CN211085527U - 用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，包括初级线圈、次级线圈、外壳、隔离壳、内壳和密封圈，外壳、初级线圈、隔离壳、次级线圈和内壳从外至内依次设置，外壳两端通过密封圈密封。本实用新型能够实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。

Description

用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器

技术领域

本实用新型涉及边（滑）坡、地下厂房等锚固工程领域，尤其是涉及一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器。

背景技术

1956年，我国引入锚杆支护技术，至今已60余年，期间锚杆（索）在水利、交通、国土、环保等行业部门锚固工程中发挥了较大的优势，取得了显著的成绩。然而，60年代至90年代的工程因年代久远，边（滑）坡锚索因降雨、冲击、长期时效性、锈蚀等因素而产生预应力损失，且有部分工程已经或即将达到服役年限，加之90年代之前传感技术不发达，边（滑）坡锚索工程未安装有传感器或传感器已失效，在役的锚索预应力损失成为了各大边坡锚索工程的重大隐患。

目前，在役锚索预应力检测的方法有反拉法、弹性波法、X射线法、超声波法、电阻率法以及磁导率法，反拉法是检测在役锚索预应力损伤应用最广泛的一种手段，但在实际工程应用中发现，反拉法存在一定的缺陷，现场发现千斤顶较为笨重，对于高位的锚索体难以攀升，同时需求至少3个工程技术人员，而二次张拉会对索体产生损伤甚至导致索体被拉断的情况，这些缺陷要求更为简便、节省人工、无损的检测方法；弹性波法、X射线法、超声波法、电阻率法均对裸露在外的钢绞线测量有效，而对于深埋在地下的锚索则无法实现。

另外，中国专利公布号103048066A公开了一种边坡锚索预应力状态监测方法，公开日为2013-04-17，该方法包括如下步骤,第一步，确定检测用磁通传感器的激励线圈匝数和电流；第二步，对待测边坡锚索和检测用磁通传感器进行拉力试验，确定拉力与磁导率之间的关系；第三步，在待测边坡锚索上安装设计好的磁通传感器；第四步，在计算机中对第三步磁通传感器传出的数据进行监控分析，实时监测锚索预应力。在实际应用中，其还存在如下不足：该磁通传感器的接收线圈和激励线圈均位于中部，若将该磁通传感器套于钢绞线上，激励线圈产生的磁场致使钢绞线产生磁导率变化，磁导率信号由接收线圈输出，然后转换为电压信号，由此测得锚索预应力。但对于在役锚固工程，锚孔浇筑后钢绞线锚固于地下，磁通传感器无法套于钢绞线上，因此，只能从锚头位置测量锚索预应力。但对于该圆筒式传感器，测量时锚头部分仅位于传感器的端部，而接收线圈和激励线圈均位于中部，激励线圈形成的磁场虽然可以使锚头铁磁性材料磁导率发生改变，但由于接收线圈位于中部，无法输出磁信号，因此，预应力也难以输出。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的上述问题，提供一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器。本实用新型能够实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：包括初级线圈、次级线圈、外壳、隔离壳、内壳和密封圈，外壳、初级线圈、隔离壳、次级线圈和内壳从外至内依次设置，外壳两端通过密封圈密封。

所述初级线圈由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体，初级线圈的外径等于外壳的内径，内径等于次级线圈的外径，初级线圈的长度等于整个磁通量传感器的长度。

所述次级线圈由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体，次级线圈与初级线圈之间设置圆筒状隔离壳。

所述次级线圈长度为整个磁通量传感器的1/3，且大于锚具的厚度。

所述外壳为圆筒状，厚度为0.5~1cm。

所述内壳为圆筒状，长度与磁通量传感器长度相同。

所述密封圈为圆环状，外半径等于外壳的内径，内半径等于内壳的内径。

采用本实用新型的优点在于：

一、采用本实用新型，无需对锚固体进行开挖，仅在锚头部位放置磁通传感器便可测量锚索预应力，实现了无损检测。

二、本实用新型质量轻，一般在10kg~20kg，检测仪器仅5kg，仅需2人操作，相比目前市场上最有效的反拉法测量锚索预应力，千斤顶重达50kg以上，需要油泵等重型设备，同时需要4人方能完成检测，由此可见，本实用新型经济投入更少。

三、本实用新型检测单个锚固体预应力从安装到检测仅需5分钟，而对于反拉法，从安装、调试以及多级反拉，则需要1小时以上，因此，采用本实用新型检测效率更高。

四、本实用新型采用磁致伸缩原理，该原理对于铁磁性材料的应力测量精度高达95%以上，对于锚头复合体铁磁性材料完全适用，因此本实用新型检测精度较高。

五、本实用新型适用于在役锚固工程锚头位置的锚索预应力的检测工程，具有传感器轻便、测量精度高、检测效率高、经济投入小、无损检测等特点。

六、本实用新型针对铁磁性材料特性，采用磁致伸缩原理，可以用于锚头位置测量，实现锚固工程的在役锚索预应力的无损测量。

附图说明

图1为本实用新型磁通量传感器纵剖面图；

图2为本实用新型磁通量传感器横剖面图；

图3为本实用新型磁通量传感器检测预应力示意图；

图4为本实用新型磁通量传感器检测位置示意图。

图中标记为：1、锚索，2、磁通量传感器，3、锚具，4、外锚头，5、次级线圈，6、磁弹仪，7、初级线圈，8、外壳，9、隔离壳，10、内壳，11、密封圈，12、混凝土，13、夹片。

具体实施方式

实施例1

一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，包括初级线圈7、次级线圈5、外壳8、隔离壳9、内壳10和密封圈11，外壳8、初级线圈7、隔离壳9、次级线圈5和内壳10从外至内依次设置，外壳8两端通过密封圈11密封。

所述初级线圈7由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体，初级线圈7的外径等于外壳8的内径，内径等于次级线圈5的外径，初级线圈7的长度等于整个磁通量传感器2的长度。

所述次级线圈5由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体，次级线圈5与初级线圈7之间设置圆筒状隔离壳9。

所述次级线圈5长度为整个磁通量传感器2的1/3，且大于锚具3的厚度。

所述外壳8为圆筒状，厚度为0.5~1cm。

所述内壳10为圆筒状，长度与磁通量传感器2长度相同。

所述密封圈11为圆环状，外半径等于外壳8的内径，内半径等于内壳10的内径。

采用本实用新型的检测方法，包括如下步骤：

a、在对在役锚索1预应力检测前，先在室内对磁通量传感器2进行标定；

b、在现场在役锚索1预应力检测前，选择内径大于锚具3外径的磁通量传感器2，并将外锚头4的混凝土凿除清理干净；将磁通量传感器2一端套于外锚头4上，磁通量传感器2的次级线圈5长度覆盖锚具，再连接磁弹仪6；

c、磁弹仪6将检测到的电压积分值转换为预应力测量值。

所述步骤a中的标定过程如下：

a1）选择与现场工程相同的锚具尺寸和根数，并获取现场锚索的预应力设计值；

a2）准备与锚具尺寸对应的磁通量传感器2和磁弹仪6；

a3）在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器2、锚具3、标准传感器；

a4）将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定，并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪输出的电压积分值；

a5）反测第一级力值，与标准传感器进行比较，修改零值使测量力值与标准传感器一致，记录零值、测量的电压积分值和力值；

a6）反测第七级力值，与标准传感器进行比较，修改空载值使测量力值与标准传感器一致，记录空载值、测量的电压积分值和力值；

a7）根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合，将拟合得到的参数输入到磁弹仪内。

上述涉及到的分为7级进行标定、修改、拟合、数据转换等，采用现有技术。

所述步骤c中，对单个锚头测量3次，取其平均值作为最终的预应力值。

实施例2

本实施例结合附图，对本实用新型做进一步说明。

本实用新型适用于在役锚固工程锚头位置的锚索预应力的检测工程。

本实用新型磁通量传感器为圆筒式，由初级线圈7、次级线圈5、外壳8、隔离壳9、内壳10以及密封圈11组成（图1、图2）。

初级线圈7由铜丝缠绕成圆筒状，然后采用胶粘结形成整体，初级线圈7的外径等于外壳8的内径，内径等于次级线圈5的外径，初级线圈7的长度等于整个磁通量传感器2的长度。

次级线圈5同样由铜丝缠绕成圆筒状，然后采用胶粘结形成整体，次级线圈5与初级线圈7之间采用隔离壳9进行隔离，隔离壳9为聚乙烯材质，同样为圆筒状。

次级线圈5位于磁通量传感器2的端部，长度约为整个磁通量传感器2的1/3，且大于锚具3的厚度。

外壳8为圆筒状，厚度约0.5~1cm，材质为碳素钢，外壳8具有屏蔽外界磁场的作用，防止初级线圈7和次级线圈5磁场漏磁。

内壳10为圆筒状，位置在磁通量传感器2最内侧，长度与磁通量传感器2长度相同，材质为聚乙烯材料。

密封圈11为圆环状，外半径等于外壳8的内径，内半径等于内壳10的内径，具有封堵两端线圈外露的作用，材质为聚乙烯材料。

本实用新型的检测对象是在役锚固工程的锚头（图3、图4），锚头由混凝土12、锚具3、夹片13和钢绞线组成，通过对锚头复合体磁导率的检测测量锚索的预应力值。

在对在役锚索预应力检测前，应事先在室内对传感器进行标定，标定过程如下：

1）选择与现场工程相同的锚具尺寸和根数，并获取现场锚索的预应力设计值；

2）准备与锚具尺寸对应的磁通量传感器和磁弹仪；

3）在张拉台座上安装钢绞线、磁通量传感器、锚具、标准传感器等；

4）将现场锚索的预应力设计值分为7级进行标定，并按标定参数进行分级张拉并记录磁弹仪输出的电压积分值；

5）反测第一级力值，与标准传感器进行比较，修改零值使测量力值与标准传感器尽量一致，记录零值、测量的电压积分值和力值；

6）反测第七级力值，与标准传感器进行比较，修改空载值使测量力值与标准传感器尽量一致，记录空载值、测量的电压积分值和力值；

7）然后根据7级标定值与测量得到的电压积分值进行拟合，将拟合得到的参数输入到磁弹仪内，以便用于野外在役锚索预应力的测量。

在现场在役锚索预应力检测前，选择内径略大于锚具外径的磁通量传感器2，并将锚头的混凝土12凿除清理干净；将磁通量传感器2一端套于锚头上，次级线圈5长度覆盖锚具3，连接磁弹仪6，准备测试。

接通磁弹仪6的电源，磁弹仪6会根据检测到的电压积分值自动转换为预应力测量值，通常单个锚头应测量3次，取其平均值作为最终的预应力值。

本实用新型的原理如下：

（1）外锚头4去除混凝土覆盖层后，为锚具3、夹片13和钢绞线构成的复合型铁磁材料，当铁磁材料受到力的作用时，在它的内部发生应变，从而产生应力，使得磁导率发生变化，根据磁致伸缩原理，铁磁材料应力与磁导率具有良好的线性关系。

（2）磁通量传感器2由初级和次级两层线圈组成，当在初级线圈的两端加一个交流激励信号，就会产生一个随时间而变化的交变磁场，并且根据法拉第电磁感应定律，当锚头收到交变磁场的激励，在次级线圈5中就会产生一个感生电动势，此感生电动势可被磁弹仪转换为电压信号，信号经过处理后变为电压积分值输出，从而实现磁导率到电压变化再到预应力的转换。

Claims (7)

1.一种用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：包括初级线圈（7）、次级线圈（5）、外壳（8）、隔离壳（9）、内壳（10）和密封圈（11），外壳（8）、初级线圈（7）、隔离壳（9）、次级线圈（5）和内壳（10）从外至内依次设置，外壳（8）两端通过密封圈（11）密封。

2.根据权利要求1所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述初级线圈（7）由铜丝缠绕成圆筒状并胶粘结形成整体，初级线圈（7）的外径等于外壳（8）的内径，内径等于次级线圈（5）的外径，初级线圈（7）的长度等于整个磁通量传感器（2）的长度。

3.根据权利要求2所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述次级线圈（5）由铜丝缠绕成圆筒状并粘结形成整体，次级线圈（5）与初级线圈（7）之间设置圆筒状隔离壳（9）。

4.根据权利要求3所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述次级线圈（5）长度为整个磁通量传感器（2）的1/3，且大于锚具（3）的厚度。

5.根据权利要求4所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述外壳（8）为圆筒状，厚度为0.5~1cm。

6.根据权利要求5所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述内壳（10）为圆筒状，长度与磁通量传感器（2）长度相同。

7.根据权利要求6所述的用于在役锚索预应力检测的磁通量传感器，其特征在于：所述密封圈（11）为圆环状，外半径等于外壳（8）的内径，内半径等于内壳（10）的内径。

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