[发明专利]智能便携式缆索张力测量仪

说明书

技术领域

本发明属于力学、液压和嵌入式系统等技术在缆索张力测量方面的应用，具体适用于斜拉桥、悬索桥、提升机、架空索道、高压电线等空间结构中的张力检测装置。

背景技术

现代工程设施中许多采用缆索的张力来支承载荷，如斜拉桥、悬索桥、提升机、架空索道、高压电线等。缆索结构在此类支承载荷作用中占据着关键地位。为保障此类结构的安全性，精确、迅速地测量缆索应力成为工程设施后期维护的重要环节。索力测量为随时监测缆索结构的受力情况，评价结构的技术状况和及时发现安全隐患提供有效的手段。对高压输电线，斜拉桥等缆索索力的测量可在一定程度检测防护系统等是否完好、缆索是否发生锈蚀。因此为保证工程的安全和施工的顺利进行，测量缆索的张力是一个关键因素。

对于悬索桥、斜拉桥、高山索道、滑索等结构，缆索的受力状况在其建设和营运期间都成为评价本身所处状态的重要环节。忽略了这个环节，例如因为设备老化而产生接近破坏的应力状态未能及时检测，就可能引起重大的工程事故，使国民经济遭受很大程度的损失。为实时检测索力，以用于技术分析、排除安全隐患、便于工程的施工与维护，必须提供有效而简易的缆索张力检测方法。

目前缆索的张力检测方法主要包括传统机械式的测量方法与计算机辅助测量(ComputerAidedTesting，简称CAT)方法。传统的模拟式的测量方式在精度、可靠性、灵活性等方面存在的问题可望通过结合计算机的数字式测量方法得以解决。

目前缆索的张力测量的方法有多种，传统的如压力表、压力传感器、磁力环法测量的模拟式测量方法和频率法、波动法等数字式测量方法。业界普遍认为，模拟式测量方法适用于施工阶段的索力测量，数字式测量方法由于其灵活性而适于在施工阶段完成后对设施的维护。

目前工程中常用的缆索张力的测量方法可大致分为压力表读数法、传感器读数法、频率法和波动法等四种方法，各种测量方法的原理概述如下：

(一)压力表读数法

该方法的原理是根据张拉缆索时，油泵上油压表的读数来推算张拉千斤顶的张拉力，由此得出缆索张力。用该方法测定索力时，事先要对张拉缆索的液压系统进行标定，建立油压表读数与千斤顶张拉力之间的对应关系。

压力表读数法适合于施工阶段确定缆索索力大小，施工完成后由于安装和移动大吨位的张拉千斤顶十分麻烦而不宜采用。

(二)传感器读数法

该方法是在张拉千斤顶的牵引杆和活塞之间串联一压力传感器，张力大小通过压力传感器及与之相匹配的仪表来测定。利用此法测量索力，同样需要事先对传感器系统进行标定，建立传感器读数与它所受压力之间的关系。如果所用的传感器的性能稳定，用它来测量缆索的张力可望得到比油压表读数法更高的精度。因为用该方法时，传感器要与千斤顶配合使用，所以该方法与压力表读数法一样只适用于施工阶段的索力测量，对于施工完成后的索力测量并不方便。

(三)频率法

用该方法测量缆索的张力，需首先设法测出缆索的振动频率，因缆索的振动频率与索力之间存在着固定的关系。通过从传感器采集的振动信号以计算机辅助测量的方式获得的采样数据进行功率谱分析，根据谱图的特征获得信号的基频。通过基频与缆索张力的关系公式计算出索力大小。

根据待测缆索振动频率的不同，频率法又可分为共振法和随机振动法。采用共振法测量缆索振动频率时，需用人工激振的方法使之作单一的基频振动，然后用频率计测出基频。共振法测定索振动频率的缺点是测量结果的准确性与操作者的经验有关，经验丰富的测试人员能在较短的时间里激出索的纯基频振动，而一般人往往激励不出纯基频振动，当然也就测不出拉索的基频。用随机振动法测量缆索振动频率时，不用对其进行人工激振，而是利用风、桥面振动等环境下的随机激振源对缆索的激励进行测量。

在环境随机振源的激励下，索的振动是一种随机振动，可利用频谱分析仪对获得的随机信号进行频谱分析，一般可以得到前几阶的振动频率。利用环境随机振动法测量缆索的振动频率具有不需要对其进行人工激振，具有测得的振动频率准确可靠等优点。

(四)波动法

该方法根据应力波在缆索中传播波速与拉索张力的关系，先测出激励脉冲与反射波之间的传播时差，便可根据公式计算出拉索张力。波动法实施简单，只需力锤敲击，击起应力波，由测出的应力波传播图即可分析得出结果。