[实用新型]振弦式锚索测力传感器

说明书

（一）      技术领域

    本实用新型涉及预应力工程中的锚索受力监测领域，特别涉及一种振弦式锚索测力传感器。

（二）      背景技术

传统锚索测力传感器具有结构缺陷和量程限制。结构缺陷：为适应在锚索的外锚墩上安装测力传感器，传感器一般都制造成环状产品，同时考虑到锚索安装、张拉过程中不可避免地存在偏心，一般锚索测力传感器内部都装有多个（3—6个）工作弦，并且往往沿环状均匀布置。在仪器交付使用时，生产厂家总会给出仪器率定系数，它是一个包含了多个工作弦的综合系数。在所有工作弦均能正常工作且受力均匀时，用这个综合系数计算锚索测力计的受力是合适的。通常计算锚索测力传感器的应力时有两种方法：一是将各工作弦进行算术平均,得到平均频率,再进行计算；二是用单支传感器系数计算,算出各工作性弦承受的应力然后求和。这两种方法都是将应力分布函数f(x,y)视作一个简单的线性函数。而事实上,锚索测力传感器承压筒上的受力条件非常复杂,除安装、张拉过程偏载的影响外,还有各种侧向应力端面的剪切应力,这使得应力函数f(x,y)很难简单的用线性函数来描述,这决定了使用工作弦平均值作为锚索实际应力的计算方不够精确。当锚索测力传感器安装完成工作一段时间后，由于工作环境条件影响(如放炮、机械震动、温度影响、日晒雨淋、荷载变化等)和时效原因，很容易出现个别工作弦甚至2个、3个工作弦不起振或失效的现象，这时如果继续引用厂家给定的仪器率定系数进行计算，则计算出来的数值与锚索实际受力状况存在较大误差，甚至导致错误的分析。量程限制：从理论上讲，锚索测力传感器的量程可以做到任意大，只要相应地改变其结构尺寸即可。但是由于承力、感应体是一体化设计，考虑到承压体结构材料性能（荷载过大不能保证承压体为线弹性变形）以及振弦工作频率、频宽和工作应力限制，大部分振弦式锚索测力传感器的量程受到限制，一般很难做到500吨以上，做到1000吨以上几乎不可能。此外，随着量程的增大，须相应增大锚索测力传感器的承压体直径与高度，但是，承压体的高度与直径相差不大传感器测得的并不是承压体端面上的等效应力，虽然可以通过增厚传力柱增加承压体的高度,但由于传力柱与承压体并不是一个整体,仍无法保证传感器范围内的承压体为线弹性变形。

国外振弦式传感器虽然性能先进，但是其价格昂贵，性价比低，难以在工程中大量推广应用。且国外研究开发的锚索测力传感器及频率检测仪还存在汉化问题，技术人员需要培训才能使用。国内振弦式传感技术，受工程材料和制造技术的限制，振弦式传感器的分辨率、准确度和长期稳定性等关键技术没有得到很好解决，一直难以满足工程应用要求。国内振弦式锚索测力传感器基本上都是通过频率检测仪测出频率，再通过公式计算出锚索受力大小。没有实现锚索测力传感器与仪表监测自动化系统，实现即时采集数据、远程监控等。国内外厂家都没有研制成功直接数字显示物理量值（力或位移）的检测仪器。

（三）      发明内容

    本实用新型为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种精度高误差小、高增益弱激发、耐震动冲击、长期稳定性好的振弦式锚索测力传感器。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种振弦式锚索测力传感器，其特征是：包括相连接的带有中孔的活塞式承压体和振弦式液体压力传感器，带有中孔的活塞式承压体包括缸体，缸体的凹槽内设有大活塞，缸体与大活塞之间设有“O”型密封圈和挡圈，带有中孔的活塞式承压体侧壁与振弦式液体压力传感器的连接处设有小活塞。

本实用新型的有益效果是：该振弦式锚索测力传感器，提出了新的振弦式传感器通用数学模型，精度高误差小；提出了弱激发原则，设计了高增益弱激发电路；提出了活塞传压和力变换技术，耐震动冲击、长期稳定性好；设计了优良的温补偿。

（四）      附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图1为本实用新型振弦式锚索测力传感器的结构示意图。

图中，1带有中孔的活塞式承压体，2振弦式液体压力传感器，4缸体，5大活塞，6“O”型密封圈，7挡圈。

（五）      具体实施方式

附图为本实用新型的一种具体实施例。

图1中，该振弦式锚索测力传感器，包括相连接的带有中孔的活塞式承压体1和振弦式液体压力传感器2，带有中孔的活塞式承压体1包括缸体4，缸体4的凹槽内设有大活塞5，缸体4与大活塞5之间设有“O”型密封圈6和挡圈7，带有中孔的活塞式承压体1侧壁与振弦式液体压力传感器2的连接处设有小活塞。

振弦式锚索测力传感器的偏载影响因素中，安装问题、张拉问题及材料质量问题属于主观因素，可以通过提高施工人员素质和施工质量得以降低甚至消除。而传感器本身结构问题则属于客观因素，要想降低偏载影响，就必须从改变现有传感器结构设计着手。受千斤顶工作原理启发，即使有偏载影响存在，但是当总压力不变时，其输出力值还是不变的，因为根据帕斯克原理液体传递压强在各个方向上是相同的。根据这一思路，我们可以把锚索测力传感器承压体内壁设计成液压传力，再由液压把力传递给传感器，这样就可以不受偏载影响。当测量荷载达到1000KN以上时，若采用传统的直接测量法，材料应力很大，长期承载易产生蠕变，导致零点和灵敏度漂移，而且传感器自身质量大体积大，不易热处理，刚度不匹配，性能难以保证。鉴于以上原因，本实用新型采用间接测量思路，设计了带有中孔的活塞式承压体1，它的力传递方式：大活塞——液体——小活塞，经力变换带有中孔的活塞式承压体1将作用力变小若干倍后传递给振弦式液体压力传感器2。采用液压转换结构可以很好地解决量程限制问题，先将活塞所受的力转换为液体压力经液压转换缩小许多倍以后, 再用压力传感器测量，这样就可以用高精度的小量程液体压力传感器来量测活塞所受的外力，同时可以通过改变油缸活塞直径即可使测力传感器量程系列化。锚索从带有中孔的活塞式承压体1的中孔穿过后被一套锚具固定,调节液压千斤顶张拉锚索, 锚索拉力施压于力变换油缸,经变小许多倍后作用于振弦式液体压力传感器2的工作膜,膜挠曲使弦张力变小, 则固有振动频率降低。