[发明专利]一种基于自感式原理的单级线圈索力传感器及其测试方法

摘要

本发明提供了一种基于自感式原理的单级线圈索力传感器及其测试方法，属于结构健康监测技术领域。包括一根导磁钢缆索试件、一个用于索力测量的单级线圈索力传感器以及缠绕传感器所需的线圈骨架、加载装置、试件固定夹持装置、产生自感线圈传感器激励信号的发生电路、以及信号处理所需的放大、滤波、有效值和数模转换等各个信号分析处理电路；将钢缆索试件磁导率变化量作为中间量，建立起索力值和自感量变化量之间的线性关系，从而测量出索力值。本发明的效果和益处是解决了传统磁通量索力传感器线圈多，体积大，抗干扰能力低等不足，具有制作工艺简单，体积小，提高传感器的信噪比等优点。

主权项

1.一种基于自感式原理的单级线圈索力传感器，其特征在于，该单级线圈索力传感器将传统磁通量索力传感器中的激励线圈和感应线圈一体化，该单级线圈索力传感器的测力系统包括激励电路、单级线圈索力传感器、前置放大电路、带通滤波器、有效值电路和数模转换器，上述各模块部件依次连接；将单级线圈索力传感器缠绕到与待测钢缆索试件尺寸相匹配的线圈骨架上，线圈骨架套入待测钢缆索试件中，通过泡沫剂填充；将由线圈骨架支撑的单级线圈索力传感器置于加载系统中，加载系统包括加载装置、加载固定件和试件夹持头，其中试件夹持头和加载固定件利用螺栓连接；与待测钢缆索尺寸相匹配的线圈骨架内径大于1mm；将单级线圈等间隔缠绕在线圈骨架的凹槽内；一种基于自感式原理的单级线圈索力传感器的测力方法,步骤如下：(1)单级线圈索力传感器两端信号经过放大、滤波、有效值和数模转换电路进行分析处理，得到的直流电压信号变化量和单级线圈索力传感器两端的电压幅值变化量|ΔU_L|成线性关系；(2)由公式(8)可知，单级线圈索力传感器两端电压幅值变化量|ΔU_L|和自感量变化量|ΔL|成线性关系；(3)根据自感线圈在交流信号作用下产生感应电动势以及欧姆定律得到：由公式(4)(5)(6)μ′＞＞μ″可知，自感量变化量|ΔL|和待测试件磁导率变化量|Δμ|成线性关系；(4)由焦耳效应可知，在钢缆索的弹性范围内磁导率变化量|Δμ|和索力F成线性关系；(5)建立之间的线性关系，最终利用直流电压信号变化量测量索力F。