
| CN111207862A (zh) * | 2020-01-09 | 2020-05-29 | 四川省建筑科学研究院有限公司 | 一种应用于桥梁超载与侧翻预警的高精度压力测量方法 |
| CN111207862B (zh) * | 2020-01-09 | 2021-07-20 | 四川省建筑科学研究院有限公司 | 一种应用于桥梁超载与侧翻预警的高精度压力测量方法 |
| CN116026512A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-04-28 | 江西飞尚科技有限公司 | 索力计算温度拟合方法、系统、计算机及可读存储介质 |
| CN116026512B (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-04 | 江西飞尚科技有限公司 | 索力计算温度拟合方法、系统、计算机及可读存储介质 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103728060B (zh) | 2015-12-30 |
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Effective date of registration: 20151029 Address after: Liuzhou City, 545001 the Guangxi Zhuang Autonomous Region Guangya northbound No. 10 lane two Applicant after: LIUZHOU CITY AUTOMATION SCIENCE Research Institute Applicant after: LIUZHOU OVM STRUCTURE INSPECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: Liuzhou City, 545001 the Guangxi Zhuang Autonomous Region Guangya northbound No. 10 lane two Applicant before: LIUZHOU CITY AUTOMATION SCIENCE Research Institute |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20151230 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |