[发明专利]一种基于电磁感应的非接触型拉索索力测量装置

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程测量技术领域，具体涉及一种基于电磁感应的非接触型拉索索力测量装置。

背景技术

拉索是梁-索组合桥梁结构重要的传力及受力构件，如斜拉桥中的斜拉索，梁拱组合桥梁中的吊杆及悬索桥的悬吊杆等。拉索索力的精确测量不仅是该类桥梁施工监控的重要环节，而且对后期桥梁养护管理与健康监测也起着非常重要的作用。

目前国内外工程应用中，拉索索力常用的测量方法有油压表测定法、压力传感器标定法及频率法。油压表测定法适用于施工阶段进拉索张拉索力标定，此时通过油压表控制油压千斤顶是比较方便的，但该方法只适用于施工阶段索力测定。传感器标定法是在锚具下预埋应力传感器，通过传感器应变读数计算索力，但该类传感器成本较高，而且在温度和湿度影响下长期稳定性也是不容忽视的问题。成桥后的拉索索力测量一般采用频率法，频率法测量索力精度高、适合长期观测。

目前振动频率法测索力一般采用加速度传感器。此方法将加速度传感器固定于拉索表面拾取拉索的振动信号，再对信号频谱分析获取拉索固有频率，然后通过拉索频率与索力力学方程计算出拉索的索力。但是使用加速度传感器测拉索频率有以下几方面的缺点：(1)传感器成本高，数据采集设备复杂；(2)对于套有PE保护管的拉索，PE管与拉索之间存在间隙，由于无法将加速度传感器直接固定在拉索表面而应用受到限制；(3)大跨桥梁主梁刚度相对小，桥面横向、竖向振动明显，因此加速度拾取的信号是拉索振动与桥面振动耦合效应，测试精度受到影响。

光纤光栅是近几十年发展最为迅速的一种新型全光纤无源器件，以光纤光栅为传感元件研制的应变传感器，具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀、抗电磁辐射干扰等优点；克服了传统电类传感器长期稳定性差以及信号传输距离短的缺点，能够实现张力结构缆索状态的实时监测。并且多个光纤光栅还可以组成准分布式传感系统，采用一根光缆就可以实现准分布式测量。

公开号为CN101526409的中国专利公开了一种基于光纤应变传感的测力技术，其将光纤应变传感元件预埋入钢缆索的锚固区内，通过测量光纤应变传感元件的应变量实现对钢缆索索力的测量；但光纤应变传感器测量精度受环境温度，湿度影响大，需要安装温度补偿传感器进行温度修正，对数据采集和传输设备要求高，整个测量系统成本高。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于电磁感应的非接触型拉索索力测量装置，不受环境因素所影响，测量精度高，成本低。

一种基于电磁感应的非接触型拉索索力测量装置，包括：

电磁传感单元，用于感应拉索在环境激励下的横向振动，并产生感应电动势；

信号采集单元，用于采集所述的感应电动势；

信号处理单元，接收信号采集单元采集到的感应电动势，并拾取感应电动势的频率，进而根据所述的频率计算出拉索索力。

所述的电磁传感单元由一个或两个电磁传感器构成；所述的电磁传感器包括一永磁体，所述的永磁体上绕制有感应线圈，所述的感应线圈与信号采集单元相连。

优选的技术方案中，若所述的电磁传感单元由一个电磁传感器构成，则该电磁传感器通过固定支架固定于拉索一侧；若所述的电磁传感单元由两个电磁传感器构成，则两个电磁传感器通过固定支架分别固定于拉索两侧，且两个电磁传感器与拉索的间距相等；能够使得两个电磁传感器磁阻相等，进而提高电磁传感器的灵敏度，可有效消除零点残余电压。

优选的技术方案中，所述的电磁传感单元由两个电磁传感器构成；其中，第一电磁传感器的感应线圈的一端与第二电磁传感器的感应线圈的一端相连，第一电磁传感器的感应线圈的另一端和第二电磁传感器的感应线圈的另一端均与信号采集单元相连。采用由两个电磁传感器构成的差动式电磁传感单元相对于采用单个电磁传感器的，灵敏度和线性度都有明显改善，可部分消除拉索垂直传感器方向振动的影响。

优选的技术方案中，所述的永磁体为U型永磁体，所述的U型永磁体两端设有感应探头；感应探头可减少端部漏磁，提高感应线圈的电感值。

优选的技术方案中，所述的固定支架上设有调距部件；能够通过调整电磁传感器与拉索的间距，保证电磁传感器的灵敏度。

优选的技术方案中，所述的感应线圈通过绕线管绕制于永磁体上；可有效保护感应线圈免受损坏。