CN106500900B - 一种拉索索力测量装置及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种拉索索力测量装置及其测量方法，该装置结构较为简单，不需要价格昂贵的高精度传感器等设备，而利用拉索的索力与其径向弹性应力之间的函数对应关系，采用测量精度有保证的接触式位移传感器测量拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量，并结合预先建立的索力与应力形变函数关系模型来实现对其索力的测量，因此，无论拉索处于安装过程中还是处于已安装投用状态，都能够用以对其索力进行测量，并且其测量原理避免了拉索的跨度、垂度、振动、环境电磁波、等干扰因素对测量精度的影响，既确保了较高的测量精度，又很好的保证了通用性，且使用操作方便，为已安装投用状态下的拉索索力测量提供了新的解决方案。

Description

一种拉索索力测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及拉索受力及安全监测技术领域，尤其涉及一种拉索索力测量装置及其测量方法。

背景技术

拉索索力测量在现代建筑安全检测及监测中起着重要作用。索力测量目前国内外一般采用四种方法：（1）压力表测定；（2）压力传感器测定；（3）频率测定法；（4）磁弹效应法。

压力表法简单易行，是施工中控制索力的实用方法，可以用在斜拉桥施工过程中对索力的调整，但由于压力表本身的一些特性，有指针易偏位，高压时指针抖动激烈，读数人为误差大，负荷示值需转换等缺点，不可用于成桥后桥上拉索的动态索力监测。

压力传感器方法测量拉索的索力，需要事先对传感器系统进行标定，建立传感器读数与其所受压力之间的关系。如果所用的传感器性能稳定，用来测量斜拉索的索力可以得到比油压表读数法更高的精度。但是该方法与油压表读数法一样只适合于施工阶段的测量，不可用于成桥后桥上拉索的动态索力监测，并且高精度的压力传感器价格昂贵，特别是大吨位的传感器价格更高，自身质量也大，使用寿命较短，使得测量成本高。因此，这种方法虽然测定的精度好，却只能在特定场合下使用。

频率法利用精密拾振器，拾取拉索在环境振动激励下的振动信号，经过滤波、放大和频谱分析，再根据频谱图来确定拉索的自振频率，然后根据自振频率与索力的关系确定索力。用频率法测定索力，可以实现索力的在线动态监测，是成桥后索力健康监测的有效方法之一，实际上，索力和频率的关系是要受桥索的垂度、斜度和边界条件影响，同时，利用频谱图自动求解第n阶自振频率或相邻两阶的频率差Δf也是很困难的，所以频率法测定索力，信号处理相对复杂，得出的结果与拾振器的安装位置，钢索是否起振，被测钢索的跨度、垂度、斜度及边界条件等多种因素有关，频率模型的建立和求解很复杂，易产生干扰误差，且不能很好的适用于全天候监测。

磁通量法是无损监测，具有测试动态响应快，使用寿命长，价格低廉，且测量结果不受风、振动及钢缆索表面的防腐层等环境因素的影响。但是该方法的理论和其磁路结构、材料成分、环境温度对测量结果的影响等关键技术还有待进一步研究和完善，且需要针对不同的拉索材料建立不同的磁通量模型，对于给定的铁磁材料，只能在实验室标定其磁电特性和温度补偿曲线，然后测试用该种材料和同类材料制造桥索的应力，测试结果与工作点的选取有关，且容易受到环境电磁波的干扰而引起测量误差，存在难以确定最佳工作点等缺点，通用性和实用性差。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明目的在于提供一种成本较低、使用方便、通用性好、测量精度较高、能够用于成桥后桥上拉索索力测量的拉索索力测量装置，用以解决现有技术中拉索索力测量设备所存在的问题。

为解决上述技术问题，实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种拉索索力测量装置，用于安装在待测拉索上进行索力测量，包括刚性固定支架、液压机、接触式位移传感器和测量控制处理器；

所述刚性固定支架具有两个用于分别固定在待测拉索上不同位置处的支架固定部，所述液压机和接触式位移传感器均通过刚性固定支架固定安装在两个支架固定部之间并位于两个支架固定部连线旁侧的位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均能够沿所述两个支架固定部连线中部位置处的垂直方向进行伸缩，从而使得液压机能够用于通过其压头的伸缩对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处施加径向压力，使得接触式位移传感器能够用于通过其接触式探头对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处在被施加径向压力前后的径向形变位移量进行测量；

所述测量控制处理器的液压机控制输出端和位移传感器控制输出端分别与液压机的压头控制输入端和接触式位移传感器的位移控制输入端进行电信号连接，测量控制处理器的位移信号采集端与接触式位移传感器的位移量数据输出端进行电信号连接，测量控制处理器用于通过液压机控制输出端控制液压机的压头进行伸缩运动并施加指定压力，通过位移传感器控制输出端控制接触式位移传感器的接触式探头进行伸缩运动，且通过位移信号采集端接收接触式位移传感器反馈的位移量数据，并根据控制液压机施加的指定压力值以及接触式位移传感器反馈的位移量数据值建立待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型，或者根据控制液压机施加的指定压力值、接触式位移传感器反馈的位移量数据值以及所建立的待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型对待测拉索的索力进行测算处理并加以输出；

所述待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型用以指示待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系。

上述的拉索索力测量装置中，作为优选方案，所述刚性固定支架包括两根长度相等的固定连接臂杆以及一根支撑臂杆；两根固定连接臂杆的一端各作为一个支架固定部，两根固定连接臂杆的另一端分别垂直固定于所述支撑臂杆的两端；所述液压机和接触式位移传感器均固定安装在支撑臂杆的中部位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。

上述的拉索索力测量装置中，作为改进方案，所述刚性固定支架还包括两根斜向支撑杆，两根斜向支撑杆的一端各固定连接在一根固定连接臂杆上，两根斜向支撑杆的另一端均固定连接在支撑臂杆上靠近中部位置处。

上述的拉索索力测量装置中，作为优选方案，所述刚性固定支架包括两根长度相等的斜向臂杆以及一根横向臂杆；两根斜向臂杆的一端相互交叉固定连接，两根斜向臂杆的另一端各作为一个支架固定部；所述横向臂杆的两端固定连接在两根斜支臂的中部，且横向臂杆的中部位置处与两根斜向臂杆交叉固定连接处之间设置有一根支撑杆；所述液压机和接触式位移传感器均固定安装在横向臂杆的中部位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。

相应地，本发明还提供了采用上述拉索索力测量装置的拉索索力测量方法；为此，本发明采用了如下的技术方案：

一种拉索索力测量方法，采用上述的拉索索力测量装置进行测量，该方法包括如下步骤：

A）预先对拉索索力测量装置进行标定，在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型；

B）将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索；

C）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀；

D）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止，然后通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _k；

E）由测量控制处理器计算当前待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _k =S _k -S ₀；

F）由测量控制处理器将计算所得的当前的径向形变位移变化量D _k 作为输入量代入至待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，得出当前待测拉索的索力T _k 并加以输出。

上述的拉索索力测量方法中，作为优选方案，所述步骤1）中，对拉索索力测量装置进行标定并在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型的具体流程为：

a1）获取待测拉索样本，将待测拉索样本拉伸绷直，并将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索样本上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索样本；

a2）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀，并加以记录；

a3）调整对待测拉索样本两端施加的张拉力，使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力为T _i ；

a4）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索样本的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止；

a5）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _i ；

a6）由测量控制处理器计算当前待测拉索样本在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _i =S _i -S ₀；

a7）通过测量控制处理器控制液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头收缩，使得刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本恢复拉伸绷直状态；

a8）多次循环执行步骤a3）~a7）；每次循环调整使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力T _i 的值不同，测算得到相对应的径向形变位移变化量D _i ，构成一个索力-形变位移数据组[T _i ,D _i ]；由此得到n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]，其中i=1,2,…,n，n为得到的索力-形变位移数据组的总个数；

a9）根据所得到的n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]拟合得到待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系函数，作为待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，存储在测量控制处理器中。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

1、本发明的拉索索力测量装置结构较为简单，利用拉索的索力与其径向弹性应力之间的函数对应关系，采用测量精度有保证的接触式位移传感器测量拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量，并结合预先建立的索力与应力形变函数关系模型来实现对其索力的测量，不需要价格昂贵的高精度传感器等设备。

2、本发明的拉索索力测量装置及其测量方法，无论拉索处于安装过程中还是处于已安装投用状态，都能够用以对其索力进行测量，并且其测量原理避免了拉索的跨度、垂度、振动、环境电磁波、等干扰因素对测量精度的影响，既确保了较高的测量精度，又很好的保证了通用性，且使用操作方便。

3、本发明的拉索索力测量装置及其测量方法，解决了现有技术中拉索索力测量设备所存在的成本高、测量难、通用性不佳、测量精度有限、难以适用于成桥后桥上拉索索力测量等问题，为已安装投用状态下的拉索索力测量提供了新的解决方案，具有很好的推广应用前景。

附图说明

图1为本发明拉索索力测量装置的一种具体实施结构及其安装状态示意图。

图2为图1所示本发明拉索索力测量装置在控制液压机施力导致拉索发生形变后的状态示意图。

图3为采用本发明的拉索索力测量装置进行拉索索力测量的方法流程图。

图4为采用本发明的拉索索力测量装置建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型的方法流程图。

图5为本发明拉索索力测量装置的另一种具体实施结构及其安装状态示意图。

图6为本发明拉索索力测量装置的另一种具体实施结构及其安装状态示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种拉索索力测量装置，其用于安装在待测拉索上进行索力测量，如图1所示，该拉索索力测量装置包括刚性固定支架1、液压机2、接触式位移传感器3和测量控制处理器4。其中，刚性固定支架1具有两个用于分别固定在待测拉索5上不同位置处的支架固定部10，液压机2和接触式位移传感器3均通过刚性固定支架1固定安装在两个支架固定部10之间并位于两个支架固定部连线旁侧的位置处，且液压机2的压头和接触式位移传感器3的接触式探头均能够沿所述两个支架固定部连线中部位置处的垂直方向进行伸缩，从而使得液压机2能够用于通过其压头的伸缩对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索5的中部位置处施加径向压力，使得接触式位移传感器3能够用于通过其接触式探头对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索5的中部位置处在被施加径向压力前后的径向形变位移量进行测量。测量控制处理器4的液压机控制输出端和位移传感器控制输出端分别与液压机2的压头控制输入端和接触式位移传感器3的位移控制输入端进行电信号连接，测量控制处理器4的位移信号采集端与接触式位移传感器3的位移量数据输出端进行电信号连接，测量控制处理器4用于通过液压机控制输出端控制液压机2的压头进行伸缩运动并施加指定压力，通过位移传感器控制输出端控制接触式位移传感器3的接触式探头进行伸缩运动，且通过位移信号采集端接收接触式位移传感器3反馈的位移量数据，并根据控制液压机施加的指定压力值以及接触式位移传感器反馈的位移量数据值建立待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型，或者根据控制液压机施加的指定压力值、接触式位移传感器反馈的位移量数据值以及所建立的待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型对待测拉索的索力进行测算处理并加以输出，其输出的具体形式可以有多种，例如直接通过测量控制处理器自身具备的显示屏进行显示输出（在测量控制处理器自身具备的显示屏的情况下），或通过数据线传输至外接显示器进行显示输出，或者通过有限、无线传输的方式传输输出给其它数据出设备，等等；而其中的待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型则用以指示待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系，从而使得测量控制处理器能够根据控制液压机施加的指定压力值以及接触式位移传感器反馈的位移量数据值来测算待测拉索的索力。

采用本发明的拉索索力测量装置进行拉索索力测量的方法流程如图3所示，具体包括如下步骤：

A）预先对拉索索力测量装置进行标定，在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型；

B）将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索；

C）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀，此时待测拉索处于拉伸绷直状态，如图1所示；

D）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止，然后通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _k，此时待测拉索处于受力形变弯曲状态，如图2所示，图2中各标号含义与图1相同；

E）由测量控制处理器计算当前待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _k =S _k -S ₀；

F）由测量控制处理器将计算所得的当前的径向形变位移变化量D _k 作为输入量代入至待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，得出当前待测拉索的索力T _k 并加以输出。

通过上述的拉索索力测量流程可以看出，本发明拉索索力测量装置的工作原理是，由于拉索的索力大小变化会引起其弹性模量的改变，从而会影响拉索在径向上的弹性应力大小，拉索的索力越大，则拉索在径向上的弹性应力也越大，也就是说，拉索的索力与其径向弹性应力之间存在一定的相关对应关系；由此，本发明的拉索索力测量装置能够通过刚性固定支架的两个支架固定部固定在一段被拉伸绷直而具备一定索力的待测拉索上，并利用刚性固定支架使得液压机和接触式位移传感器能够被固定在两个支架固定部所固定的一段待测拉索旁侧的位置处（即两个支架固定部连线旁侧的位置处），并且液压机能够用于通过其压头的伸缩从旁侧对两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处垂直地施加径向上的指定压力，同时接触式位移传感器能够用于通过其接触式探头的伸缩从旁侧对该段待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移量加以测量，并输出给测量控制处理器，从而可以由测量控制处理器计算得到该段待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量；由此，在可以设定或者预先获知拉索索力的情况下，可以根据待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系进行关联标定，从而建立待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型，而在建立好索力与应力形变函数关系模型，在未知拉索索力的情况下，就可以根据待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量代入索力与应力形变函数关系模型中来测算拉索的实际索力。

至于在上述测量流程的步骤1）中，对拉索索力测量装置进行标定并在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型的具体方法，可以有多种实现方式。但作为优选，本发明也给出了一种建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型的实施方案，其流程如图4所示，具体步骤为：

a1）获取待测拉索样本，将待测拉索样本拉伸绷直，并将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索样本上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索样本；

a2）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀，并加以记录；

a3）调整对待测拉索样本两端施加的张拉力，使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力为T _i ；

a4）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索样本的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止；

a5）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _i ；

a6）由测量控制处理器计算当前待测拉索样本在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _i =S _i -S ₀；

a7）通过测量控制处理器控制液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头收缩，使得刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本恢复拉伸绷直状态；

a8）多次循环执行步骤a3）~a7）；每次循环调整使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力T _i 的值不同，测算得到相对应的径向形变位移变化量D _i ，构成一个索力-形变位移数据组[T _i ,D _i ]；由此得到n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]，其中i=1,2,…,n，n为得到的索力-形变位移数据组的总个数；

a9）根据所得到的n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]拟合得到待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系函数，作为待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，存储在测量控制处理器中。

该建立索力与应力形变函数关系模型的方法操作简单，而且能够得到待测拉索在指定压力下各不同情况的径向形变位移变化量与索力的相关关系，拟合得到在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型，该索力与应力形变函数关系模型可以在后期采用同一指定压力进行拉索索力测量时使用，且只要标定过程中操作得到的索力-形变位移数据组总个数n足够多且索力与应力形变函数关系模型的拟合足够准确，就能够较好的保证后期拉索索力测量的精度。

在本发明拉索索力测量装置中，在技术实现上，液压机和接触式位移传感器都可以采用可市购获得的现有技术产品；而测量控制处理器则可以采用具备信号控制、数据采集和数据处理能力的计算设备配合软件程序而得以实现，例如可以采用具备相应测量控制处理软件程序的计算机、智能移动终端等设备实现，或者采用自行设计的以单片机、可编程逻辑器件、ARM芯片等具备一定数据存储和数据处理能力的逻辑芯片为核心的集成电路所构成的专用测量控制处理设备来实现。

至于本发明拉索索力测量装置中的刚性固定支架的具体结构，可以采用多种具体设计方案，只要能够确保刚性固定支架的两个支架固定部能够固定在一段待测拉索上，从而能够使得液压机和接触式位移传感器被固定在两个支架固定部所固定的一段待测拉索旁侧的位置处（即两个支架固定部连线旁侧的位置处）即可。

例如，作为一种可选择的实现方案，如图1所示，刚性固定支架1可以设计为包括两根长度相等的固定连接臂杆11以及一根支撑臂杆12；两根固定连接臂杆11的一端各作为一个支架固定部10，两根固定连接臂杆11的另一端分别垂直固定于所述支撑臂杆12的两端；而液压机2和接触式位移传感器3均固定安装在支撑臂杆12的中部位置处，且液压机2的压头和接触式位移传感器3的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。这样设计的刚性固定支架结构非常简单，易于加工。但该简单结构的刚性固定支架中，支撑臂杆缺少一定的支撑，当安装在支撑臂杆上的液压机的压头向拉索施加压力时，反作用力可能使得支撑臂杆自身发生一定的形变，从而在利用安装在支撑臂杆上的接触式位移传感器对拉索进行径向形变位移量的测量时可能带来误差；为了解决这个问题，作为进一步的改进，如图5所示，在上述刚性固定支架结构的基础上，还可以增加设计两根斜向支撑杆13，两根斜向支撑杆13的一端各固定连接在一根固定连接臂杆11上，两根斜向支撑杆13的另一端均固定连接在支撑臂杆12上靠近中部位置处，图5中其它编号的含义与图1相同；由此，利用两根斜向支撑杆的拉伸力对支撑臂杆形成辅助支撑，从而尽可能减小或避免测量时因支撑臂杆自身受力发生形变所引起的测量误差，更好的保证拉索索力测量装置的测量精度。

而作为本发明拉索索力测量装置中刚性固定支架的另一种可选择实现方案，如图6所示，刚性固定支架1可以设计为包括两根长度相等的斜向臂杆14以及一根横向臂杆15；两根斜向臂杆14的一端相互交叉固定连接，两根斜向臂杆14的另一端各作为一个支架固定部10；而横向臂杆15的两端固定连接在两根斜支臂14的中部，且横向臂杆15的中部位置处与两根斜向臂杆14交叉固定连接处之间设置有一根支撑杆16；液压机2和接触式位移传感器3均固定安装在横向臂杆15的中部位置处，且液压机2的压头和接触式位移传感器3的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。该刚性固定支架中，利用两根斜向臂杆、一根横向臂杆和一根支撑杆的相互连接，形成了多个相互关联的三角支撑，能够提升刚性固定支架整体的支撑力和稳定性，从而尽可能减小或避免测量时因刚性固定支架自身受力发生形变所引起的测量误差，更好的保证拉索索力测量装置的测量精度。

通过本发明拉索索力测量装置的上述结构及测量方法的工作原理可以看到，其装置结构较为简单，不需要价格昂贵的高精度传感器等设备，而利用拉索的索力与其径向弹性应力之间的函数对应关系，采用测量精度有保证的接触式位移传感器测量拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量，并结合预先建立的索力与应力形变函数关系模型来实现对其索力的测量，因此，无论拉索处于安装过程中还是处于已安装投用状态，都能够用以对其索力进行测量，并且其测量原理避免了拉索的跨度、垂度、振动、环境电磁波、等干扰因素对测量精度的影响，既确保了较高的测量精度，又很好的保证了通用性，且使用操作方便，解决了现有技术中拉索索力测量设备所存在的成本高、测量难、通用性不佳、测量精度有限、难以适用于成桥后桥上拉索索力测量等问题。本发明的拉索索力测量装置及其测量方法，为已安装投用状态下的拉索索力测量提供了新的解决方案，具有很好的推广应用前景。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种拉索索力测量装置，其特征在于，用于安装在待测拉索上进行索力测量，包括刚性固定支架、液压机、接触式位移传感器和测量控制处理器；

所述刚性固定支架具有两个用于分别固定在待测拉索上不同位置处的支架固定部，所述液压机和接触式位移传感器均通过刚性固定支架固定安装在两个支架固定部之间并位于两个支架固定部连线旁侧的位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均能够沿所述两个支架固定部连线中部位置处的垂直方向进行伸缩，从而使得液压机能够用于通过其压头的伸缩对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处施加径向压力，使得接触式位移传感器能够用于通过其接触式探头对刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处在被施加径向压力前后的径向形变位移量进行测量；

所述测量控制处理器的液压机控制输出端和位移传感器控制输出端分别与液压机的压头控制输入端和接触式位移传感器的位移控制输入端进行电信号连接，测量控制处理器的位移信号采集端与接触式位移传感器的位移量数据输出端进行电信号连接，测量控制处理器用于通过液压机控制输出端控制液压机的压头进行伸缩运动并施加指定压力，通过位移传感器控制输出端控制接触式位移传感器的接触式探头进行伸缩运动，且通过位移信号采集端接收接触式位移传感器反馈的位移量数据，并根据控制液压机施加的指定压力值以及接触式位移传感器反馈的位移量数据值建立待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型，或者根据控制液压机施加的指定压力值、接触式位移传感器反馈的位移量数据值以及所建立的待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型对待测拉索的索力进行测算处理并加以输出；

所述待测拉索在指定压力下对应的索力与应力形变函数关系模型用以指示待测拉索在被施加径向上的指定压力前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系。

2.根据权利要求1所述的拉索索力测量装置，其特征在于，所述刚性固定支架包括两根长度相等的固定连接臂杆以及一根支撑臂杆；两根固定连接臂杆的一端各作为一个支架固定部，两根固定连接臂杆的另一端分别垂直固定于所述支撑臂杆的两端；所述液压机和接触式位移传感器均固定安装在支撑臂杆的中部位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。

3.根据权利要求2所述的拉索索力测量装置，其特征在于，所述刚性固定支架还包括两根斜向支撑杆，两根斜向支撑杆的一端各固定连接在一根固定连接臂杆上，两根斜向支撑杆的另一端均固定连接在支撑臂杆上靠近中部位置处。

4.根据权利要求1所述的拉索索力测量装置，其特征在于，所述刚性固定支架包括两根长度相等的斜向臂杆以及一根横向臂杆；两根斜向臂杆的一端相互交叉固定连接，两根斜向臂杆的另一端各作为一个支架固定部；所述横向臂杆的两端固定连接在两根斜向臂杆的中部，且横向臂杆的中部位置处与两根斜向臂杆交叉固定连接处之间设置有一根支撑杆；所述液压机和接触式位移传感器均固定安装在横向臂杆的中部位置处，且液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头均朝向两个支架固定部连线所在一侧设置。

5.一种拉索索力测量方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的拉索索力测量装置进行测量，该方法包括如下步骤：

A）预先对拉索索力测量装置进行标定，在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型；

B）将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索；

C）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀；

D）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止，然后通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _k；

E）由测量控制处理器计算当前待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _k =S _k -S ₀；

F）由测量控制处理器将计算所得的当前的径向形变位移变化量D _k 作为输入量代入至待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，得出当前待测拉索的索力T _k 并加以输出。

6.根据权利要求5所述的拉索索力测量方法，其特征在于，所述步骤A）中，对拉索索力测量装置进行标定并在测量控制处理器中建立待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型的具体流程为：

a1）获取待测拉索样本，将待测拉索样本拉伸绷直，并将拉索索力测量装置中刚性固定支架的两个支架固定部分别固定在被拉伸绷直的待测拉索样本上的不同位置处，使得刚性固定支架的两个支架固定部固定住一段待测拉索样本；

a2）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，然后通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S ₀，并加以记录；

a3）调整对待测拉索样本两端施加的张拉力，使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力为T _i ；

a4）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上液压机的压头运动并接触到两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，且控制压头继续推伸运动直至其向所述一段待测拉索样本的中部位置处施加的径向压力达到指定压力F _k 时停止；

a5）通过测量控制处理器控制刚性固定支架上接触式位移传感器的接触式探头运动至刚好接触到当前两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本的中部位置处，再通过测量控制处理器获取接触式位移传感器当前反馈的位移量数据S _i ；

a6）由测量控制处理器计算当前待测拉索样本在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量D _i =S _i -S ₀；

a7）通过测量控制处理器控制液压机的压头和接触式位移传感器的接触式探头收缩，使得刚性固定支架的两个支架固定部所固定的一段待测拉索样本恢复拉伸绷直状态；

a8）多次循环执行步骤a3）~a7）；每次循环调整使得待测拉索样本拉伸绷直后的索力T _i 的值不同，测算得到相对应的径向形变位移变化量D _i ，构成一个索力-形变位移数据组[T _i ,D _i ]；由此得到n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]，其中i=1,2,…,n，n为得到的索力-形变位移数据组的总个数；

a9）根据所得到的n个索力-形变位移数据组[T ₁,D ₁]、[T ₂,D ₂]、…、[T _i ,D _i ]、…、[T _n ,D _n ]拟合得到待测拉索在被施加径向上的指定压力F _k 前后的径向形变位移变化量与待测拉索的索力之间的对应关系函数，作为待测拉索在指定压力F _k 下对应的索力与应力形变函数关系模型，存储在测量控制处理器中。