CN106225976B - 一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法，将钢绞线代替LC振荡器中的谐振电感，利用振荡频率与钢绞线应力的敏感性，通过测试LC振荡电路的频率来获得钢绞线的预应力。本发明提出的一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法是一种新的可行的方法，它具有较高的灵敏度，并且检测系统结构简单、成本较低、方案易于实现。为更高精度的混凝土结构中的钢绞线预应力检测提供了一种新思路。

Description

一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法
技术领域
本发明涉及结构监测领域，具体涉及一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法。
背景技术
目前主要被研究的预应力检测技术包括：超声检测法和应力波法。
超声检测法主要利用超声发射元件开展主动声检测研究，利用超声波在钢绞线上的传播特性来实现预应力水平的检测。应力波法利用声弹效应中波速与应力的对应关系，通过测量不同应力状况下波在钢绞线中传播时间差异，确定钢绞线中加载应力。然而，这两种技术检测应力的精度还有待提高。
磁弹效应是指铁磁性材料的应力与磁特性具有明确的对应关系，已被成功应用在桥梁拉索和体外预应力钢绞线应力检测上。然而，磁弹效应还不能用于埋入式钢绞线的预应力检测。因为，目前磁弹效应检测方式需要将两个线圈缠绕在被检测钢绞线的受力部位，而埋入式(在役)结构内部钢绞线如不破坏结构受力形态，就只能测量两个不受力端部。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法，将钢绞线代替LC振荡器中的谐振电感，利用振荡频率与钢绞线应力的敏感性，通过测试LC振荡电路的频率来获得钢绞线的预应力。
进一步，所述LC振荡电路为并联谐振，其谐振频率f为：
由于钢绞线的电感L与钢绞线的长度l及钢绞线的磁导率μ相关，因此电感L表示为：
L＝P(μ,l) (2)
其中，P(μ,l)是一个含磁导率μ与长度l的函数；
又由线状材料简化结构关系知：
其中，E为钢绞线弹性模量，ε为应变,l0为钢绞线初始长度，因此，长度变化量Δl和预应力σ的关系公式为：
Δl＝g(σ) (4)
其中，g(σ)是一个含预应力σ的函数；
由于应力的作用会引起钢绞线的磁导率变化，于是可以把磁导率变化量Δμ和应力σ的关系公式描述为：
Δμ＝h(σ) (5)
其中，h(σ)是一个含应力σ的函数；
因此，预应力的作用引起钢绞线长度与磁导率改变，则式(2)可简化为：
L＝P(μ0+Δμ,l0+Δl)＝P(μ0+h(σ),l0+g(σ)) (6)
其中，μ0为初始磁导率；
将上式带入式(5)得：
因此，频率f与应力σ存在一定的关系，本发明可以将它们关系公式表示为：
σ＝Q(f) (8)。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
本发明提出的一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法是一种新的可行的方法，它具有较高的灵敏度，并且检测系统结构简单、成本较低、方案易于实现。为更高精度的混凝土结构中的钢绞线预应力检测提供了一种新思路。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明的原理图。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
钢绞线作为铁磁性材料，表现出非线性的大磁导率特性，由于在电路中如果某一结构磁场能大于电场能，此时这个结构表现出电感特性，那么钢绞线更多表现出电感特性。同时，设钢绞线单位长度电感为L'，单位长度电容为C'，在低频情况下，由于ωL'很小，钢绞线阻抗很小，因此有大量的电流流过，整体性能相当于一个电感。因此，本发明提出将钢绞线接入LC振荡电路中，将钢绞线等效为振荡器的电感部分，如图1所示。由于这种方法只需接触钢绞线的两自由端，因此能够用于在役预应力结构检测。
利用振荡芯片与部分外围电路可以搭建一个LC振荡器，原理图如图1所示。J1为MC1648振荡芯片，C1、C2为电源滤波电容，C3为输入端滤波电容，C4为谐振电容，R1为匹配阻抗，L1为接入振荡电路的钢绞线，与谐振电容组成LC振荡回路。
本发明采用的电磁振荡电路为并联谐振，其谐振频率：
由电磁理论知，钢绞线电感L与钢绞线的长度l及磁导率μ相关，因此电感L可以表示为：
L＝f(μ,l) (2)
其中，f(μ,l)是一个含磁导率μ与长度l的函数。
又由线状材料简化结构关系知：
其中，E为钢绞线弹性模量，ε为应变,l0为钢绞线初始长度。因此，本发明可以把长度变化量Δl和应力σ的关系公式描述为：
Δl＝g(σ) (4)
其中，g(σ)是一个含应力σ的函数。
由于应力的作用会引起钢绞线的磁导率变化，于是本发明可以把磁导率变化量Δμ和应力σ的关系公式描述为：
Δμ＝h(σ) (5)
其中，h(σ)是一个含应力σ的函数。
由以上推导可知，应力的作用引起钢绞线长度与磁导率改变，则式(2)可简化为：
L＝P(μ0+Δμ,l0+Δl)＝P(μ0+h(σ),l0+g(σ)) (6)
其中，μ0为初始磁导率。
将上式带入式(5)得：
因此，频率f与应力σ存在一定的关系，本发明可以将它们关系公式表示为：
σ＝Q(f) (8)
本发明提出的一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法是一种新的可行的方法，它具有较高的灵敏度，并且检测系统结构简单、成本较低、方案易于实现。为更高精度的混凝土结构中的钢绞线预应力检测提供了一种新思路。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种利用电磁振荡原理测量钢绞线预应力的方法，其特征在于：将钢绞线代替LC振荡器中的谐振电感，利用振荡频率与钢绞线应力的敏感性，通过测试LC振荡电路的频率来获得钢绞线的预应力；
所述LC振荡电路为并联谐振，其谐振频率f为：
由于钢绞线的电感L与钢绞线的长度l及钢绞线的磁导率μ相关，因此电感L表示为：
L＝P(μ,l) (2)
其中，P(μ,l)是一个含磁导率μ与长度l的函数；
又由线状材料简化结构关系知：
其中，E为钢绞线弹性模量，ε为应变,l0为钢绞线初始长度，因此，长度变化量Δl和预应力σ的关系公式为：
Δl＝g(σ) (4)
其中，g(σ)是一个含预应力σ的函数；
由于应力的作用会引起钢绞线的磁导率变化，于是把磁导率变化量Δμ和应力σ的关系公式描述为
Δμ＝h(σ) (5)
其中，h(σ)是一个含应力σ的函数；
因此，预应力的作用引起钢绞线长度与磁导率改变，则式(2)可简化为：
L＝P(μ0+Δμ,l0+Δl)＝P(μ0+h(σ),l0+g(σ)) (6)
其中，μ0为初始磁导率；
将式(6)代入式(1)得：
因此，频率f与应力σ存在一定的关系，它们关系公式表示为：
σ＝Q(f) (8)
其中，Q(f)是一个含频率f的函数。
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