[发明专利]一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于桥梁缆索测量技术领域，更具体地，涉及一种短吊杆索力测量方法及装置。

背景技术

在现代桥梁建设中，缆索所承载应力我们称为“索力”，索力测量是极其重要的一项工作，拉索的受力状态在桥梁施工和运营过程的健康评估中起着至关重要的作用，要求得到精确的测试结果，以保证桥梁的运营安全。

目前常用的索力测量方法主要有磁通量测量法以及频率振动测量法。磁通量测量法受温度影响明显，必须对温度作用进行校正。电磁传感器必须套在拉索的外面，拉索直径种类众多，不同拉索需要相对应电磁传感器。频率振动测量法是利用吊杆索力大小与吊杆的振动频率间的确定关系，通过实测吊杆的振动频率来分析计算吊杆的索力大小。对于较长的吊杆，常规频率法的索力测量精度是可以满足工程要求的。但是，在吊杆拱桥中，位于桥梁拱脚附近的吊杆，通常长度很短，此时吊杆的锚固条件、护筒、减震器、吊杆刚度等因素会对吊杆频率产生较大影响，而这种影响的大小往往很难确定，这时采用常规的频率振动测量法测得的吊杆索力误差很大，存在较大的误判可能性，甚至得出错误的结果。因此，在对吊杆拱桥这一类有短吊杆的桥型中，急需一种能够精确测定短吊杆索力的方法。通常将小于等于5米的吊杆称为短吊杆。

申请号201310573666.1公布了一种短吊杆拱桥短吊杆索力精确测试方法，需要对吊杆进行附加质量块前后两次振动频率测试。需要对吊杆增加两次质量块，质量块质量较大且为磁性铁块，不便现场操作。申请号201310156134.8公布了一种基于光学测量原理的短吊杆索力测量方法与装置。此装置安装复杂，现场检测时需要现场对温度进行标定，还需对吊杆销轴进行开孔，给现场测量带来不便。

发明内容

为了克服现有技术存在误差较大、安装复杂、使用不方便等问题，本发明提供一种基于磁致伸缩导波短吊杆索力测量装置，包括激励偏置磁化器、接收偏置磁化器、激励线圈、接收线圈、导波测量仪，其特征在于：

工作中，所述激励线圈和接收线圈同轴套装在待测短吊杆上，所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器结构相同，分别安装在待测短吊杆两端，分别与待测短吊杆形成磁闭合回路，提供饱和的轴向磁场；

所述的导波测量仪包括计算机、脉冲信号发生器、功率放大器、信号预处理器和A/D转换器，具有信号采集、计算、存储和显示功能；计算机控制所述脉冲信号发生器产生正弦周期信号，经功率放大器输出送至激励线圈；接收线圈与信号预处理器、A/D转换器和计算机依次串接，用于将接收的信号放大、A/D转换后送入计算机处理；

测量时，启动导波测量仪，给激励线圈馈电，在待测短吊杆进入稳定振动状态后停止馈电；以该激励方式在构件中激励导波，产生以构件轴向位移分量为主的振动(这里简称“纵向振动”)，该振动形式对应的固有频率称为“纵向固有频率”。导波测量仪对接收端信号进行监测，计算机取从停止激励到衰减为0时段的信号进行频谱分析，找出能量最大值对应的频率，得到纵向固有频率，查询预先绘制的“索力-纵向固有频率”对应关系曲线，得到短吊杆索力；

所述“索力-纵向固有频率”对应关系曲线是事先对相同规格短吊杆用不同的力进行加载，用轴力计测出索力值，并测出对应纵向固有频率，得到多对“索力-纵向固有频率”对应点，在同样试验条件下经多次试验数据平均和二次拟合而成。

进一步的，所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器均由两块永磁铁和一块衔铁组成，两块永磁铁沿着待测短吊杆轴线方向，吸附于待测短吊杆上，与衔铁和待测短吊杆形成磁闭合回路，以提供轴向磁场，磁场强度以使短吊杆达到饱和磁化状态为标准。

进一步的，所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器的数量以使短吊杆达到饱和磁化状态为准则，绕短吊杆径向均匀分布。

进一步的，所述信号预处理器用于对所述接收电信号进行放大、降噪。

进一步的，所述激励线圈和接收线圈是螺旋管线圈；所述激励偏置磁化器和接收偏置磁化器是电磁铁。

相应地，本发明提出一种短吊杆索力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)沿待测短吊杆轴线方向，设置与短吊杆轴向平行布置的激励偏置磁化器与接收偏置磁化器；激励偏置磁化器和接收偏置磁化器的数量以使短吊杆达到磁化饱和状态为原则；激励偏置磁化器和接收偏置磁化器的数量为多个时，环绕短吊杆径向均匀分布；

(2)在所述激励偏置磁化器与接收偏置磁化器与短吊杆表面之间，分别同轴套设激励线圈和接收线圈，它们中心截面与短吊杆轴向垂直；