CN204831645U - 一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置 - Google Patents

Abstract

一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置。该装置由激励偏置磁化器、接收偏置磁化器、激励线圈、接收线圈、导波测量仪等组成，根据磁致伸缩效应原理，测量加载状态下短吊杆索力。本实用新型提出的装置，不受短吊杆边界条件和抗弯刚度对索力测量的局限，具有更加方便，测量重复性更好的优点。

Description

一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置

技术领域

本实用新型属于桥梁缆索测量技术领域，更具体地，涉及一种短吊杆索力测量装置。

背景技术

在现代桥梁建设中，索力测量是极其重要的一项工作，拉索的受力状态在桥梁施工和运营过程的健康评估中起着至关重要的作用，要求得到精确的测试结果，以保证桥梁的运营安全。

目前常用的索力测量主要有磁通量测量法以及频率振动测量法。磁通量测量法受温度影响明显，必须对温度作用进行校正。电磁传感器必须套在拉索的外面，拉索直径种类众多，不同拉索需要相对应电磁传感器。频率振动测量法是利用吊杆索力大小与吊杆的振动频率间的确定关系，通过实测吊杆的振动频率来分析计算吊杆的索力大小。对于较长的吊杆，常规频率法的索力测量精度是可以满足工程要求的。但是，在吊杆拱桥中，位于桥梁拱脚附近的吊杆，通常长度很短，此时吊杆的锚固条件、护筒、减震器、吊杆刚度等因素会对吊杆频率产生较大影响，而这种影响的大小往往很难确定，这时采用常规的频率振动测量法测得的吊杆索力误差很大，存在较大的误判可能性，甚至得出错误的结果。因此，在对吊杆拱桥这一类有短吊杆的桥型中，急需一种能够精确测定短吊杆索力的方法。通常将小于等于5米的吊杆称为短吊杆。

申请号201310573666.1公布了一种短吊杆拱桥短吊杆索力精确测试方法，需要对吊杆进行附加质量块前后两次振动频率测试。需要对吊杆增加两次质量块，质量块质量较大且为磁性铁块，不便现场操作。申请号201310156134.8公布了一种基于光学测量原理的短吊杆索力测量方法与装置。此装置安装复杂，现场检测时需要现场对温度进行标定，还需对吊杆销轴进行开孔，给现场测量带来不便。

发明内容

为了克服现有技术存在误差较大、安装复杂、使用不方便等问题，本实用新型目的在于提供一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置，该装置包括激励偏置磁化器、接收偏置磁化器、激励线圈、接收线圈、导波测量仪，其特征在于：

所述激励线圈和接收线圈同轴安装在待测短吊杆上，分别与导波测量仪的激励端和接收端相连；

所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器，安装在待测短吊杆两端，分别与待测短吊杆形成磁闭合回路，提供饱和的轴向磁场；

工作中，所述导波测量仪产生的正弦周期信号从激励端传输给所述激励线圈，在待测短吊杆进入稳定振动状态后停止激励；以该激励方式在构件中激励导波，产生以构件轴向位移分量为主的振动(这里简称“纵向振动”)，该振动形式对应的固有频率称为“纵向固有频率”。导波测量仪对接收端信号进行监测，取从停止激励到衰减为0时段的信号进行频谱分析，找出能量最大值对应的频率，查询预先绘制的“索力-纵向固有频率”对应关系曲线，得到短吊杆索力；

所述导波测量仪是可以产生特定的导波激励信号，接收并处理导波接收信号的通用导波测量系统。

所述“索力-纵向固有频率”对应关系曲线是事先对相同规格短吊杆用不同的力进行加载，用轴力计测出索力值，并测出对应纵向固有频率，得到多对“索力-纵向固有频率”对应点，在同样试验条件下经多次试验数据平均和二次拟合而成。

进一步的，所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器均由两块永磁铁，一块衔铁组成，沿着待测量短吊杆轴线方向，吸附于待测短吊杆上，形成磁闭合回路，提供轴向磁场；磁场强度以使短吊杆达到饱和磁化状态为标准。

本实用新型提供的短吊杆测量装置与现有的其它测量装置相比体积小，重量轻，方便携带和安装，加快了短吊杆索力测量的效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的短吊杆索力测量装置结构图；

图2是使用本实用新型实施例提供的磁致伸缩导波短吊杆索力测量系统在短吊杆上测量索力的示意图；

图3是使用本实用新型实施例提供的测量装置所得原始信号图；

图4是使用本实用新型实施例提供的磁致伸缩导波测量所得到的测量信号频谱图；

图5是使用本实用新型实施例得到的标准短吊杆“索力-纵向固有频率”对应关系点；

图6是使用本实用新型实施例提供的磁致伸缩导波测量装置重复试验得到标准短吊杆“索力-纵向固有频率”对应点通过二次拟合得到的曲线；

其中，1-短吊杆，2-激励线圈，3-接收线圈，4-激励偏置磁化器，5-接收偏置磁化器，6-激励线圈接线端子，7-接收线圈接线端子，8-导波测量仪。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实施例提供一种磁致伸缩导波测量短吊杆索力装置，通过激励线圈基于磁致伸缩效应长时间激励在短吊杆内部形成稳态振动，接收线圈基于逆磁致伸缩效应获得感应信号，对感应信号频谱分析得到短吊杆纵向固有频率，通过纵向固有频率与索力的对应关系，得出短吊杆索力值。与原有的短吊杆索力测量方法相比，本实用新型更加轻便，测量重复性更好。

图1示出了本实施例提供的磁致伸缩导波短吊杆索力测量结构，由待测短吊杆1，激励线圈2，接收线圈3，激励偏置磁化器4，接收偏置磁化器5。激励线圈2，接收线圈3的接线端子在图1中用附图标记6、7示出。

安装激励线圈2需配合使用提供轴向磁场的激励偏置磁化器4，安装接收线圈3需配合使用提供轴向磁场的接收偏置磁化器5，待测短吊杆1上一端先安装激励线圈2，然后沿圆周均匀安装激励偏置磁化器4，再在短吊杆另一端安装接收线圈3，然后沿圆周均匀安装接收偏置磁化器5。激励线圈2通过其上的接线端子6与导波测量仪8的激励端相连；接收线圈3通过其上的接线端子7与导波测量仪8的接收端相连；

图2示出了使用本实用新型实施例在短吊杆上进行测量实验的示意图。被检短吊杆1为一根外径为25mm，长度为2m的短吊杆，短吊杆两侧装有液压加载装置，激励线圈2为螺线管线圈，由直径1mm的漆包线制成，层数1层，匝数20匝，内径25mm，轴向宽度为22mm，安装在短吊杆左端部。接收线圈3为与激励线圈2同样结构和参数的螺线管线圈。激励线圈2安装在距左端部400mm处，接收线圈3安装在距右端部600mm处。所述激励线圈和接收线圈也可以是其它型式的线圈。首先根据图1的安装示意图将线圈和激励偏置磁化器与接收偏置磁化器安装在短吊杆上，导波测量仪8产生频率为17kHz，400个周期的正弦信号馈入激励线圈，在短吊杆上产生导波，接收线圈3利用逆磁致伸缩效应将短吊杆中的导波信号转换为电信号，在停止激励后，短吊杆内部稳态振动信号开始衰减(图3)。导波测量仪8对衰减点之后的信号进行频谱分析，得到能量幅度最大值对应的频率，即纵向固有频率，根据短吊杆“索力-纵向固有频率”得到索力测量结果。

图4示出了是使用本实用新型实施例提供的磁致伸缩导波测量装置所得到的测量信号频谱图。由接收线圈感应信号进行频谱变换到信号频谱图。找到频谱图幅值最大所对应的频率即为短吊杆的纵向固有频率。即为此索力负载下短吊杆对应的纵向固有频率17.05kHz。在本实施例中，对待测短吊杆测量得到纵向固有频率17.05kHz，由“索力—纵向固有频率”关系曲线(图6)得到对应索力35kN。

“短吊杆纵向固有频率-索力关系”是加载短吊杆的固有特性，是测试前经实验得到。实验中，用液压装置对短吊杆加载，用轴力计测得短吊杆索力，用锤击法测量固有频率，即可得到索力与纵向固有频率对应关系。本实用新型利用导波测量仪利用上述的频谱分析法得到固有频率。改变加载力大小，重复多次试验获得多对对应参数(图5)，进行二次曲线拟合即可获得“索力-纵向固有频率”曲线(图6)。本实施例用取待测短吊杆相同规格短吊杆，调整液压加载装置以0kN为起点，10kN为步进对短吊杆施加压力，通过轴力计测得短吊杆实际索力，同时通过频谱分析法得到短吊杆对应的纵向固有频率。相同加载索力情况下，重复进行多次试验，实验测得纵向固有频率取平均数。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置，包括激励偏置磁化器(4)、接收偏置磁化器(5)、激励线圈(2)、接收线圈(3)、导波测量仪(8)，其特征在于：

所述激励线圈(2)和接收线圈(3)同轴安装在待测短吊杆上，分别与导波测量仪(8)的激励端和接收端相连；

所述激励偏置磁化器(4)和接收偏置磁化器(5)，安装在待测短吊杆两端，分别与待测短吊杆形成磁闭合回路，提供饱和的轴向磁场。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述激励偏置磁化器(4)和接收偏置磁化器(5)均由两块永磁铁，一块衔铁组成，沿着待测量短吊杆轴线方向，吸附于待测短吊杆上，形成磁闭合回路，提供轴向磁场；磁场强度以使短吊杆达到饱和磁化状态为标准。