CN109141688A - 基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法 - Google Patents

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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
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Abstract

基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法，该基于变压器模型的桥梁应力测量系统，包括变压器线圈和被测金属体；所述变压器线圈包括初级线圈、次级线圈、测量电路和无源电路；所述初级线圈和所述次级线圈分别同轴缠绕于所述被测金属体的外部；所述初级线圈引出两根平行导线连接至所述测量电路，所述次级线圈连接所述无源电路；所述测量电路用于对初级线圈的电参数进行测量；本发明提出的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其具有接线少，结构简单，施工便利，测量成本低的特点。

Description

基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法
技术领域
本发明涉及桥梁应力测量技术领域，尤其涉及基于变压器模型的桥梁应力测量系统及其测试方法。
背景技术
目前对于桥梁的应力测量，现有通常采用的是磁通量法、声传感法、微压痕技术以及光纤传感技术等测量方法，而上述常规的应力测量方法，在测量的过程中往往需要复杂的接线测量，多部件的同步测量，以及复杂的分析换算后才能获得相应的应力值，导致存在着接线复杂、施工难度高、测量成本高等问题，因此，需要设计一种接线更为简单、便于施工测量且测量成本低的桥梁应力测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其具有接线少，结构简单，施工便利，测量成本低的特点。
本发明的另一个目的在于提出一种基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
基于变压器模型的桥梁应力测量系统，包括变压器线圈和被测金属体；所述变压器线圈包括初级线圈、次级线圈、测量电路和无源电路；所述初级线圈和所述次级线圈分别同轴缠绕于所述被测金属体的外部；
所述初级线圈引出两根平行导线连接至所述测量电路，所述次级线圈连接所述无源电路；所述测量电路用于对初级线圈的电参数进行测量。
进一步说明，所述变压器线圈包括有至少一个次级线圈。
进一步说明，所述初级线圈的电参数包括电感、电容、电阻和阻抗。
更优选的，所述被测金属体为导磁材料。
更优选的，所述被测金属为预应力钢绞线。
更优选的，所述测量电路为数字电桥。
基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法，包括如下步骤：
（1）制作变压器线圈，将初级线圈和次级线圈分别同轴缠绕于被测金属体的外部；
（2）将初级线圈引出两根平行导线；
（3）将次级线圈连接无源电路；
（4）将初级线圈引出的两根导线连接至测量电路，用于对初级线圈的电参数进行测量，并根据电参数即可计算出所述被测金属体所受的应力。
进一步说明，步骤（4）中，所述初级线圈的电参数与被测金属体的应力的关系方程为：F=A0+A1X+A2X2+A3X3，式中，F为被测金属体的应力值，X为中间值，A0、A1、A2、A3为常数系数。X=(Y- Y0)+K0(T- T0)+K1(Y- Y0)(T- T0)，式中，Y0为被测金属体受力前，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T0，Y为被测金属体受力时，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T，K0、K1为温度修正系数。
本发明的有益效果：测量方式接线少，实现了两线测量，结构更加简单；能够进行接触或非接触式测量，施工更加便利，实现无损测量，同时仅需要测量初级线圈的电参数即可获得被测金属体的应力，测量成本低，可广泛用于桥梁钢结构应力测量。
附图说明
图1是本发明一个实施例的基于变压器模型的桥梁应力测量系统的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的基于变压器模型的桥梁应力测量系统的结构示意图；
其中：变压器线圈1，初级线圈11，次级线圈12，测量电路13，无源电路14，被测金属体2。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
基于变压器模型的桥梁应力测量系统，包括变压器线圈1和被测金属体2；所述变压器线圈1包括初级线圈11、次级线圈12、测量电路13和无源电路14；
所述初级线圈11和所述次级线圈12分别同轴缠绕于所述被测金属体2的外部；所述初级线圈11引出两根平行导线连接至所述测量电路13，所述次级线圈12连接所述无源电路14；所述测量电路13用于对初级线圈11的电参数进行测量。
本发明提出的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，是以变压器的组成形式，利用变压器线圈1和被测金属体2来有效构建变压器模型，将被测金属体2作为变压器的铁芯进行力的测量，其中，所述次级线圈12连接零欧姆电阻的无源电路14，即次级线圈12为短路连接，无其他接线；通过所述测量电路13对所述初级线圈11的电参数进行测量，从而有效获得被测金属体2的应力受力情况。
该桥梁应力测量系统的优点为：测量方式接线少，只需要初级线圈的两根引出导线，实现两线测量，接线便利，结构简单；可以接触或非接触式测量，施工便利，测量方便，实现无损测量，仅需要测量初级线圈的电参数即可获得被测金属体的应力，测量成本低，可广泛用于桥梁钢结构应力测量。
其中，测量的原理为：通过初级线圈输入测量的激励交流电流，次级线圈消耗传递的能量，被测金属体的应力发生变化时，导致传递的能量发生变化，进而导致消耗的能量发生变化，通过测量初级线圈的电参数来计算能量变化，进而计算出被测金属体所受应力的情况。
进一步说明，所述变压器线圈1包括有至少一个次级线圈12。通过在定变压器模型中设定一个初级线圈11来连接有源测量电路，同时设定多个次级线圈12来连接无源电路，以能够有效地对初级线圈11进行电参数的测量，从而更准确地获得所述被测金属体所受的应力。
进一步说明，所述初级线圈11的电参数包括电感、电容、电阻和阻抗。
更优选的，所述被测金属体2为导磁材料。通过采用导磁材料的被测金属体12能够有效实现非接触式测量，使测量操作更加简单，施工更加便利。
更优选的，所述被测金属为预应力钢绞线。
更优选的，所述测量电路5为数字电桥。
基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法，包括如下步骤：
（1）制作变压器线圈1，将初级线圈11和次级线圈12分别同轴缠绕于被测金属体2的外部；
（2）将初级线圈11引出两根平行导线；
（3）将次级线圈12连接无源电路14；
（4）将初级线圈11引出的两根导线连接至测量电路13，用于对初级线圈11的电参数进行测量，并根据电参数即可计算出所述被测金属体2所受的应力。
进一步说明，步骤（4）中，所述初级线圈的电参数与被测金属体的应力的关系方程为：F=A0+A1X+A2X2+A3X3，式中，F为被测金属体的应力值，X为中间值，A0、A1、A2、A3为常数系数；X=(Y- Y0)+K0(T- T0)+K1(Y- Y0)(T- T0)，式中，Y0为被测金属体受力前，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T0，Y为被测金属体受力时，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T，K0、K1为温度修正系数。其中，常数系数是在未受力时测量一次电参数，然后根据未受力的测量值计算出的常数系数。
上述初级线圈的被测电参数包括电感量、等效阻抗、串联阻抗、损耗等多种（超过10种），各个电参数均与所受应力存在关系，其中，可根据具体的实际情况，进行择优选择。例如，由于电感量的灵敏度较高，选取电感量这个电参数作为应力计算，即在被测金属体受力前（应力为0）测量电参数，测量值为Y0，温度为T0；在被测金属体受力时，测量电参数为Y，温度为T，则X=（Y- Y0）+K0（T- T0）+K1（Y- Y0）（T- T0），K0、K1为温度修正系数。
基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法，包括如下步骤：
（1）制作变压器线圈1，将初级线圈11和次级线圈12分别同轴缠绕于被测金属体2的外部；所述被测金属体2为预应力钢绞线；
（2）将初级线圈11引出两根平行导线；
（3）将次级线圈12连接无源电路14，即次级线圈12直接短接；
（4）将初级线圈11引出的两根导线连接至测量电路13，所述测量电路13为数字电桥，数字电桥与初级线圈的两根引出导线连接，用于对初级线圈11的电参数进行测量，并根据电参数即可计算出所述被测金属体2所受的应力；
所述初级线圈11的电参数与被测金属体2的应力的关系方程为F=A0+A1X+A2X2+A3X3，式中，F为被测金属体的应力值，X为中间值，A0、A1、A2、A3为常数系数。X=(Y- Y0)+K0(T- T0)+K1(Y- Y0)(T- T0)，式中，Y0为被测金属体受力前，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T0，Y为被测金属体受力时，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T，K0、K1为温度修正系数。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：包括变压器线圈和被测金属体；所述变压器线圈包括初级线圈、次级线圈、测量电路和无源电路；所述初级线圈和所述次级线圈分别同轴缠绕于所述被测金属体的外部；
所述初级线圈引出两根平行导线连接至所述测量电路，所述次级线圈连接所述无源电路；所述测量电路用于对初级线圈的电参数进行测量。
2.根据权利要求1所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：所述变压器线圈包括有至少一个次级线圈。
3.根据权利要求1所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：所述初级线圈的电参数包括电感、电容、电阻和阻抗。
4.根据权利要求1所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：所述被测金属体为导磁材料。
5.根据权利要求4所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：所述被测金属为预应力钢绞线。
6.根据权利要求1所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统，其特征在于：所述测量电路为数字电桥。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）制作变压器线圈，将初级线圈和次级线圈分别同轴缠绕于被测金属体的外部；
（2）将初级线圈引出两根平行导线；
（3）将次级线圈连接无源电路；
（4）将初级线圈引出的两根导线连接至测量电路，用于对初级线圈的电参数进行测量，并根据电参数即可计算出所述被测金属体所受的应力。
8.根据权利要求7所述的基于变压器模型的桥梁应力测量系统的测试方法，其特征在于：步骤（4）中，所述初级线圈的电参数与被测金属体的应力的关系方程为：F=A0+A1X+A2X2+A3X3，式中，F为被测金属体的应力值，X为中间值，A0、A1、A2、A3为常数系数；X=(Y- Y0)+K0(T-T0)+K1(Y- Y0)(T- T0)，式中，Y0为被测金属体受力前，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T0，Y为被测金属体受力时，由测量电路测量得的初级线圈电参数值，温度为T，K0、K1为温度修正系数。
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