CN108151924A - 带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通量传感器的方法 - Google Patents

Abstract

一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置，包括套在被测拉索上的可校准式磁通量传感器、磁弹仪，该可校准式磁通量传感器包括主线圈、次线圈、温度传感器、线轴体和校准装置，所述线轴体是空心轴套；所述校准装置或是由与被测拉索同材质的n条钢丝或铁磁性棒料构成的校准装置Ⅰ或是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的校准装置Ⅱ，校准装置安装在传感器线轴体内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来，n和m的取值范围是：2≤n≤500，2≤m≤16。该带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置能够在服役过程中被随时校准，准确了解传感器是否准确、可靠。其校准装置也可用于对现有未带有校准装置的磁通量传感器进行改进。

Description

带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通 量传感器的方法

技术领域

本发明涉及土木监测领域的一种桥梁拉索索力检测、监测装置，特别是一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通量传感器的方法。

背景技术

拉索是拱桥、斜拉桥、悬索桥等索类桥梁的核心构件之一，作为受力构件，其受力状况对桥梁整体结构的安全起到极其重要的作用；拉索的工作状态是桥梁是否处于安全状态的重要标志之一，拉索索力的常用监测方式有磁通量法、频率法、压力传感法等；从传感器的耐久性、长效性、稳定性等方面考虑，磁通量法效果较好；专利公告号为CN105527041的专利申请公布了一种采用磁通量法的《预应力锚索内力的监测与自动测量系统》，但该测量系统的磁通量传感器采用两个半圆C形卡套卡在被测拉索上的安装方式，在服役期间，如何判断传感器准确、可靠，很难有有效的办法；因此研发一种能够随时进行校准的传感器很有必要。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种《带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通量传感器的方法》，该带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置能够在服役过程中被随时校准，准确了解传感器是否准确、可靠，以解决已有技术存在的问题。

解决上述问题的技术方案是：一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置，包括套在被测拉索上的磁通量传感器、磁弹仪，其特征在于：所述磁通量传感器是可校准式磁通量传感器，该可校准式磁通量传感器包括主线圈、次线圈、温度传感器、线轴体和校准装置；

所述线轴体是空心轴套；

所述校准装置或是由与被测拉索同材质的n条钢丝或铁磁性棒料构成的校准装置Ⅰ或是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的校准装置Ⅱ，校准装置安装在传感器线轴体内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来，n的取值范围是：2n为大于2、小于等于500的整数，m的取值范围是：m 为大于2、小于等于16的整数。

其进一步技术方案是：所述校准装置是由与被测拉索同材质的n条钢丝或铁磁性棒料构成的校准装置Ⅰ，单根钢丝或铁磁性棒料两头设有螺牙，安装时，构成校准装置Ⅰ的各根钢丝或钢棒穿过线轴体上预留的安装孔内，两端头用盖形螺母锁紧；校准装置Ⅰ的各根钢丝或钢棒安装在传感器线轴体内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来。

其进一步技术方案或是：所述校准装置是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的校准装置Ⅱ，拼接套管外径小于等于线轴体穿心孔内径，安装时，由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管沿线轴体内壁套入线轴体穿心孔内，组成拼接套管的各片铁磁性材料能部分或全部拆卸出来。

相关的另一技术方案是：一种校准磁通量传感器的方法，它是对本发明上述的带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置的可校准式磁通量传感器进行校准的方法，先由磁弹仪读取积分值、拉索索力、温度数据的标准值，在磁通量传感器使用中过程如需校准，在拉索拉力不变的情况下，通过或是改变构成校准装置Ⅰ的各根钢丝或钢棒的数量或是改变构成校准装置Ⅱ的拼接套管铁磁性材料的片数，使其铁磁性材料截面积发生变化，在变化前、后，采用磁弹仪分别读取积分值；与出厂检定的标准值进行比对；判断磁通量传感器误差是否满足测量误差。

所述的一种校准磁通量传感器的方法的进一步技术方案是：它是通过改变构成校准装置Ⅰ的各根钢丝或钢棒的数量使其铁磁性材料截面积发生变化，即：将可校准式磁通量传感器内部校准装置Ⅰ的n条钢丝或钢棒逐条从可校准式磁通量传感器内部抽出来，n的取值范围是：2 ≤n≤500的整数。

所述的一种校准磁通量传感器的方法的更进一步技术方案是：

所述校准磁通量传感器的方法的计算公式是相对磁导率计算公式①和构件的磁导率增量与内力的关系式②：

所述相对磁导率计算公式是：

①

式中：为传感器面积，由传感器型号决定；

为构件的净面积，与测量构件的大小有关；

为传感器内含构件测量时的积分电压值；

为传感器内不含构件测量时的积分电压值，即空载值；

所述构件的磁导率增量与内力关系，可以在磁通量传感器出厂前分级张拉，并通过最小二乘法拟合获得三次方程：

②

式中：，，，为标定拟合系数；

为测量时构件的磁导率相对于构件零力状态时磁导率的增量；

如公式①②，在被测拉索索力不变的情况下，改变铁磁性材料构件面积，磁导率也会一定规律改变；按照此方式实现已安装在拉索上的磁通量传感器的校准。

由于采取上述结构，本发明之《带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通量传感器的方法》具有以下有益效果：

安装有本发明之该带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置能够在服役过程中被随时校准，准确了解传感器是否准确、可靠，以保证拉索索力测量装置的测量结果准确、可靠，从而保证拉索的运行安全；

其次，通过采用对现有未带有校准装置的磁通量传感器的拉索索力测量装置中增加校准装置的办法对现有具有磁通量传感器的拉索索力测量装置进行改进，也可以实现对已安装在拉索上的磁通量传感器进行校准，达到保证拉索索力测量装置的测量结果准确、可靠，从而保证拉索的运行安全的目的。

下面结合附图和实施例对本发明之带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置及其校准磁通量传感器的方法的技术特征作进一步说明。

附图说明

图1是带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置总体结构及使用状态参考图；

图2～图4是实施例一所述可校准式磁通量传感器结构示意图：

图2是主视剖视图—即图3的A-A剖视图，图3是图2的左视图，图4是立体图；

图5～图6是未安装有校准装置的磁通量传感器结构示意图：

图5是主视剖视图—即图6的B-B剖视图,图6是图5的左视图；

图7～图9是安装有实施例一所述校准装置Ⅰ的磁通量传感器结构及使用状态示意图：

图7是主视剖视图—即图8的C-C剖视图，图8是图7的左视图，

图9是立体图；

图10～图12是实施例二所述可校准式磁通量传感器结构示意图：

图10是主视剖视图—即图11的D-D剖视图，图11是图10的左视图，图12是立体图；

图13～图14是未安装有校准装置的磁通量传感器结构示意图：

图13是主视剖视图—即图14的E-E剖视图,图14是图13的左视图；

图15～图17是安装有实施例二所述校准装置Ⅱ的磁通量传感器结构及使用状态示意图：

图15是主视剖视图—即图16的F-F剖视图,图16是图15的左视图，

图17是立体图。

图中：

1-主线圈，2-次线圈，3-温度传感器，4-线轴体，401-安装孔；

51-校准装置Ⅰ，511-钢丝或钢棒，512-盖形螺母；52-校准装置Ⅱ；

6-可校准式磁通量传感器，7-被测拉索，8-磁弹仪，9-未校准磁通量传感器，10-外套筒，11-数据线。

具体实施方式

实施例一：

一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置：

如图1所示，该带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置包括套在被测拉索7上的磁通量传感器、磁弹仪8；

如图2～图4所示，所述磁通量传感器是可校准式磁通量传感器6，该可校准式磁通量传感器6包括主线圈1、次线圈2、温度传感器3、线轴体4和校准装置Ⅰ51；

所述线轴体4是空心轴套，内孔为穿心孔，被测拉索索径必须小于穿心孔直径，线轴体4上开有校准装置Ⅰ安装孔401；

所述校准装置Ⅰ51是由与被测拉索7同材质的n条钢丝构成的，单根钢丝或铁磁性棒料两头设有螺牙，安装时，构成校准装置Ⅰ51的各根钢丝511穿过线轴体4上预留的安装孔401内，两端头用盖形螺母512锁紧（参见图2-图4，图中有8条钢丝）；校准装置Ⅰ51的各根钢丝安装在传感器线轴体4内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来。

作为本发明实施例的一种变换，所述构成校准装置Ⅰ51的钢丝511的根数n还可以增加或减少；上述n的取值范围是：2≤n≤500的整数。

作为本发明实施例的一种变换，所述构成校准装置Ⅰ51的钢丝511也可以换成是钢棒511。

实施例二：

一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置：

其基本结构同实施例一，所不同之处是，构成可校准式磁通量传感器6的校准装置不同，本实施例的校准装置是校准装置Ⅱ52；

如图1所示，该带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置包括套在被测拉索7上的磁通量传感器、磁弹仪8；

如图10～图12所示，所述磁通量传感器是可校准式磁通量传感器6，该可校准式磁通量传感器6包括主线圈1、次线圈2、温度传感器3、线轴体4和校准装置Ⅱ52；

所述线轴体4是空心轴套，内孔为穿心孔，被测拉索索径必须小于穿心孔直径；

所述校准装置Ⅱ52是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的，拼接套管外径小于等于线轴体穿心孔内径，安装时，由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管沿线轴体内壁套入线轴体穿心孔内，组成拼接套管的各片铁磁性材料能部分或全部拆卸出来；上述m的取值范围是：m 为大于2、小于等于16的整数。

实施例三

一种校准磁通量传感器的方法，它是对实施例一或实施例二所述带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置的可校准式磁通量传感器进行校准的方法，具体方法是：先由磁弹仪8读取可校准式磁通量传感器出厂时的积分值、拉索索力、温度数据的标准值，在磁通量传感器使用中过程如需校准，在拉索拉力不变的情况下，通过或是改变构成校准装置Ⅰ51的各根钢丝或钢棒511的数量或是改变构成校准装置Ⅱ52的拼接套管铁磁性材料的片数，使其铁磁性材料截面积发生变化，在变化前、后，采用磁弹仪8分别读取积分值；与出厂检定的标准值进行比对；判断磁通量传感器误差是否满足测量误差；待传感器校准试验完成后，再将校准装置复原。

本发明所述校准磁通量传感器的方法的计算公式是相对磁导率计算公式①和构件的磁导率增量与内力的关系式②；

按照磁通量传感器测量原理，相对磁导率计算公式为：

①

式中：

为传感器面积，由传感器型号决定，与传感器型号大小有关；

为构件的净面积，与测量构件的大小有关；

为传感器内含构件测量时的积分电压值；

为传感器内不含构件测量时的积分电压值，即空载值；

构件的磁导率增量与内力的关系，可用三次方程表示：

②

式中：，，，为标定拟合系数； ，，，这四个系数是需要计算，出厂前分级张拉，对传感器进行标定，获取各级标准张拉力对应的积分电压值，采用最小二乘法拟合获取系数。

为测量时构件的磁导率相对于构件零力状态时磁导率的增量；

如公式（1）、（2），在被测拉索索力不变的情况下，改变铁磁性材料构件面积，磁导率也会一定规律改变；按照此方式我们将可以实现已安装在拉索上的磁通量传感器的校准。

本发明方法中，对于实施例一所述带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置的校准装置Ⅰ51而言，它是通过改变构成校准装置Ⅰ51的各根钢丝或钢棒511的数量使其铁磁性材料截面积发生变化，即：将磁通量传感器内部校准装置Ⅰ51的n条钢丝或钢棒511逐条从磁通量传感器6内部抽出来，实现改变铁磁性材料构件面积，从而测出磁导率的改变；实现对已安装在拉索上的磁通量传感器的校准；上述n的取值范围根据被测拉索索力大小而定，一般， n的取值范围是：2 ≤n≤500的整数。

对于实施例二所述带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置的校准装置Ⅱ52而言，它是通过改变构成校准装置Ⅱ52的拼接套管铁磁性材料的片数，使其铁磁性材料截面积发生变化，从而测出磁导率的改变；实现对已安装在拉索上的磁通量传感器的校准。

Claims (6)

1.一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置，包括套在被测拉索（7）上的磁通量传感器、磁弹仪（8），其特征在于：所述磁通量传感器是可校准式磁通量传感器（6），该可校准式磁通量传感器包括主线圈（1）、次线圈（2）、温度传感器（3）、线轴体（4）和校准装置；

所述线轴体（4）是空心轴套；

所述校准装置或是由与被测拉索（7）同材质的n条钢丝或铁磁性棒料构成的校准装置Ⅰ（51）或是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的校准装置Ⅱ（52），校准装置安装在传感器线轴体（4）内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来，n的取值范围是：2n为大于2、小于等于500的整数，m的取值范围是：m 为大于2、小于等于16的整数。

2.根据权利要求1所述的一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置，其特征在于：所述校准装置是由与被测拉索（7）同材质的n条钢丝或铁磁性棒料构成的校准装置Ⅰ（51），单根钢丝或铁磁性棒料两头设有螺牙，安装时，构成校准装置Ⅰ（51）的各根钢丝或钢棒（511）穿过线轴体（4）上预留的安装孔内，两端头用盖形螺母（512）锁紧；校准装置Ⅰ（51）的各根钢丝或钢棒安装在传感器线轴体（4）内部、不受拉力，并能部分或全部拆卸出来。

3.根据权利要求1所述的一种带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置，其特征在于：所述校准装置是由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管构成的校准装置Ⅱ（52），拼接套管外径小于等于线轴体穿心孔内径，安装时，由两片或m片铁磁性材料组成的拼接套管沿线轴体内壁套入线轴体穿心孔内，组成拼接套管的各片铁磁性材料能部分或全部拆卸出来。

4.一种校准磁通量传感器的方法，其特征在于：它是对权利要求1所述的带可校准式磁通量传感器的拉索索力测量装置的可校准式磁通量传感器进行校准的方法，先由磁弹仪（8）读取积分值、拉索索力、温度数据的标准值，在磁通量传感器使用中过程如需校准，在拉索拉力不变的情况下，通过或是改变构成校准装置Ⅰ（51）的各根钢丝或钢棒（511）的数量或是改变构成校准装置Ⅱ（52）的拼接套管铁磁性材料的片数，使其铁磁性材料截面积发生变化，在变化前、后，采用磁弹仪（8）分别读取积分值；与出厂检定的标准值进行比对；判断磁通量传感器误差是否满足测量误差。

5.根据权利要求4所述的一种校准磁通量传感器的方法，其特征在于：它是通过改变构成校准装置Ⅰ（51）的各根钢丝或钢棒（511）的数量使其铁磁性材料截面积发生变化，即：将可校准式磁通量传感器内部校准装置Ⅰ（51）的n条钢丝或钢棒（511）逐条从可校准式磁通量传感器（6）内部抽出来，n的取值范围是：2 ≤n≤500的整数。

6.根据权利要求4或5所述的一种校准磁通量传感器的方法，其特征在于：

所述校准磁通量传感器的方法的计算公式是相对磁导率计算公式①和构件的磁导率增量与内力的关系式②：

所述相对磁导率计算公式是：

①

式中：为传感器面积，由传感器型号决定；

为构件的净面积，与测量构件的大小有关；

为传感器内含构件测量时的积分电压值；

为传感器内不含构件测量时的积分电压值，即空载值；

所述构件的磁导率增量与内力关系，可以在磁通量传感器出厂前分级张拉，并通过最小二乘法拟合获得三次方程：

②

式中：，，，为标定拟合系数；

为测量时构件的磁导率相对于构件零力状态时磁导率的增量；

如公式①②，在被测拉索索力不变的情况下，改变铁磁性材料构件面积，磁导率也会一定规律改变；按照此方式实现已安装在拉索上的磁通量传感器的校准。