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一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法及裝置,其方法包括以下步驟：1)在標(biāo)樣上施加軸力T0；2)將磁化器吸附在標(biāo)樣上；3)測(cè)量標(biāo)樣上的磁感應(yīng)強(qiáng)度的法向分量和軸向分量；4)計(jì)算并得到表征標(biāo)樣軸力的特征量1/k0；5)重復(fù)測(cè)量并計(jì)算得到不同軸力下表征標(biāo)樣軸力的一組特征量，繪制1/k-T標(biāo)定曲線(xiàn)；6)在與標(biāo)樣同類(lèi)型的被測(cè)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件上測(cè)量軸力特征量1/k，通過(guò)1/k-T標(biāo)定曲線(xiàn)獲得被測(cè)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件的軸力T。其裝置包括磁化器、霍爾元件、磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置和數(shù)據(jù)計(jì)算裝置。本發(fā)明采用磁化器來(lái)磁化鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件以進(jìn)行軸力檢測(cè)，因此，現(xiàn)場(chǎng)安裝檢測(cè)操作方便，可方便地實(shí)現(xiàn)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力的檢測(cè)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法及裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]雙頭螺桿、鋼絲繩、拉索等鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，其承載軸力檢測(cè)具有重要意義。以廣泛應(yīng)用于斜拉橋、懸索橋、摩天輪等大型結(jié)構(gòu)的鐵磁性纜索為例，作為關(guān)鍵承力部件之一，纜索的健康狀況直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的安全和使用壽命。然而，纜索在長(zhǎng)期高強(qiáng)度負(fù)荷作用下會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力松弛和應(yīng)力損失，其軸力隨之改變，這會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力的重新分布，進(jìn)而引發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)薄弱處的過(guò)載斷裂，造成重大安全事故，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失，并產(chǎn)生惡劣的社會(huì)影響。因此，必須采用有效方法對(duì)鐵磁性纜索軸力進(jìn)行檢測(cè)，以保證設(shè)備的安全運(yùn)營(yíng)。
[0003]目前纜索軸力檢測(cè)方法，從檢測(cè)原理出發(fā)可分為直接法和間接法。直接法是利用壓力表或壓力傳感器檢測(cè)纜索軸力，操作復(fù)雜，主要用于纜索張拉過(guò)程的軸力控制。間接法則是利用某種物理效應(yīng)或力學(xué)原理，檢測(cè)纜索軸力引起的某種物理參數(shù)的變化，進(jìn)而計(jì)算出纜索軸力，主要有振動(dòng)頻率法和電磁法等方法。
[0004]振動(dòng)頻率法是建立基于纜索力學(xué)參數(shù)的結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行模態(tài)分析，得到纜索軸力與纜索自振頻率的關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)測(cè)量自振頻率來(lái)檢測(cè)纜索軸力。該方法是目前應(yīng)用最廣泛的在役纜索軸力檢測(cè)方法之一；然而，由于在原理上實(shí)際邊界條件與理論假設(shè)存在差異，實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)纜索較短或纜索兩端有減震器存在時(shí)，振動(dòng)頻率法檢測(cè)結(jié)果有偏差；而且其檢測(cè)結(jié)果容易受纜索垂度等因素影響。
[0005]電磁法測(cè)力的物理基礎(chǔ)是外力作用下鐵磁性材料電磁特性發(fā)生變化的現(xiàn)象。然而，目前電磁方法均采用初級(jí)線(xiàn)圈提供隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)對(duì)纜索進(jìn)行勵(lì)磁，然后用次級(jí)線(xiàn)圈拾取纜索感生的磁感應(yīng)強(qiáng)度變化以檢測(cè)纜索軸力；采用線(xiàn)圈勵(lì)磁和接收信號(hào)不可避免地會(huì)遇到傳感器纏繞安裝困難和線(xiàn)圈發(fā)熱影響測(cè)量結(jié)果的問(wèn)題，這也是電磁方法檢測(cè)纜索軸力亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上不足或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法及裝置，該檢測(cè)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝檢測(cè)操作方便，該檢測(cè)方法可方便地實(shí)現(xiàn)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力的檢測(cè)。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力的檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0008]一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法，該方法包括以下步驟:
[0009]I)在作為標(biāo)樣的直徑為D的鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件上施加軸力Ttl ；
[0010]2)在標(biāo)樣上選擇一段長(zhǎng)度為W、受力狀況及材料特性恒定的區(qū)域，將磁化器吸附在該區(qū)域上，以在磁化器兩端形成沿標(biāo)樣軸向遞減分布的磁場(chǎng)；
[0011]3)在標(biāo)樣外表面沿其軸向的直線(xiàn)上布置多個(gè)霍爾元件，每個(gè)霍爾元件所在的位置為一測(cè)量點(diǎn)，使用霍爾元件測(cè)量在磁化器同一側(cè)的第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)處標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a,其中i = 1,2......η, η為布置在磁化器同一側(cè)的霍爾元件的個(gè)數(shù)，第i = I個(gè)測(cè)量點(diǎn)距離磁化器最遠(yuǎn)；
[0012]4)利用測(cè)得的各測(cè)量點(diǎn)處標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，擬合得到霍爾元件布置直線(xiàn)上各點(diǎn)標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量和軸向分量同該點(diǎn)與磁化器間距的關(guān)系曲線(xiàn)，關(guān)系曲線(xiàn)表達(dá)式分別為By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s為磁化器同一側(cè)的霍爾元件布置直線(xiàn)上各點(diǎn)與磁化器的間距；在霍爾元件布置直線(xiàn)上以等間距h取m個(gè)計(jì)算點(diǎn)，利用By_f = f\(s)和Bz_f = f2(s)計(jì)算霍爾元件布置直線(xiàn)上所取各計(jì)算點(diǎn)的標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_f和軸向分量BZi_f，i=1，2，…m，m為所取計(jì)算點(diǎn)的個(gè)數(shù)，直線(xiàn)上第i = I個(gè)計(jì)算點(diǎn)距離磁化器最遠(yuǎn)；
[0013]5)計(jì)算標(biāo)樣上在磁化器同一側(cè)的各計(jì)算點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度

【權(quán)利要求】
1.一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)在作為標(biāo)樣的直徑為D的鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(I)上施加軸力Ttl； 2)在標(biāo)樣上選擇一段長(zhǎng)度為W、受力狀況及材料特性恒定的區(qū)域，將磁化器(14)吸附在該區(qū)域上，以在磁化器(14)兩端形成沿標(biāo)樣軸向遞減分布的磁場(chǎng)； 3)在標(biāo)樣外表面沿其軸向的直線(xiàn)上布置多個(gè)霍爾元件(4)，每個(gè)霍爾元件(4)所在的位置為一測(cè)量點(diǎn)，使用霍爾元件(4)測(cè)量在磁化器(14)同一側(cè)的第i個(gè)測(cè)量點(diǎn)處標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，其中i = 1,2……η，η為布置在磁化器(14)同一側(cè)的霍爾元件(4)的個(gè)數(shù)，第i = I個(gè)測(cè)量點(diǎn)距離磁化器最遠(yuǎn)； 4)利用測(cè)得的各測(cè)量點(diǎn)處標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，擬合得到霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上各點(diǎn)標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量和軸向分量同該點(diǎn)與磁化器間距的關(guān)系曲線(xiàn)，關(guān)系曲線(xiàn)表達(dá)式分別為By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s為磁化器(14)同一側(cè)的霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上各點(diǎn)與磁化器(14)的間距；在霍爾元件⑷布置直線(xiàn)上以等間距h取m個(gè)計(jì)算點(diǎn),利用By_f = f1 (s)和Bz_f = f2(s)計(jì)算霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上所取各計(jì)算點(diǎn)的標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量Byi_f和軸向分量BZi_f，i =m為所取計(jì)算點(diǎn)的個(gè)數(shù),直線(xiàn)上第i = I個(gè)計(jì)算點(diǎn)距離磁化器最遠(yuǎn)； 5)計(jì)算標(biāo)樣上在磁化器(14)同一側(cè)的各計(jì)算點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度Affzj = —.Byi — f，其中 i = 1，2，...m ； 其中，Byi_f為霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上各計(jì)算點(diǎn)處的標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量，h為位于霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上兩計(jì)算點(diǎn)之間的間距，D為標(biāo)樣的直徑，m為所取計(jì)算點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 6)計(jì)算標(biāo)樣在磁化器(14)同一側(cè)的各計(jì)算點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度，.?= I，







i=\2,…m,其中m為所取計(jì)算點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 7)計(jì)算標(biāo)樣在磁化器(14)同一側(cè)的各計(jì)算點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度〃2= ~一，j = i =




Mo1,2, “.m ; 其中4。為真空磁導(dǎo)率3^_€為霍爾元件(4)布置直線(xiàn)上各計(jì)算點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度的軸向分量;m為所取計(jì)算點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 8)利用得到的Bzj和Hzj繪制Bz-Hz曲線(xiàn)，并在Bz-Hz曲線(xiàn)中得到點(diǎn)(BZl_f，HZl_f)和點(diǎn)(Bz2_f，Hz2_f)連線(xiàn)的斜率倒數(shù)值l/kQ ； 9)將步驟I)中的軸力Ttl分別調(diào)整為T(mén)1J2JpT4，根據(jù)霍爾元件(4)測(cè)得的標(biāo)樣表層空氣中的磁感應(yīng)強(qiáng)度法向分量和軸向分量，重復(fù)步驟3)?8)，分別獲得軸力1'1、1'2、1'3、1'4作用下的斜率倒數(shù)值1/Χ、1Λ2、1Λ3、1Λ4 ； 10)根據(jù)I；、T1,T2, T3, T4作用下測(cè)量計(jì)算得到的表征標(biāo)樣軸力的斜率倒數(shù)值1/\、1/1^、1Λ2、1Λ3、1Λ4，擬合得到與標(biāo)樣同類(lèi)型的鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件⑴軸力檢測(cè)用的l/k-T標(biāo)定曲線(xiàn)； 11)在與標(biāo)樣同類(lèi)型的被測(cè)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(I)上測(cè)得Bz-Hz曲線(xiàn)上點(diǎn)(BZl_f，HZl_f)和點(diǎn)(Bz2_f，Hz2_f)連線(xiàn)的斜率倒數(shù)值Ι/k，通過(guò)在標(biāo)樣上得到的l/k-T標(biāo)定曲線(xiàn)即可獲得被測(cè)鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(I)的軸力T。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法，其特征在于，h的取值范圍為I?3mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)方法，其特征在于，m的取值范圍為300?1000。
4.一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于，該裝置包括: 磁化器(14)； 基座(8)，固定安裝在所述磁化器(14)上； 多個(gè)霍爾元件(4)，固定安裝在所述的基座(8)上，所述多個(gè)霍爾元件(4)排列在一條與鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸線(xiàn)平行的直線(xiàn)上，該多個(gè)霍爾元件(4)分布在磁化器(14)同一側(cè)或左右對(duì)稱(chēng)分布在磁化器(14)的兩側(cè)，位于磁化器(14)同一側(cè)的相鄰兩個(gè)霍爾元件(4)間距相等； 多個(gè)插座(9)，每個(gè)插座(9)分別通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)(15)連接一霍爾元件(4)； 磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置(10)，其上連接有能插接到插座(9)上的插頭(16)，以接收各個(gè)霍爾元件(4)發(fā)出的信號(hào)； 數(shù)據(jù)計(jì)算裝置(11)，與所述磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置(10)相連接，用于接收磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量裝置(10)發(fā)出的信號(hào)，并計(jì)算作為標(biāo)樣的鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(I)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度，得到點(diǎn)(BZl_f，HZl_f)和點(diǎn)(Bz2_f，Hz2_f)連線(xiàn)的斜率倒數(shù)值斜率倒數(shù)值1/k，獲取斜率倒數(shù)值Ι/k與軸力T關(guān)系的l/k-T標(biāo)定曲線(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)與標(biāo)樣同類(lèi)型的鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件(I)的軸力T的測(cè)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:所述磁化器(14)為永磁磁化器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:所述磁化器(14)包括兩個(gè)永磁鐵(2)，該兩個(gè)永磁鐵(2) —起承接有一銜鐵(3)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:位于磁化器(14)同一側(cè)的相鄰兩個(gè)霍爾元件⑷的間距為5?20mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:位于磁化器(14)同一側(cè)的霍爾元件⑷的數(shù)量為5?20個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:所述基座(8)在對(duì)應(yīng)于霍爾元件(4)的位置設(shè)置有走線(xiàn)孔，所述導(dǎo)線(xiàn)(15)位于走線(xiàn)孔內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種鐵磁性細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件軸力檢測(cè)裝置，其特征在于:所述霍爾元件(4)通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂固定在基座(8)上。
【文檔編號(hào)】G01L1/12GK104165714SQ201410384380
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】武新軍, 鄧東閣 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)