RU199215U1 - Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure - Google Patents

Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure Download PDF

Info

Publication number
RU199215U1
RU199215U1 RU2020109362U RU2020109362U RU199215U1 RU 199215 U1 RU199215 U1 RU 199215U1 RU 2020109362 U RU2020109362 U RU 2020109362U RU 2020109362 U RU2020109362 U RU 2020109362U RU 199215 U1 RU199215 U1 RU 199215U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sensor
rod element
diameter
internal stresses
frame
Prior art date
Application number
RU2020109362U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Андреевич Поносов
Иван Андреевич Чебыкин
Алексей Валерьевич Манцуров
Владимир Сергеевич Назаренко
Сергей Андреевич Сомов
Original Assignee
Дмитрий Андреевич Поносов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Дмитрий Андреевич Поносов filed Critical Дмитрий Андреевич Поносов
Priority to RU2020109362U priority Critical patent/RU199215U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU199215U1 publication Critical patent/RU199215U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области измерительных приборов, а именно к приборам для непрерывного мониторинга ферромагнитных стержневых элементов строительных конструкций под воздействием сил растяжения-сжатия.Технический результат - повышение надежности конструкции датчика за счет отсутствия разъемных и подвижных элементов, а также обеспечение непрерывного процесса мониторинга при высокой достоверности за счет стационарной установки датчика на исследуемый стержневой элемент и учета температуры при каждом замере величины внутренних напряжений в стержневом элементе.Электромагнитный датчик для измерения внутренних напряжений в стержневом ферромагнитном элементе строительной конструкции включает внутренний каркас датчика для размещения стержневого элемента с вмонтированным в него температурным датчиком, две расположенные одна под другой изолированные друг от друга первичную и вторичную концентричные обмотки, закрепленные поверх каркаса, и внешнюю оболочку датчика, при этомD1 = D2 + 2 х l, D2 = D + 2xL, гдеD - диаметр стержневого элемента,D1 - диаметр первичной обмотки,D2 - диаметр вторичной обмотки,L - толщина стенок внутреннего каркаса датчика,l - толщина вторичной обмотки, 4 ил.The utility model relates to the field of measuring instruments, namely to instruments for continuous monitoring of ferromagnetic bar elements of building structures under the influence of tensile-compression forces. The technical result is an increase in the reliability of the sensor design due to the absence of detachable and movable elements, as well as ensuring a continuous monitoring process at high reliability due to the stationary installation of the sensor on the investigated rod element and taking into account the temperature at each measurement of the magnitude of internal stresses in the rod element. The electromagnetic sensor for measuring internal stresses in the ferromagnetic rod element of the building structure includes an internal sensor frame for placing the rod element with a temperature sensor built into it, two located one under the other, isolated from each other, primary and secondary concentric windings, fixed over the frame, and the outer shell of the sensor, while D1 = D2 + 2 x l, D2 = D + 2xL, where D is the diameter of the bar element, D1 is the diameter of the primary winding, D2 is the diameter of the secondary winding, L is the wall thickness of the inner frame of the sensor, l is the thickness of the secondary winding, 4 ill.

Description

Полезная модель относится к области измерительных приборов, а именно к приборам для непрерывного мониторинга ферромагнитных стержневых элементов строительных конструкций под воздействием сил растяжения-сжатия.The utility model relates to the field of measuring instruments, namely, instruments for continuous monitoring of ferromagnetic bar elements of building structures under the influence of tensile-compression forces.

Известны электромагнитные датчики, предназначенные для определения механических напряжений с использованием магнитопровода для намагничивания изделия (RU 2195636, опубл. 27.12.2002, RU 2189020, опубл. 10.09.2002, RU 2441227, опубл. 27.01.2012, RU 2527310, опубл. 27.08.2014, RU 2527666, опубл. 10.09.2014, CN 102235924, опубл. 09.11.2011, CN 101246143, опубл. 20.08.2008).Known electromagnetic sensors designed to determine mechanical stresses using a magnetic circuit for magnetizing a product (RU 2195636, publ. 27.12.2002, RU 2189020, publ. 09.10.2002, RU 2441227, publ. 27.01.2012, RU 2527310, publ. 27.08. 2014, RU 2527666, publ. 10.09.2014, CN 102235924, publ. 09.11.2011, CN 101246143, publ. 20.08.2008).

Работа известных датчиков основана на взаимосвязи механических напряжений в ферромагнитном материале с магнитными свойствами, которая проявляется в виде эффекта Виллари (Физическая энциклопедия). Они используются в случаях периодических проверок на наличие дефектов, что не позволяет с высокой точностью осуществлять непрерывный мониторинг напряженно-деформированного состояния строительных конструкций таких как вантовые и висячие системы, напрягаемая и обычная арматура железобетонных конструкций, несущие тросы разводных мостов и подъемных механизмов.The work of known sensors is based on the relationship of mechanical stresses in a ferromagnetic material with magnetic properties, which manifests itself in the form of the Villari effect (Physical encyclopedia). They are used in cases of periodic checks for defects, which does not allow high-precision continuous monitoring of the stress-strain state of building structures such as cable-stayed and hanging systems, stress and conventional reinforcement of reinforced concrete structures, load-bearing cables for drawbridges and lifting mechanisms.

Известен также магнитный датчик для измерения внутренних напряжений ферромагнитных материалов, который встроен в портативные измерительные приборы для измерения напряжений компонентов нагруженных изделий (CN 102539027, опубл. 04.07.2012).There is also known a magnetic sensor for measuring internal stresses of ferromagnetic materials, which is built into portable measuring instruments for measuring the stresses of components of loaded products (CN 102539027, publ. 04.07.2012).

Датчик выполнен с двумя свободно открывающимися и закрывающимися катушками, изолированными друг от друга. Жгуты металлических проводов расположены параллельно и изолированы друг от друга. Один конец каждого жгута провода соединен с заглушкой, а другой конец - с соответствующим контактом гнезда. Датчик монтируют на исследуемое изделие, производят замеры, а затем демонтируют.The sensor is made with two freely opening and closing coils, isolated from each other. Metal wire harnesses are parallel and insulated from each other. One end of each wire harness is connected to a plug and the other end to a corresponding terminal on the socket. The sensor is mounted on the investigated product, measurements are taken, and then dismantled.

Недостаток известного датчика заключается в том, что с его помощью невозможно осуществлять непрерывный мониторинг стержневых ферромагнитных элементов под действием сил растяжения-сжатия, применяемых в таких конструкциях как вантовые и висячие системы, напрягаемая и обычная арматура железобетонных конструкций, несущие тросы разводных мостов и подъемных механизмов, т.к. датчик выполнен съемным и его подвижные/разъемные части подвержены повышенному износу. Кроме того, поскольку такой датчик должен демонтироваться, то использовать его для закладки в железобетонные конструкции при бетонировании невозможно.The disadvantage of the known sensor is that it cannot be used to continuously monitor ferromagnetic rod elements under the action of tensile-compressive forces used in structures such as cable-stayed and hanging systems, tensioned and conventional reinforcement of reinforced concrete structures, supporting cables for drawbridges and lifting mechanisms, since the sensor is removable and its movable / detachable parts are subject to increased wear. In addition, since such a sensor must be dismantled, it is impossible to use it for laying in reinforced concrete structures during concreting.

Близких аналогов обнаружено не было.No close analogs were found.

Технический результат - повышение надежности конструкции датчика за счет отсутствия разъемных и подвижных элементов, а также обеспечение непрерывного процесса мониторинга при высокой достоверности за счет стационарной установки датчика на исследуемый стержневой элемент. The technical result is to increase the reliability of the sensor design due to the absence of detachable and movable elements, as well as to ensure a continuous monitoring process with high reliability due to the stationary installation of the sensor on the investigated rod element.

Технический результат достигается тем, что электромагнитный датчик для измерения внутренних напряжений в стержневом ферромагнитном элементе строительной конструкции включает внутренний каркас датчика для размещения стержневого элемента, две расположенные одна под другой изолированные друг от друга первичную и вторичную концентричные обмотки, закрепленные поверх каркаса, и внешнюю оболочку датчика, при этомThe technical result is achieved by the fact that an electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a rod ferromagnetic element of a building structure includes an inner frame of the sensor for placing a rod element, two located one under the other, isolated from each other, primary and secondary concentric windings fixed over the frame, and the outer sheath of the sensor, while

D1 = D2 + 2 х l, D2 = D + 2xL, гдеD1 = D2 + 2 x l, D2 = D + 2xL, where

D - диаметр стержневого элемента,D - diameter of the bar element,

D1 - диаметр первичной обмотки,D1 - diameter of the primary winding,

D2 - диаметр вторичной обмотки,D2 - diameter of the secondary winding,

L - толщина стенок внутреннего каркаса датчика,L is the wall thickness of the inner frame of the sensor,

l - толщина вторичной обмотки.l is the thickness of the secondary winding.

Заявленные соотношения D, d, l и L обеспечивают неразъемность и неподвижность элементов конструкции в процессе замеров. Расположение одна под другой двух изолированных друг от друга первичную и вторичную концентричных обмоток, закрепленных поверх каркаса, обеспечивает лучшую связь между обмотками за счет уменьшения электромагнитных потерь.The stated ratios D, d, l and L ensure the continuity and immobility of structural elements during measurements. The arrangement one under the other of two isolated from each other primary and secondary concentric windings, fixed on top of the frame, provides a better connection between the windings by reducing electromagnetic losses.

Датчик заявленной конструкции обеспечивает надежность его закрепления в процессе замеров величин внутренних напряжений в стержневых элементах, а также непрерывность процесса мониторинга таких конструкций как вантовые и висячие системы, напрягаемая и обычная арматура железобетонных конструкций, несущие тросы разводных мостов и подъемных механизмов.The sensor of the declared design ensures the reliability of its fastening during the measurement of the values of internal stresses in the rod elements, as well as the continuity of the monitoring process of such structures as cable-stayed and hanging systems, prestressed and ordinary reinforcement of reinforced concrete structures, load-bearing cables for drawbridges and lifting mechanisms.

Кроме того, высокая достоверность дополнительно обеспечивается учетом температуры каркаса самого датчика и температуры стержневого элемента при каждом замере величины внутренних напряжений в стержневом элементе. In addition, high reliability is additionally ensured by taking into account the temperature of the frame of the sensor itself and the temperature of the rod element at each measurement of the magnitude of internal stresses in the rod element.

Полезная модель проиллюстрирована следующими фигурами.The utility model is illustrated by the following figures.

На фиг. 1 показан общий вид электромагнитного датчика с размещенным внутри его каркаса стержневым ферромагнитным элементом, на фиг. 2 - продольный разрез А-А электромагнитного датчика заявленной конструкции.FIG. 1 shows a general view of an electromagnetic sensor with a rod ferromagnetic element placed inside its frame; FIG. 2 - longitudinal section AA of the electromagnetic sensor of the claimed design.

На фиг. 3 показан поперечный разрез Б-Б электромагнитного датчика заявленной конструкции.FIG. 3 shows a cross-section BB of an electromagnetic sensor of the claimed design.

На фиг. 4 представлена блок-схема системы мониторинга силового воздействия на ферромагнитный стержневой элемент с использованием электромагнитного датчика заявленной конструкции, где:FIG. 4 shows a block diagram of a system for monitoring the force impact on a ferromagnetic rod element using an electromagnetic sensor of the claimed design, where:

1 -ферромагнитный стержневой элемент (ФСЭ) с диаметром D;1 - ferromagnetic rod element (FSE) with a diameter D;

2 - оболочка троса ФСЭ 1;2 - FSE cable sheath 1;

3 - внутренний каркас электромагнитного датчика с наружным диаметром D2;3 - inner frame of an electromagnetic sensor with an outer diameter D2;

4 - вторичная обмотка;4 - secondary winding;

5 - слой изоляционного материала;5 - a layer of insulating material;

6 - первичная обмотка;6 - primary winding;

7 - датчик температуры внутреннего каркаса;7 - temperature sensor of the inner frame;

8 - внешняя оболочка электромагнитного датчика;8 - outer shell of the electromagnetic sensor;

9 - электромагнитный датчик;9 - electromagnetic sensor;

10 - микроконтроллер;10 - microcontroller;

11 - датчик температуры ФСЭ 1;11 - temperature sensor FSE 1;

12 - измерительный блок;12 - measuring unit;

13 - силовой блок;13 - power unit;

14 - источник питания силового блока;14 - power supply unit of the power unit;

15 - пульт оператора;15 - operator panel;

16 - блок питания системы мониторинга;16 - power supply unit of the monitoring system;

17 - температурный датчик устройства для мониторинга (внутри корпуса), при этом17 - temperature sensor of the monitoring device (inside the case), while

D1 - диаметр первичной обмотки,D1 - diameter of the primary winding,

D2 - диаметр вторичной обмотки,D2 - diameter of the secondary winding,

L - толщина стенок внутреннего каркаса датчика,L is the wall thickness of the inner frame of the sensor,

l - толщина вторичной обмотки.l is the thickness of the secondary winding.

Процесс измерения внутренних напряжений в ФСЭ 1 с использованием электромагнитного датчика 9 заявленной конструкции осуществляется следующим образом.The process of measuring internal stresses in the PSE 1 using an electromagnetic sensor 9 of the claimed design is carried out as follows.

Предварительно внутрь каркаса 3 электромагнитного датчика 9 помещают ФСЭ 1, образуя электромагнитную пару. Датчики 7 и 11 измеряют температуру каркаса 3 электромагнитного датчика 9 и температуру ФСЭ 1, соответственно. Перед установкой на конструкцию систему мониторинга калибруют. Систему размещают в специальном корпусе (не показан), в котором устанавливают температурный датчик 17.Previously, the PSE 1 is placed inside the frame 3 of the electromagnetic sensor 9, forming an electromagnetic pair. Sensors 7 and 11 measure the temperature of the frame 3 of the electromagnetic sensor 9 and the temperature of the FSE 1, respectively. The monitoring system is calibrated before being installed on the structure. The system is placed in a special housing (not shown), in which the temperature sensor 17 is installed.

При подаче питания от стабилизированного источника питания 14, в котором стабилизируется напряжение источника питания, силовой блок 13 генерирует импульсы тока с частотой и амплитудой, задаваемой микроконтроллером 10, и передает на электромагнитный датчик 9, в котором размещен ФСЭ 1.When power is supplied from a stabilized power source 14, in which the voltage of the power source is stabilized, the power unit 13 generates current pulses with a frequency and amplitude set by the microcontroller 10, and transmits it to the electromagnetic sensor 9, in which the PSE 1 is located.

При этом импульсы поступают на первичную обмотку 6 датчика 9 и генерируют импульсы во вторичной обмотке 4, за счет индуктивной связи.In this case, the pulses are fed to the primary winding 6 of the sensor 9 and generate pulses in the secondary winding 4, due to inductive coupling.

Согласно эффекту Виллари при изменении длины (размера) ФСЭ 1 изменяются его магнитные свойства (магнитная проницаемость). Импульсы тока, протекающие через первичную обмотку 6 датчика 9, порождают переменное магнитное поле в области ФСЭ 1. Изменение магнитных свойств при деформации ФСЭ 1 удается детектировать путем измерения среднего значения напряжения на вторичной обмотке 4 датчика 9.According to the Villari effect, changing the length (size) of the PSE 1 changes its magnetic properties (magnetic permeability). Current pulses flowing through the primary winding 6 of the sensor 9 generate an alternating magnetic field in the region of the PSE 1. The change in magnetic properties during deformation of the PSE 1 can be detected by measuring the average voltage on the secondary winding 4 of the sensor 9.

Силовой блок 13 подает усиленные импульсы переменного тока на датчик 9. Импульсы, попадающие на первичную обмотку 6 датчика 9, создают импульсы во вторичной обмотке 4 за счет индуктивной связи. Которые в свою очередь меняют форму и значения в зависимости от величины силового воздействия σ, возникающего на ФСЭ 1. Далее сигнал попадает в измерительный блок 12, который замеряет величину интегрального напряжения Uavg со вторичной обмотки 4 датчика 9 и далее передает его на МК 10.The power unit 13 supplies amplified alternating current pulses to the sensor 9. The pulses hitting the primary winding 6 of the sensor 9 create pulses in the secondary winding 4 due to inductive coupling. Which, in turn, change their shape and values depending on the magnitude of the force effect σ arising on the PSE 1. Then the signal enters the measuring unit 12, which measures the value of the integral voltage U avg from the secondary winding 4 of the sensor 9 and then transmits it to MK 10.

МК 10 осуществляет вычисление величины нагрузки силового воздействия а на ФСЭ 1 с учетом показаний температур Т1, Т2 и Т3 с датчиков 7, 11 и 17, а также с учетом величин, определенных при калибровке, по заданной математической зависимости.MK 10 calculates the magnitude of the load of the force action a on the PSE 1, taking into account the readings of temperatures T 1 , T 2 and T 3 from the sensors 7, 11 and 17, as well as taking into account the values determined during calibration, according to a given mathematical relationship.

Для дальнейшей обработки и интерпретации оцифрованных данных информация с МК 10 поступает на пульт оператора 15, например, на ПК по интерфейсу USB.For further processing and interpretation of the digitized data, information from MK 10 is sent to the operator console 15, for example, to a PC via the USB interface.

Claims (8)

1. Электромагнитный датчик для измерения внутренних напряжений в стержневом ферромагнитном элементе строительной конструкции, включающий внутренний каркас датчика для размещения стержневого элемента, две расположенные одна под другой изолированные друг от друга первичную и вторичную концентричные обмотки, закрепленные поверх каркаса, и внешнюю оболочку датчика, при этом1. Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a bar ferromagnetic element of a building structure, including an inner frame of the sensor for placing a bar element, two located one under the other isolated from each other primary and secondary concentric windings, fixed over the frame, and the outer shell of the sensor, while D1 = D2 + 2 х l, D2 = D + 2 х L, гдеD1 = D2 + 2 x l, D2 = D + 2 x L, where D - диаметр стержневого элемента,D - diameter of the bar element, D1 - диаметр первичной обмотки,D1 - diameter of the primary winding, D2 - диаметр вторичной обмотки,D2 - diameter of the secondary winding, L - толщина стенок внутреннего каркаса датчика,L is the wall thickness of the inner frame of the sensor, l - толщина вторичной обмотки.l is the thickness of the secondary winding. 2. Электромагнитный датчик по п. 1, отличающийся тем, что внутренний каркас и стержневой элемент снабжены температурными датчиками. 2. Electromagnetic sensor according to claim 1, characterized in that the inner frame and the rod element are equipped with temperature sensors.
RU2020109362U 2020-03-02 2020-03-02 Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure RU199215U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109362U RU199215U1 (en) 2020-03-02 2020-03-02 Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020109362U RU199215U1 (en) 2020-03-02 2020-03-02 Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU199215U1 true RU199215U1 (en) 2020-08-21

Family

ID=72238105

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020109362U RU199215U1 (en) 2020-03-02 2020-03-02 Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU199215U1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2189020C1 (en) * 2001-01-09 2002-09-10 ООО Институт "ДИМЕНСтест" Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
RU2195636C2 (en) * 2001-03-05 2002-12-27 ООО Институт "ДИМЕНСтест" Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
RU2441227C1 (en) * 2010-05-26 2012-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ИрГУПС (ИрИИТ) Method for magnetic flaw detection of articles in state of tension
CN102539027A (en) * 2010-12-09 2012-07-04 杭州自动化技术研究院有限公司 Magnetic measurement stress sensor with freely opened coils

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2189020C1 (en) * 2001-01-09 2002-09-10 ООО Институт "ДИМЕНСтест" Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
RU2195636C2 (en) * 2001-03-05 2002-12-27 ООО Институт "ДИМЕНСтест" Method of determination of mechanical stresses and device for realization of this method
RU2441227C1 (en) * 2010-05-26 2012-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный университет путей сообщения" (ИрГУПС (ИрИИТ) Method for magnetic flaw detection of articles in state of tension
CN102539027A (en) * 2010-12-09 2012-07-04 杭州自动化技术研究院有限公司 Magnetic measurement stress sensor with freely opened coils

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ITMI20121595A1 (en) MANUFACTURED OF CONSTRUCTION MATERIAL
CN106768503B (en) A kind of magnetic-elastic stress sensor and cable cable force measurement system
CN102680156B (en) Coupled external mounted steel stay rope force detection device and method
CN107290091A (en) A kind of tensioning force measuring system and its measuring method for prestress wire
CN104122324A (en) Online monitoring sensor for steel wire rope stress
CN108489641A (en) A kind of prestress wire stress measurement device and method
RU199215U1 (en) Electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a ferromagnetic rod element of a building structure
CN108427062B (en) Frequency conversion resonance voltage-withstanding partial discharge test method adopting intermittent excitation
KR101552793B1 (en) PSC Anchorage For Monitoring A Status Change of PS Steel Member and PSC Girder Using the Same
RU198377U1 (en) An electromagnetic sensor for measuring internal stresses in a rod ferromagnetic element of a building structure
KR20040110740A (en) Magnetoelastic system of stress monitoring in steel tendons and cables
CN111272862B (en) Broken wire detection equipment and method
CN205352586U (en) Monitoring and automatic measurement system of prestressed anchorage cable internal force
CN102539027A (en) Magnetic measurement stress sensor with freely opened coils
CN207351600U (en) A kind of tensioning force measuring system for prestress wire
US20190219542A1 (en) Handheld pipeline inspection tool with planar excitation coil
CN207019820U (en) Magnetic stress sensor and its shielding construction
CN103149440A (en) Non-contact type concrete resistivity testing instrument
RU2724993C1 (en) Method of monitoring force action on ferromagnetic rod element
Wichmann et al. Magnetoelastic stress measurement and material defect detection in prestressed tendons using coil sensors
CN210775664U (en) Metering device for line loss
CN107421670A (en) It is a kind of can inside long term monitoring stress of steel bunch prestress pipe bay assemblies and its construction method
Jackiewicz et al. New methodology of testing the stress dependence of magnetic hysteresis loop of the L17HMF heat resistant steel casting
CN213481599U (en) Device for detecting residual stress of aluminum alloy through pulse eddy current
JP3056136B2 (en) Apparatus and method for measuring corrosion of linear body