CN105467336A - 一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置 - Google Patents

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刘文峰
王辅宋
谢镇
刘付鹏
刘国勇
李松
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Abstract

本发明提供了一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，包括传感器、采集电路和差分运算器，其中，传感器由工作磁路和参考磁路组成，工作磁路包括工作桥索、第一铁芯、第二铁芯、第一轭铁、第一感应线圈，第二铁芯上和第一激励线圈，参考磁路包括参考钢缆索、第三铁芯、第四铁芯、第二轭铁、第二感应线圈和第二激励线圈；采集电路包括高压激励电路、积分调节电路、低通滤波电路、采样保持电路和差分运算器，高压激励电路的输出端连接有切换开关，高压激励电路通过切换开关分别对参考磁路、工作磁路进行激励采集。本发明可省去磁通量采集时针对不同的桥索，或材质相同但截面不同的桥索在测量时需重新进行温度标定的过程，具有通用性和可替换性，减小了装置的维护成本。

Description

一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置
技术领域
本发明属于结构安全检测设备领域，具体涉及一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置。
背景技术
桥索是铁磁材料，将其置于磁场环境中，桥索将被磁化，当桥索的应力发生变化时，磁滞曲线将随之变化，磁导率也将变化，所以可以利用放在桥索中的小型精密电磁传感器，采集和测定磁导率的变化，就可以推算出桥索的应力变化。
温度对铁磁材料的磁化强度影响很大，影响的规律和理论很复杂，因此温度对桥索应力测定时影响的补偿就成为较为关键的部分。
目前多采用的是温度曲线补偿法，其基本思路为：在实验室对每种需测桥索进行磁化，在不受外力作用或外力作用恒定的情况下，测试磁化强度或磁导率或磁化率随温度变化的关系曲线；同时，在进行索力测试过程中，需要测试钢缆索的温度，而后利用磁导率的温度曲线进行补偿，从而减少或消除温度对测定结果的影响。此类温度曲线补偿法的优点是直观，不需增加额外的结构，但是由于每种铁磁材料的磁导率与温度间的关系曲线，与材料的成分、磁畴的晶格排列、外观形状、横截面积的大小、磁场强度等多种因素有关。故而，对不同材料，或即使同一材料但不同外观或不同横截面积都需要分别进行温度影响实验，才能得到相应的磁导率与温度间的关系曲线。但此类温度曲线补偿法工作量较大，实验周期较长，成本高且替换性极差的，在对设备进行日常维护或更换的过程中显得尤为困难。
发明内容
本发明所要解决的是上述中的技术问题，提供一种可快速得出需测桥索温度补偿曲线的差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置。
本发明所采用的技术方案为：
一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，包括传感器、采集电路和差分运算器，其特征在于，所述传感器由工作磁路和参考磁路组成；
—所述工作磁路包括工作桥索、第一铁芯、第二铁芯和第一轭铁，第一铁芯上安装有第一感应线圈，第二铁芯上安装有第一激励线圈，所述工作桥索分别套入第一感应线圈和第一激励线圈内；
—所述参考磁路包括参考钢缆索、第三铁芯、第四铁芯和第二轭铁，参考钢缆索与上述工作桥索的材料、各部分结构及截面均相同，第三铁芯上安装有第二感应线圈，第四铁芯上安装有第二激励线圈，所述参考钢缆索分别套入第二感应线圈和第二激励线圈内；
—所述采集电路包括高压激励电路、积分调节电路、低通滤波电路、采样保持电路和差分运算器，高压激励电路的输出端连接有切换开关，高压激励电路通过切换开关依次对参考磁路、工作磁路进行激励采集；所述参考磁路的感应信号经切换开关后，依次经第一积分调节电路和采样保持电路进行信号调理和信号保持后进入差分运算器；所述工作磁路的感应信号经切换开关后，依次经第二积分调节电路和低通滤波电路进行信号调理和滤波处理后进入差分运算器。
所述第一感应线圈和第一激励线圈以及有第二感应线圈与第二激励线圈分别为共用铁芯，即所述第一铁芯与第二铁芯以及第三铁芯与第四铁芯分别为相互连结的一体式铁芯。
所述第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯和第四铁芯均采用高导磁率的工业纯铁或A3低碳钢。
所述工作磁路和参考磁路的轭铁与铁芯分别为一体成型，所述工作磁路和参考磁路的感应信号为依次输出。
本发明的差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，通过采用差动式温度补偿技术，省去了磁通量采集时针对不同的桥索，或材质相同但截面不同的桥索在测量时需重新进行温度标定的过程，使本装置具有通用性和可替换性，极大的减小了装置的维护成本。
图示说明
图1为本发明的原理框图；
图2为本发明中传感器的结构示意图。
图示说明：1-传感器、2-工作磁路、3-参考磁路、4-高压激励电路、5-切换开关、6-第一积分调节电路、7-第二积分调节电路、8-低通滤波电路、9-采样保持电路、10-差分运算器、11-工作桥索、12-第一感应线圈、13-第一激励线圈、14-参考钢缆索、15-第二感应线圈、16-第二激励线圈。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作进一步地说明。
如图所示的差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，包括传感器(1)、采集电路和差分运算器(10)，传感器(1)由工作磁路(2)和参考磁路(3)组成。工作磁路(2)包括工作桥索(11)、第一铁芯、第二铁芯和第一轭铁，第一铁芯上安装有第一感应线圈(12)，第二铁芯上安装有第一激励线圈(13)，所述工作桥索(11)分别套入第一感应线圈(12)和第一激励线圈(13)内；
所述参考磁路(3)包括参考钢缆索(14)、第三铁芯、第四铁芯和第二轭铁，参考钢缆索(14)与上述工作桥索(11)的材料、各部分结构及截面均相同，第三铁芯上安装有第二感应线圈(15)，第四铁芯上安装有第二激励线圈(16)，所述参考钢缆索(14)分别套入第二感应线圈(15)和第二激励线圈(16)内。参考磁路(3)的激励线圈、感应线圈参数与工作磁路(2)的激励线圈、感应线圈的参数均完全一致；各铁芯采用的是高导磁率的A3低碳钢，且第一铁芯与第二铁芯以及第三铁芯与第四铁芯分别为相互连结的一体式铁芯。上述中参考钢缆索(14)在实际工作的过程中不受力，即不受任何法向的拉力，只受与工作桥索(11)相同的温度变化，而工作桥索(11)在实际工作过程中，同时承受外力和温度的变化。
采集电路包括高压激励电路(4)、积分调节电路、低通滤波电路(8)、采样保持电路(9)和差分运算器(10)，高压激励电路(4)的输出端连接有切换开关(5)，高压激励电路(4)通过切换开关(5)分别对参考磁路(3)、工作磁路(2)进行激励采集，避免若同时采集而对工作磁路(2)和参考磁路(3)的磁场产生影响，造成采集的信号出现误差。
参考钢缆索(14)在实际工作的过程中不受力，即不受任何法向的拉力，只受与工作桥索(11)相同的温度变化，而工作桥索(11)在实际工作过程中，同时承受外力和温度的变化。当采集电路通电启动时，通过切换开关(5)使参考磁路(3)先受高压激励电路(4)激励而使感应信号输出，参考磁路(3)的感应信号经切换开关(5)后，依次经第一积分调节电路(6)进行信号调理，此时为使后续的工作磁路(2)感应信号可最终一并输出，同时不对亦各自所在磁路产生影响，以获得更为准确的信号差值，感应信号离开第一积分调节电路(6)后进入采样保持电路(9)，通过采样保持电路(9)对参考磁路(3)的感应信号进行精确保持，待后输出至差分运算器(10)中；而后，切换开关(5)进行激励信号切换，使工作磁路(2)受高压激励电路(4)激励而使感应信号输出，产生的感应信号依次经第二积分调节电路(7)和低通滤波电路(8)进行信号调理和滤波处理后进入差分运算器(10)；工作磁路(2)产生的感应信号进入差分运算器(10)的同时，参考磁路(3)于采样保持电路(9)中保持的感应信号于此时亦进入差分运算器(10)中，而后差分运算器(10)对二者输出的感应信号进行差分运算，减去工作桥索(11)受温度影响导致的电压信号差异，就能消除温度对磁通量采集的影响。
以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，包括传感器、采集电路和差分运算器，其特征在于，所述传感器由工作磁路和参考磁路组成；
—所述工作磁路包括工作桥索、第一铁芯、第二铁芯和第一轭铁，第一铁芯上安装有第一感应线圈，第二铁芯上安装有第一激励线圈，所述工作桥索分别套入第一感应线圈和第一激励线圈内；
—所述参考磁路包括参考钢缆索、第三铁芯、第四铁芯和第二轭铁，参考钢缆索与上述工作桥索的材料、各部分结构及截面均相同，第三铁芯上安装有第二感应线圈，第四铁芯上安装有第二激励线圈，所述参考钢缆索分别套入第二感应线圈和第二激励线圈内；
—所述采集电路包括高压激励电路、积分调节电路、低通滤波电路、采样保持电路和差分运算器，高压激励电路的输出端连接有切换开关，高压激励电路通过切换开关依次对参考磁路、工作磁路进行激励采集；所述参考磁路的感应信号经切换开关后，依次经第一积分调节电路和采样保持电路进行信号调理和信号保持后进入差分运算器；所述工作磁路的感应信号经切换开关后，依次经第二积分调节电路和低通滤波电路进行信号调理和滤波处理后进入差分运算器。
2.根据权利要求1所述的一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，其特征在于：所述第一感应线圈和第一激励线圈以及有第二感应线圈与第二激励线圈分别为共用铁芯。
3.根据权利要求1所述的一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，其特征在于：所述第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯和第四铁芯均采用高导磁率的工业纯铁或A3低碳钢。
4.根据权利要求1所述的一种差动式温度补偿型桥索磁通量采集装置，其特征在于：所述工作磁路和参考磁路的轭铁与铁芯分别为一体成型。
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