CN106768503B - 一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。所述传感器包括：固定支架和传感器模块；所述传感器模块由两个部分构成；当两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。本发明公开的磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统，在保证高精度测量的同时，具有安装简单方便、适用于各种形状钢缆索的优点。

Description

一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统

技术领域

本发明涉及无损检测领域，特别是涉及一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。

背景技术

钢缆索由于具有柔性大、抗拉强度高、负载传递距离长等突出优点，现已广泛应用在大跨度桥梁、大型建筑结构和牵引机械等领域，包括斜拉索、客运索道、电梯用钢丝绳以及各种起重设备吊索等形式。钢缆索在使用过程中，受大气环境腐蚀、机械摩擦或疲劳损伤等影响将出现损伤累积；同时由于载荷的不确定性，不可避免地使钢缆索受到各种损伤，导致钢缆索实际承受载荷的能力降低，使得钢缆索有可能因超载而突然发生断裂，造成重大安全事故和经济损失。

目前，国内外钢缆索的索力检测技术一般采用四种方式：油压表读数法、压力传感器测定法、频率测定法、磁弹效应法。其中磁弹效应法为非接触方法，其磁弹索力传感器具有输出功率大、信号强、结构简单、使用寿命长、过载保护能力强和动态响应好等优点，不仅适用于静态测量，而且适用于动态在线索力测量，并能实现全天候实时采样，还可以测试钢缆索的腐蚀状况，同时钢缆索表面的腐蚀层和保护塑料套管对测量结果无影响，是钢缆索健康检测最具潜力的最新方法。

现有技术中采用的磁弹索力传感器包括传统套筒式磁弹索力传感器和旁路式结构的磁弹索力传感器。

传统套筒式磁弹索力传感器中激励线圈和检测线圈采用同轴绕制，一般检测线圈外径小于激励线圈内径，且检测线圈的匝数多于激励线圈，激励线圈施加的信号为脉冲波信号，主要用于新建桥梁的斜拉钢缆索应力测量，在桥梁新建时安装到钢缆索端部，钢缆索再使用牵拉装置固定。钢缆索投入使用后，可利用套筒式磁弹索力传感器连接其测量仪器对钢缆索应力进行监控，这种套筒式磁弹索力传感器一般安装后不再拆除。对于已建桥梁的钢缆索，如果采用套筒式结构，只能采取现场绕制的方式，但这种方式绕制的线圈难以保证一致性，难以进行准确的标定，导致测量结果会产生较大误差，同时现场绕制工作量大，操作不便，不但增加作业难度，并且对工人的技术要求高。

旁路式结构的磁弹索力传感器采用U型磁轭，激励线圈不用现场绕制，磁通量穿过磁轭进入钢缆索，能实现对钢缆索的磁化，但这种传感器检测线圈还需要绕制在钢缆索上。对于非圆形的钢缆索，由于其传感器检测线圈还需要绕制在钢缆索上，当U型磁轭位于钢缆索不同的圆周位置上时，即使钢缆索处于相同的应力状态，也会有不同的测量结果。

发明内容

本发明的目的是提供一种安装简单方便、适用于各种形状钢缆索索力测量的磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁弹索力传感器，包括：固定支架和传感器模块；

所述传感器模块由结构相同的两个部分构成；当两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；

所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上。

可选的，所述空心腔体内有多道环形定位槽，每道所述环形定位槽内安装有一层绝缘层；每两层所述绝缘层之间为环形布线槽，所述铜片线圈呈第一螺旋结构排列在所述环形布线槽内；每圈所述铜片线圈在相同位置上设置有两个圆形通孔，两个所述圆形通孔呈中心对称；各圈所述铜片线圈上相同位置上的圆形通孔内穿过一个定位螺杆；所述定位螺杆将所述铜片线圈定位在所述环形布线槽内。

可选的，所述传感器模块还包括定位板，所述定位板位于所述钢缆索和所述空心腔体最内侧的环形定位槽之间，所述定位板上安装有卡槽，所述检测线圈安装在所述卡槽内。

可选的，所述外壳为圆柱体形；在所述外壳外部的侧面两端设置有把手；在所述外壳的一个底面上设置有两个激励信号航空插头和两个检测信号航空插头，两个所述激励信号航空插头通过导线分别与所述铜片线圈的两端相连，两个所述检测信号航空插头通过导线分别与所述检测线圈的两端相连；所述定位螺杆固定在所述外壳的两个底面上；所述外壳的两个底面中央设置有圆孔，当两个部分构成所述传感器模块时，所述钢缆索嵌入在所述圆孔内。

可选的，所述传感器模块的两部分包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一弧形铜片和所述第二部分的第二弧形铜片对应连接构成所述铜片线圈；所述第一部分的第一外壳和所述第二部分的第二外壳构成所述外壳；所述第一部分的第一检测电路板和所述第二部分的第二检测电路板在柔性电路板的连接下构成所述检测电路。

可选的，所述第一外壳和所述第二外壳的侧面连接处设置有固定平台，通过紧固螺丝将所述第一外壳上的固定平台和所述第二外壳上的固定平台紧固连接，从而将所述第一外壳和所述第二外壳连在一起形成所述外壳。

可选的，所述固定支架位于所述第一部分和所述第二部分之间；所述固定支架包括C形支架和双头螺栓；所述C形支架安装在钢缆索上，所述双头螺栓上安装有方形绝缘片、弹簧和羊角螺母；所述双头螺栓与所述环形布线槽相对应，每个所述双头螺栓沿所述环形布线槽的轴向穿过对应的所述环形布线槽后固定在所述C形支架上；所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处设置有U型卡槽；在所述环形布线槽内，所述双头螺栓穿过所述U型卡槽；所述第一弧形铜片与所述第二弧形铜片在相邻的所述方形绝缘片的间隙内实现连接，所述方形绝缘片对所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处进行绝缘和紧固；通过旋转对所述弹簧施加压力，从而保证所述方形绝缘片的紧固程度。

可选的，所述第一检测电路板和所述第二检测电路板为柔性电路板，在所述第一检测电路板上安装有N条第一柔性扁平线缆；在所述第二检测电路板上安装有N条第二柔性扁平线缆；N的值等于所述检测线圈的圈数；在所述第一检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第一柔性扁平线缆依次对应连接的N个第一线缆接头；在所述第二检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第二柔性扁平线缆依次对应连接的N个第二线缆接头；位于同一侧的N个所述第一线缆接头和N个所述第二线缆接头分别连接在所述连接电路板的两端；通过所述连接电路板将N条所述第一柔性扁平线缆和N条所述第二柔性扁平线缆连接成螺旋结构。

可选的，两个所述连接电路板包括第一连接电路板和第二连接电路板；每个所述连接电路板上设置有两个连接器，分别为第一连接器和第二连接器；每个所述连接器上设置有N个引脚；在每个所述连接电路板中，第一连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第一线缆接头，第二连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第二线缆接头；在所述第一连接电路板中，所述第一连接器的第2~N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1~N-1个所述引脚的内端；在所述第二连接电路板中，所述第一连接器的第1~N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1~N个所述引脚的内端。

本发明还公开了一种钢缆索索力测量系统，包括所述磁弹索力传感器，所述系统还包括：函数信号发生器、功率放大器、一级滤波放大电路、模拟积分电路、二级滤波放大电路、A/D转换与采集电路、计算机；

所述函数信号发生器的输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述函数信号发生器用于产生正负双向激励的方波信号，所述功率放大器的输出端连接到所述磁弹索力传感器的激励信号航空插头，所述磁弹索力传感器的检测信号航空插头连接到所述一级滤波放大电路的输入端，所述一级滤波放大电路的输出端连接到所述模拟积分电路的输入端，所述模拟积分电路的输出端连接到所述二级滤波放大电路的输入端，所述二级滤波放大电路的输出端连接到所述A/D转换与采集电路的输入端，所述A/D转换与采集电路的输出端连接到所述计算机的输入端。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明公开的传感器，将铜片线圈代替传统的漆包线，使得线圈能够承载大电流、大电压；本发明的传感器模块采用结构相同的两个部分构成，通过两个部分的组合将传感器安装在钢缆索上，实现了传感器的随时安装和随时拆卸；本发明所使用的传感器安装在钢缆索上后，铜片线圈将钢缆索完全包裹在内，一次磁化就可实现钢缆索全方位的磁化，可以避免单U或双U型磁轭单次磁化时无法适用于非圆形钢缆索的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为钢缆索横截面形状为六边形时的结构示意图；

图2为本发明磁弹索力传感器实施例的整体结构图；

图3为本发明磁弹索力传感器实施例的第一部分的结构图；

图4为本发明磁弹索力传感器实施例的第一外壳的结构图；

图5为本发明磁弹索力传感器实施例的部分铜片线圈的结构图；

图6为本发明磁弹索力传感器实施例的一个完整铜片线圈的结构图；

图7为本发明磁弹索力传感器实施例的各个第一弧形铜片的结构图；

图8为本发明磁弹索力传感器实施例的检测线圈结构图；

图9为本发明磁弹索力传感器实施例检测线圈的第一连接电路板内部结构图；

图10为本发明磁弹索力传感器实施例的固定支架的结构图；

图11为本发明磁弹索力传感器实施例的第一外壳和固定支架组合结构图；

图12为本发明钢缆索索力测量系统实施例的系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种磁弹索力传感器及钢缆索索力测量系统。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为钢缆索横截面形状为六边形时的结构示意图。

参见图1，在实际应用中，钢缆索的横截面形状包括了六边形、圆形等形状。当钢缆索的形状不是圆形，比如为六边形时，现有技术中的磁弹索力传感器，比如旁路式结构的磁弹索力传感器一旦安装固定好之后，就只能在某一个方向上进行测量，因为钢缆索具有圆形保护层，当磁弹索力传感器安装在不同的位置时，磁弹索力传感器的探头与钢缆索的距离是不同的。比如，当磁弹索力传感器安装在A处时，探头与钢缆索的距离为六边形靠近A处的角点到A处的距离，此时探头与钢缆索的距离最小，探头获得的感应信号最大；同理，当磁弹索力传感器安装在B处时，探头与钢缆索的距离为六边形靠近B处的边到B处的距离，此时探头与钢缆索的距离最大，探头获得的感应信号最小。这样因磁弹索力传感器安装位置的不同，会导致其测量结果存在极大的差异，从而对钢缆索的应力状态造成误判。

图2为本发明磁弹索力传感器实施例的整体结构图。

参见图2，本发明公开的磁弹索力传感器将钢缆索包裹在内，可以实现对钢缆索全方位的磁化，一次测量即可得到钢缆索的感应电压信号。所述传感器包括固定支架3和传感器模块，所述传感器模块包括第一部分1和第二部分2；所述第一部分和所述第二部分的结构相同。所述固定支架3位于所述第一部分1和所述第二部分2之间。

图3为本发明磁弹索力传感器实施例的第一部分的结构图。

由于第一部分1与第二部分2结构相同，下面仅以第一部分1为例进行详细说明。参见图3，所述传感器模块的第一部分1包括第一外壳101、第一弧形铜片102、第一检测电路板103。同理，所述第二部分2包括第二外壳、第二弧形铜片、第二检测电路板（图中未标出）；第一部分1的第一弧形铜片102和第二部分的第二弧形铜片对应连接构成铜片线圈；所述第一部分1的第一外壳101和所述第二部分的第二外壳构成外壳；所述第一部分1的第一检测电路板103和所述第二部分的第二检测电路板在柔性电路板的连接下构成检测线圈；第一外壳101由非金属材料制成；所述第一外壳101为半圆柱体形，内部为空心腔体；所述第一弧形铜片102和所述第一检测电路板103安装在所述空心腔体内；所述第一检测电路板103安装在所述钢缆索外围；所述第一弧形铜片102安装在所述第一检测电路板103的外围。在所述钢缆索和所述最内侧的第一弧形铜片102之间设置有定位板104，所述定位板104上安装有卡槽，所述第一检测电路板103安装在所述卡槽内。所述第一外壳101上安装有定位螺杆105，所述定位螺杆105穿过所述第一外壳101将所述第一弧形铜片102定位在所述第一外壳101内。

图4为本发明磁弹索力传感器实施例的第一外壳的结构图。

参见图4，首先对所述第一外壳101的外侧进行说明。所述第一外壳101侧面上靠近底面的两端设置有把手106；在所述第一外壳101和所述第二外壳的侧面连接处设置有固定平台107，通过紧固螺丝将所述第一外壳101上的固定平台107和所述第二外壳上的固定平台紧固连接，从而将所述第一外壳101和所述第二外壳连在一起形成所述外壳；所述第一外壳101两个底面上均设置有半圆孔，所述第一外壳101上的半圆孔与所述第二外壳上的半圆孔形成圆孔，当所述传感器安装在所述钢缆索上时，所述钢缆索嵌入在所述圆孔内；所述第一外壳101的一个底面上设置有两个激励信号航空插头108和两个检测信号航空插头109，为了方便连接，将所有的航空插头均设置在第一外壳的一个底面，在第二外壳上不再设置航空插头，两个所述激励信号航空插头108分别与所述铜片线圈的两个端点相连，两个所述检测信号航空插头109分别与所述检测线圈的两个端点相连；在所述半圆孔的两侧，设置有多个小凹槽，所述小凹槽用于嵌入所述固定支架3。

下面对所述第一外壳的内部进行说明。所述空心腔体内有多道环形定位槽110，每道所述环形定位槽110内安装有一层绝缘层；每两层所述绝缘层之间为环形布线槽，所述第一弧形铜片102整齐平行排列在所述环形布线槽内；每个第一弧形铜片102在相同位置上设置有圆形通孔，在每个所述环形布线槽内，所述定位螺杆105穿过所述环形布线槽内的第一弧形铜片102上的圆形通孔，将所述第一弧形铜片102定位在所述环形布线槽内。

图5为本发明磁弹索力传感器实施例的部分铜片线圈的结构图。

参见图5，以三个弧形铜片的连接为例，其中I和III均为第一弧形铜片，II为第二弧形铜片；弧形铜片I的两端分别为a1和b1，弧形铜片II的两端为a2和b2，弧形铜片III的两端为a3和b3。连接时，将弧形铜片I的a1端和弧形铜片II的b2端连接，将弧形铜片II的a2端和弧形铜片III的a3端连接。可见，三个弧形铜片按照此连接方式可以形成螺旋结构。

图6为本发明磁弹索力传感器实施例的一个完整铜片线圈的结构图。

参见图6，如果按照图5的连接方式连接，则本申请连接成的其中一个铜片线圈的结构就是图6所示的结构。可见图6为形成螺旋结构的铜片线圈。在图6中，各个第一弧形铜片的圆形通孔在一条直线上，各个第二弧形铜片的圆形通孔在一条直线上。

由图6可以看出，本发明的铜片线圈是由尺寸一致的呈半圆环状的弧形铜片相连接组成，因此在保证每一个弧形铜片尺寸一致、材料相同的情况下，只要铜片线圈的匝数一致，所述铜片线圈的电感、电容和电阻都一致，因此对于型号相同的同种磁弹索力传感器，其性能指标是一致的。那么在工业应用中，本发明由于能够保证一致性的性能指标，为批量生产提供了可能，因此，本发明的技术方案可以实现磁弹索力传感器的批量生产。本发明的铜片线圈选用的材质为铜片，能够承载大电流和大电压，并且铜片极薄，同一体积下本发明的方案能够实现更多的线圈匝数。由于磁场强度与电流呈正相关，也与匝数呈正相关，因此本发明的技术方案在有限体积内增大了磁场强度，并且扩大了磁场强度的可调范围。本发明的传感器模块安装在钢缆索上后，所述铜片线圈将钢缆索完全包裹在内，一次磁化就可实现钢缆索全方位的磁化，可以避免传统单U或双U型磁轭单次磁化时无法适用于非圆形钢缆索的情况，因此本发明公开的方案能够适应各种形状的钢缆索。

图7为本发明磁弹索力传感器实施例的各个第一弧形铜片的结构图。

参见图7，在形成图6的结构之前，或将图6的结构拆分之后，各个第一弧形铜片在所述环形布线槽内的结构即为图7所示的结构。可见，位于同一环形布线槽内的第一弧形铜片102整齐平行排列在所述环形布线槽内。

在图7中可以看出，每个所述第一弧形铜片102的两侧均设置有U型卡槽111。所述U型卡槽111为所述第一弧形铜片102和所述第二弧形铜片的连接处。同时，所述U型卡槽111还用于穿过固定支架1。在所述第一弧形铜片102的内侧设置有环形绝缘片112，所述环形绝缘片112的外径与所述第一弧形铜片102的内径相同。

图8为本发明磁弹索力传感器实施例的检测线圈结构图。

参见图8，所述第一检测电路板103和所述第二检测电路板为柔性电路板，在所述第一检测电路板103上安装有N条第一柔性扁平线缆113；在所述第二检测电路板上安装有N条第二柔性扁平线缆；N的值等于所述检测线圈的圈数；在所述第一检测电路板103的两侧分别延伸出与N条所述第一柔性扁平线缆依次对应连接的N个第一线缆接头114；在所述第二检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第二柔性扁平线缆依次对应连接的N个第二线缆接头；位于同一侧的N个所述第一线缆接头114和N个所述第二线缆接头分别连接在连接电路板的两端；通过所述连接电路板将N条所述第一柔性扁平线缆和N条所述第二柔性扁平线缆连接成螺旋结构。

所述第一检测电路板103和所述第二检测电路板通过两个所述连接电路板连接成螺旋结构。第一连接电路板115实现N个第一线缆接头114和N个第二线缆接头的错位连接，第二连接电路板116实现N个第一线缆接头114和N个第二线缆接头的依次对应连接。位于第一连接电路板115同一侧的N个第一线缆接头114和N个第二线缆接头，在连接时，将第1个第一线缆接头114和第N个第二线缆接头分别对应连接到两个所述检测信号航空插头109，然后将第2~N个第一线缆接头114依次对应连接到第1~N-1个第二线缆接头。位于第二连接电路板116同一侧的N个第一线缆接头114和N个第二线缆接头，在连接时，将第1~N个第一线缆接头114依次对应连接到第1~N个第二线缆接头。

图9为本发明磁弹索力传感器实施例检测线圈的第一连接电路板内部结构图。

参见图9，所述第一连接电路板115上设置有两个连接器，分别为第一连接器117和第二连接器118；每个所述连接器上设置有N个引脚119；第一连接器117上的N个引脚119的外端依次对应连接到N个所述第一线缆接头114，第二连接器118上的N个引脚119的外端依次对应连接到N个所述第二线缆接头；第一连接器117的第2~N个所述引脚119的内端依次对应连接到第二连接器118的第1~N-1个所述引脚119的内端；所述第一连接器117的第1个引脚119的内端和所述第二连接器118的第N个所述引脚119的内端依次对应连接到两个所述检测信号航空插头109。

本发明中检测线圈采用的是柔性扁平线缆，虽然这种线缆线价格低廉，但是目前没有任何现有技术将其应用于钢缆索索力测量领域，原因主要是没有合适的接口实现两条线缆的连接。本发明中采用连接电路板实现柔性扁平线缆的连接，连接电路板采用FFC连接电路板，并设计了独特的内部接口连接方式，通过引脚内端的错位相连，使得只需将第一线缆接头和第二线缆接头直接插入到连接电路板上就能实现第一柔性扁平电缆和第二柔性扁平电缆的螺旋连接，解决了现有技术没有合适的接口实现两条线缆的连接的技术问题。传感器模块安装完成后，这种通过错位连接从而实现螺旋连接的检测线圈将钢缆索完全包裹在内，进行钢缆索应力测量时，检测线圈可准确检测到钢缆索中磁通量的变化。并且本发明的该检测线圈的上述结构能极大地降低甚至消除钢缆索的特殊结构对测量结果的影响。

图10为本发明磁弹索力传感器实施例的固定支架的结构图。

参见图10，所述固定支架3包括C形支架301和双头螺栓302；所述C形支架301安装在钢缆索上，所述双头螺栓302上安装有方形绝缘片303、弹簧304和羊角螺母305。

图11为本发明磁弹索力传感器实施例的第一外壳和固定支架组合结构图。

参见图11，所述双头螺栓302与所述环形布线槽相对应，每个所述双头螺栓302沿所述环形布线槽的轴向穿过对应的所述环形布线槽后固定在所述C形支架上301；所述第一弧形铜片102和所述第二弧形铜片的连接处设置有U型卡槽111；在所述环形布线槽内，所述双头螺栓穿过所述U型卡槽111；所述第一弧形铜片102与所述第二弧形铜片在相邻的所述方形绝缘片303的间隙内实现连接，所述方形绝缘片303对所述第一弧形铜片102和所述第二弧形铜片的连接处进行绝缘和紧固；通过旋转对所述弹簧304施加压力，从而保证所述方形绝缘片303的紧固程度。当所述第一部分1和所述第二部分2形成所述传感器模块时，所述双头螺栓302嵌入在所述第一外壳101和所述第二外壳的小凹槽内。

在该实施例中，设置了三个环形布线槽；当所述第一外壳101和所述第二外壳形成所述传感器模块时，所述相邻环形布线槽内的铜片线圈通过导线连接成整体铜片线圈，所述整体铜片线圈的两端分别连接到两个所述激励信号航空插头108。

可选的，所述铜片线圈的轴向长度是所述检测线圈的轴向长度的2倍。所述铜片线圈选用的铜片的厚度为0.5mm；所述定位板的内径与所述钢缆索的外径大小相同。

可选的，所述铜片线圈选用黄铜或紫铜；所述绝缘层由环氧树脂板制成；所述定位板由绝缘材料制成，所述定位螺杆上覆盖有绝缘材料。

图12为本发明钢缆索索力测量系统实施例的系统结构图。

参见图12，本发明公开的钢缆索索力测量系统，包括权利要求1~8任意一项所述的磁弹索力传感器，所述系统还包括：函数信号发生器1201、功率放大器1202、一级滤波放大电路1203、模拟积分电路1204、二级滤波放大电路1205、A/D转换与采集电路1206、计算机1207；

所述函数信号发生器1201的输出端连接到所述功率放大器1202的输入端，所述函数信号发生器1201用于产生正负双向激励的方波信号，所述功率放大器1202的输出端连接到所述磁弹索力传感器的激励信号航空插头，所述磁弹索力传感器的检测信号航空插头连接到所述一级滤波放大电路1203的输入端，所述一级滤波放大电路1203的输出端连接到所述模拟积分电路1204的输入端，所述模拟积分电路1204的输出端连接到所述二级滤波放大电路1205的输入端，所述二级滤波放大电路1205的输出端连接到所述A/D转换与采集电路1206的输入端，所述A/D转换与采集电路1206的输出端连接到所述计算机1207的输入端。

在所述系统工作时，所述功率放大器1202用于对所述方波信号进行功率放大处理并输出到所述铜片线圈中；所述铜片线圈在所述方波信号的影响下产生与所述铜片线圈的轴向同向的脉冲磁场，通过所述脉冲磁场完成对所述钢缆索的磁化；所述检测线圈利用磁弹效应将检测到的磁场变化转换成感应电压，所述感应电压经过一级滤波放大电路1203、模拟积分电路1204、二级滤波放大电路1205的处理后输出到所述A/D转换与采集电路1206中，所述A/D转换与采集电路1206经过模数转换处理将所述感应电压输出到所述计算机1207中；所述计算机1207利用信号处理软件经过信号处理后得到信号的积分电压值，根据所述积分电压值计算得到实际的索力值。

本发明公开的钢缆索索力测量系统的测量原理是基于铁磁性材料的磁弹效应，即当铁磁性材料处于外置磁场中被磁化时，若铁磁性材料的应力状态发生改变，则磁特性参数（比如磁导率、矫顽力、剩磁等）也相应改变。并且，钢缆索索力与其本身材料的磁导率变化成正比，而磁导率变化量又和积分电压呈线性关系，若测量前对钢缆索进行索力—积分电压标定，则可通过积分电压值直接获得索力大小。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种磁弹索力传感器，其特征在于，包括：固定支架和传感器模块；

所述传感器模块由结构相同的两个部分构成；当所述两个部分构成所述传感器模块时，所述传感器模块包覆在钢缆索外部；所述传感器模块包括外壳、铜片线圈、检测线圈；所述外壳内部为空心腔体，所述铜片线圈和所述检测线圈安装在所述空心腔体中；所述检测线圈环绕在所述钢缆索外部，所述铜片线圈环绕在所述检测线圈外部；

所述固定支架安装在所述钢缆索上，位于所述传感器模块的两侧，将所述传感器模块固定在所述钢缆索上；

所述空心腔体内有多道环形定位槽，每道所述环形定位槽内安装有一层绝缘层；每两层所述绝缘层之间为环形布线槽，所述铜片线圈呈第一螺旋结构排列在所述环形布线槽内；每圈所述铜片线圈在相同位置上设置有两个圆形通孔，两个所述圆形通孔呈中心对称；各圈所述铜片线圈上相同位置上的圆形通孔内穿过一个定位螺杆；所述定位螺杆将所述铜片线圈定位在所述环形布线槽内；

所述外壳为圆柱体形；在所述外壳外部的侧面两端设置有把手；在所述外壳的一个底面上设置有两个激励信号航空插头和两个检测信号航空插头，两个所述激励信号航空插头通过导线分别与所述铜片线圈的两端相连，两个所述检测信号航空插头通过导线分别与所述检测线圈的两端相连；所述定位螺杆固定在所述外壳的两个底面上；所述外壳的两个底面中央设置有圆孔，当两个部分构成所述传感器模块时，所述钢缆索嵌入在所述圆孔内；

所述传感器模块的两个部分包括第一部分和第二部分，所述第一部分的第一弧形铜片和所述第二部分的第二弧形铜片对应连接构成所述铜片线圈；所述第一部分的第一外壳和所述第二部分的第二外壳构成所述外壳；所述第一部分的第一检测电路板和所述第二部分的第二检测电路板在柔性电路板的连接下构成所述检测电路；

所述固定支架位于所述第一部分和所述第二部分之间；所述固定支架包括C形支架和双头螺栓；所述C形支架安装在钢缆索上，所述双头螺栓上安装有方形绝缘片、弹簧和羊角螺母；所述双头螺栓与所述环形布线槽相对应，每个所述双头螺栓沿所述环形布线槽的轴向穿过对应的所述环形布线槽后固定在所述C形支架上；所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处设置有U型卡槽；在所述环形布线槽内，所述双头螺栓穿过所述U型卡槽；所述第一弧形铜片与所述第二弧形铜片在相邻的所述方形绝缘片的间隙内连接，所述方形绝缘片对所述第一弧形铜片和所述第二弧形铜片的连接处进行绝缘和紧固；通过旋转对所述弹簧施加压力，从而保证所述方形绝缘片的紧固程度。

2.根据权利要求1所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述传感器模块还包括定位板，所述定位板位于所述钢缆索和所述空心腔体最内侧的环形定位槽之间，所述定位板上安装有卡槽，所述检测线圈安装在所述卡槽内。

3.根据权利要求1所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述第一外壳和所述第二外壳的侧面连接处设置有固定平台，通过紧固螺丝将所述第一外壳上的固定平台和所述第二外壳上的固定平台紧固连接，从而将所述第一外壳和所述第二外壳连在一起形成所述外壳。

4.根据权利要求1所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，所述第一检测电路板和所述第二检测电路板为柔性电路板，在所述第一检测电路板上安装有N条第一柔性扁平线缆；在所述第二检测电路板上安装有N条第二柔性扁平线缆；N的值等于所述检测线圈的圈数；在所述第一检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第一柔性扁平线缆依次对应连接的N个第一线缆接头；在所述第二检测电路板的两侧分别延伸出与N条所述第二柔性扁平线缆依次对应连接的N个第二线缆接头；位于同一侧的N个所述第一线缆接头和N个所述第二线缆接头分别连接在所述连接电路板的两端；通过两个所述连接电路板将N条所述第一柔性扁平线缆和N条所述第二柔性扁平线缆连接成螺旋结构。

5.根据权利要求4所述的一种磁弹索力传感器，其特征在于，两个所述连接电路板包括第一连接电路板和第二连接电路板；每个所述连接电路板上设置有两个连接器，分别为第一连接器和第二连接器；每个所述连接器上设置有N个引脚；在每个所述连接电路板中，第一连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第一线缆接头，第二连接器上的N个引脚的外端依次对应连接到N个所述第二线缆接头；在所述第一连接电路板中，所述第一连接器的第2～N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1～N-1个所述引脚的内端；在所述第二连接电路板中，所述第一连接器的第1～N个所述引脚的内端依次对应连接到所述第二连接器的第1～N个所述引脚的内端。

6.一种钢缆索索力测量系统，其特征在于，包括权利要求1～5任意一项所述的磁弹索力传感器，所述系统还包括：函数信号发生器、功率放大器、一级滤波放大电路、模拟积分电路、二级滤波放大电路、A/D转换与采集电路、计算机；

所述函数信号发生器的输出端连接到所述功率放大器的输入端，所述函数信号发生器用于产生正负双向激励的方波信号，所述功率放大器的输出端连接到所述磁弹索力传感器的激励信号航空插头，所述磁弹索力传感器的检测信号航空插头连接到所述一级滤波放大电路的输入端，所述一级滤波放大电路的输出端连接到所述模拟积分电路的输入端，所述模拟积分电路的输出端连接到所述二级滤波放大电路的输入端，所述二级滤波放大电路的输出端连接到所述A/D转换与采集电路的输入端，所述A/D转换与采集电路的输出端连接到所述计算机的输入端。