CN206847836U - 基于梁式应变传感器的索力测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置属于桥梁工程测量技术领域；该装置包括第一夹筒、耳板、振动传感器、紧固螺钉、第二夹筒、防滑垫以及合页；当第一夹筒和第二夹筒闭合时，用紧固螺钉固定，组成一个完整的夹持装置，所述的耳板安装在第一夹筒外圆周中部位置，连接第一夹筒与振动传感器，所述的振动传感器横梁一端穿过壳体固定在耳板上，另一端安装有质量块，在壳体内，对应质量块上方和下方均安装有保护块，包括壳体、保护块、质量块、横梁上下两侧安装有应变片；本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置，传感单元设计简单，价格低廉；应变片采用差动测量，测量精度高，测量设备简单方便，适用于施工及运营阶段的索力测量。

Description

基于梁式应变传感器的索力测量装置

技术领域

本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置属于桥梁工程测量技术领域。

背景技术

拉索是斜拉桥、悬索桥的重要承重构件，在桥梁的设计施工中，需要调整拉索的索力，使桥梁处于最佳受力状态；同时在桥梁投入使用后，在后期对桥梁的维护过程中，也需要及时调整索力，使之符合设计要求，所以对桥梁拉索的索力进行精确测量，对桥梁施工以及后期运营维护起着非常重要的作用。

在现有对桥梁索力的测量方法中，压力表法与压力传感器标定法仅适用于桥梁施工阶段对拉索索力的测量，其中压力表法需对压力表盘进行人工读数，测量误差大；传感器标定法需将传感器预埋如锚定区，且承重范围大的压力传感器价格昂贵。频率法以获取拉索振动频率为手段，利用频率与索力力学方程可间接求取拉索的索力。频率法目前多采用加速度传感器拾取拉索的振动频率，但存在着传感器成本高，数据采集设备复杂，以及受桥面振动对拉索的振动附加效应影响，导致测量精度降低。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种基于梁式应变传感器的索力测量装置，该装置可用于施工及运营阶段的索力测量，测量精度高，设备成本低。

本实用新型的目的是这样实现的：

基于梁式应变传感器的索力测量装置，包括第一夹筒、耳板、振动传感器、紧固螺钉、第二夹筒、防滑垫以及合页；两个截面为半圆的第一夹筒和第二夹筒相对时，端面紧靠并用合页连接，第一夹筒和第二夹筒内壁安装有厚度均匀的防滑垫，当第一夹筒和第二夹筒闭合时，用紧固螺钉固定，组成一个完整的夹持装置；

所述的耳板安装在第一夹筒外圆周中部位置，连接第一夹筒与振动传感器；

所述的振动传感器包括壳体、保护块、质量块、横梁以及安装在横梁上下两侧的应变片 R，横梁一端穿过壳体固定在耳板上，另一端安装有质量块，在壳体内，对应质量块上方和下方均安装有保护块；

还包括振动传感器所连接的转换测量电路。

上述的基于梁式应变传感器的索力测量装置，振动传感器的横梁所在平面与拉索所在平面为同一平面。

上述的基于梁式应变传感器的索力测量装置，所述的转换测量电路包括放大电路、滤波整形电路和单片机；应变片R1、R2的分别连接至转换电路的相邻两个桥臂，与R3、R4构成电桥，电桥输出连接至放大器的正向输入端和反向输入端，电阻R5分别连接至放大器的反向输入端和输出端构成反向放大，正向输入端经电阻R6接地，输出端连接至滤波整形电路；

所述的滤波整形电路由转换电路的输出通过电阻R6连接至放大器的反向输入端，放大器的反向输入端通过电容C1接地构成滤波电路，放大器的正向输入端通过电阻R10接地，通过串联的电阻R8、R9连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R9连接单片机。

有益效果：本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置，该装置利用拉索振动时产生的惯性力带动质量块运动，由安装在横梁上的两个应变片测量此时的惯性力，送入单片机进行信号处理后得到拉索的振动频率。传感单元设计简单，价格低廉；应变片采用差动测量，测量精度高，测量设备简单方便，适用于施工及运营阶段的索力测量。

附图说明

图1是本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型放大电路的电路图。

图3是本实用新型滤波整形电路的电路图。

图中：1第一夹筒、2耳板、3振动传感器、31壳体、32保护块、33质量块、34应变片 R、35横梁、4紧固螺钉、5第二夹筒、6防滑垫、7合页。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的基于梁式应变传感器的索力测量装置，结构示意图如图1所示，包括第一夹筒1、耳板2、振动传感器3、紧固螺钉4、第二夹筒5、防滑垫6以及合页7；两个截面为半圆的第一夹筒1和第二夹筒5相对时，端面紧靠并用合页7连接，第一夹筒1和第二夹筒5 内壁安装有厚度均匀的防滑垫6，当第一夹筒1和第二夹筒5闭合时，用紧固螺钉4固定，组成一个完整的夹持装置；

所述的耳板2安装在第一夹筒1外圆周中部位置，连接第一夹筒1与振动传感器3；

所述的振动传感器3包括壳体31、保护块32、质量块33、横梁35以及安装在横梁35上下两侧的应变片34，横梁35一端穿过壳体31固定在耳板2上，另一端安装有质量块33，在壳体31内，对应质量块33上方和下方均安装有保护块32；

还包括振动传感器3所连接的转换测量电路。

本实用新型基于梁式应变传感器的索力测量装置，操作过程中将拉索夹入第一夹筒1和第二夹筒5中，通过紧固螺钉4夹紧，夹持过程中保证与耳板2刚性连接的横梁35水平，即应变片34的应力方向与拉索所在平面垂直。

该装置利用拉索振动时产生的惯性力带动质量块33运动，由安装在横梁上的两个应变片 34测量此时的惯性力。

具体实施例二

本实施例的基于梁式应变传感器的索力测量装置，转换测量电路的电路图如图2、图3 所示，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述的转换测量电路包括放大电路、滤波整形电路和单片机；应变片R1、R2的分别连接至转换电路的相邻两个桥臂，与R3、R4构成电桥，电桥输出连接至放大器的正向输入端和反向输入端，电阻R5分别连接至放大器的反向输入端和输出端构成反向放大，正向输入端经电阻R6接地，输出端连接至滤波整形电路；

所述的滤波整形电路由转换电路的输出通过电阻R6连接至放大器的反向输入端，放大器的反向输入端通过电容C1接地构成滤波电路，放大器的正向输入端通过电阻R10接地，通过串联的电阻R8、R9连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R9连接单片机。

当拉索在外部激励下产生振动后，拉索振动时产生的惯性力带动质量块33运动，由安装在横梁上的两个应变片34测量此时的惯性力，两个应变片34一个受压，另一个受拉，然后接入电桥的相邻臂组成差动电桥，得到输出电压U，在放大电路进行放大，滤波电路进行滤波后，利用滞回比较器进行信号整形，然后送入单片机进行处理。

输出电压U的频率与拉索振动频率相等，该装置对质量块33的惯性力进行测量，通过拾取应变片34输出电压U的频率间接获取拉索的振动频率，然后通过拉索频率与拉索索力的力学方程求取索力T，力学方程如下式：

T＝4ml²f²

其中，T表示拉索索力(N)，m表示拉索线密度(kg/m)，l表示拉索计算长度(m)，f 表示振动频率(Hz)。

具体实施例三

本实施例的基于梁式应变传感器的索力测量装置，同样适用于图1，在具体实施例一的基础上，进一步限定振动传感器3的横梁35所在平面与拉索所在平面为同一平面。该设计保证应变片34的应力方向与拉索所在平面垂直。

Claims (3)

1.基于梁式应变传感器的索力测量装置，其特征在于：包括第一夹筒(1)、耳板(2)、振动传感器(3)、紧固螺钉(4)、第二夹筒(5)、防滑垫(6)以及合页(7)；两个截面为半圆的第一夹筒(1)和第二夹筒(5)相对时，端面紧靠并用合页(7)连接，第一夹筒(1)和第二夹筒(5)内壁安装有厚度均匀的防滑垫(6)，当第一夹筒(1)和第二夹筒(5)闭合时，用紧固螺钉(4)固定，组成一个完整的夹持装置；

所述的耳板(2)安装在第一夹筒(1)外圆周中部位置，连接第一夹筒(1)与振动传感器(3)；

所述的振动传感器(3)包括壳体(31)、保护块(32)、质量块(33)、横梁(35)以及安装在横梁(35)上下两侧的应变片R(34)，横梁(35)一端穿过壳体(31)固定在耳板(2)上，另一端安装有质量块(33)，在壳体(31)内，对应质量块(33)上方和下方均安装有保护块(32)；

还包括振动传感器(3)所连接的转换测量电路。

2.根据权利要求1所述的基于梁式应变传感器的索力测量装置，其特征在于：振动传感器(3)的横梁(35)所在平面与拉索所在平面为同一平面。

3.根据权利要求1所述的基于梁式应变传感器的索力测量装置，其特征在于：所述的转换测量电路包括放大电路、滤波整形电路和单片机；应变片R1、R2的分别连接至转换电路的相邻两个桥臂，与R3、R4构成电桥，电桥输出连接至放大器的正向输入端和反向输入端，电阻R5分别连接至放大器的反向输入端和输出端构成反向放大，正向输入端经电阻R6接地，输出端连接至滤波整形电路；

所述的滤波整形电路由转换电路的输出通过电阻R6连接至放大器的反向输入端，放大器的反向输入端通过电容C1接地构成滤波电路，放大器的正向输入端通过电阻R10接地，通过串联的电阻R8、R9连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R9连接单片机。