[实用新型]一种应用于健康监测的索力传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种索力传感器，尤其是涉及一种应用于健康监测的索力传感器。

背景技术

钢缆索是一种柔性的承力构件，其索力状态是衡量建筑是否处于正常运营状态的一个重要标志，实时监测钢缆索的索力对建筑健康监测具有重要工程意义。磁弹效应法是目前监测索力最具潜力的一种方法，该方法通过使用磁通量传感器来测定钢缆索中的磁通量变化,从而得到钢缆索的索力。如图1所示，磁弹效应法中的磁通量传感器一般包括套在钢缆索上的线圈骨架，绕制在线圈骨架外侧面上的检测线圈、绕制在检测线圈外侧面上的激励线圈以及将检测线圈和激励线圈进行封装的外壳，其工作原理是：给激励线圈加上激励电流以后，线圈骨架的轴向会产生磁场，钢缆索被磁化作为检测线圈和激励线圈的铁芯，当钢缆索受力轴向发生变形，线圈骨架轴向磁场会发生变化，那么作为检测单元的检测线圈将感应线圈骨架轴向磁场的变化产生感应电压，通过感应电压就能够计算出索力。但是，现有的磁通量传感器应用在磁弹效应法中时存在以下问题：一、磁通量传感器通过检测线圈感应线圈骨架内部磁通量的变化进而产生感应电动势，在测量过程中由于漏磁原因，以及激励线圈和检测线圈之间存在相互干扰，导致传感器的测量精度不高；二、测量过程中要先经过激励线圈磁化钢缆索，再由检测线圈感应出磁通量的变化，进而测得索力，由于激励线圈在磁化钢缆索时需要一定的响应时间，检测线圈要获取被测特征信号的磁场信息也需要一定的时间，由此导致传感器的响应速度比较慢；三、为了在线圈骨架内部达到尽可能大的且分布均匀的磁通量，要求检测线圈和线圈骨架之间以及检测线圈和激励线圈之间有很严格的尺寸匹配，由此导致加工工艺比较复杂且测量过程中传感器的信噪比较低。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种测量精度高，响应速度快，加工工艺简单，且测量过程中信噪比较高的应用于健康监测的索力传感器。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种应用于健康监测的索力传感器，包括壳体，套设在钢缆索上的线圈骨架和激励线圈，所述的激励线圈由铜线在所述的线圈骨架的外侧壁上绕制而成，所述的线圈骨架的外侧壁上设置有矩形凹槽，所述的矩形凹槽位于所述的线圈骨架的轴向中部，所述的矩形凹槽内安装有具有磁致伸缩性能的磁电传感单元，所述的磁电传感单元为长方体结构，所述的磁电传感单元的磁化方向与所述的线圈骨架的轴向平行，所述的磁电传感单元的上端面不超出所述的矩形凹槽，所述的磁电传感单元的长边与所述的线圈骨架的轴向平行，沿所述的线圈骨架的轴向所述的磁电传感单元的两端与所述的矩形凹槽的两端各具有一段距离且两者相等，该段距离不小于所述的磁电传感单元的长边长度的四分之一。

所述的磁电传感单元包括从上到下排列的第一磁致伸缩层、压电晶体层和第二磁致伸缩层，所述的第一磁致伸缩层的下表面与所述的压电晶体层的上表面粘结固定，所述的压电晶体层的下表面和所述的第二磁致伸缩层的上表面粘结固定，所述的压电晶体层的上表面固定粘结有延伸到压电晶体层一侧的第一电极，所述的压电晶体层的下表面固定粘结有延伸到压电晶体层另一侧的第二电极，所述的第一磁致伸缩层和所述的第二磁致伸缩层的磁化方向与所述的线圈骨架的轴向平行，所述的压电晶体层的电极方向垂直于所述的线圈骨架的轴向，所述的第一磁致伸缩层和所述的第二磁致伸缩层的外形大小相同，所述的第一磁致伸缩层和所述的第二磁致伸缩层的体积之和占所述的磁电传感单元的总体积的60%～80%。

所述的第一磁致伸缩层和所述的第二磁致伸缩层的体积之和占所述的磁电传感单元的总体积的76%。

所述的第一电极和所述的第二电极从所述的矩形凹槽内伸出后分别紧贴所述的矩形凹槽两侧的线圈骨架的外侧壁延伸后伸出所述的壳体外，所述的激励线圈的铜线绕在所述的第一电极和所述的第二电极上，所述的磁电传感单元悬空设置在所述的矩形凹槽内且与所述的矩形凹槽的内侧面均不接触。

所述的第一磁致伸缩层的下表面与所述的压电晶体层的上表面通过环氧树脂粘结剂粘结固定，所述的压电晶体层的下表面和所述的第二磁致伸缩层的上表面也通过环氧树脂粘结剂粘结固定，所述的环氧树脂粘结剂的厚度为0.1mm～0.2mm，所述的压电晶体层的上表面和所述的第一电极通过导电银胶粘结，所述的压电晶体层的下表面和所述的第二电极通过导电银胶粘结，所述的导电银胶的厚度为0.1mm～0.2mm。

所述的环氧树脂粘结剂由A型环氧树脂胶和B型环氧树脂胶按1:1的质量比均匀混合而成。