基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行.     

旁路励磁的钢缆索索力传感器参数设计与实验

建立钢缆索索力传感理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系;提出一种改进的旁路励磁索力传感器,用磁导分析法对磁路做了详细的推导,结果表明可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受的外力;在缓变力情况下,传感器灵敏度与感应线圈的匝数、外激励磁化场及该磁化场下的材料磁导率有关.重点从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计等三方面做了讨论,确定了传感器的参数.最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做丫拉力模拟实验,传感器最大重复性误差为0.27%,实验结果与理论基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行,对传感器的磁路计算、参数设计合理,可用于钢缆索的索力测量.     

基于DSP的光纤法珀应变仪数据处理软件设计

针对基于DSP的一体化光纤法珀应变仪,在已有的硬件平台和数据采集的基础上,讨论了一体化光纤应变仪的工作原理,对传感器实际输出信号做数据处理的方法进行深入探讨并完成了软件设计,最后做了等强度梁的连续加载实验。实验结果表明,应变随加载外力的变化曲线线性度较好,验证了该数据处理方法及软件设计技术的可行性。     

基于FFT和数字滤波的信号处理软件实现

从快速傅立叶变换(FFT)和数字滤波的原理出发,完成一套基于FFT和数字滤波的信号处理软件的需求分析和详细设计.可分为四个主模块:信号来源模块、滤波处理模块、FFT模块和序列基础运算模块.在给出详细流程图的基础上,选用VC 6.0开发出信号处理软件.经过测试和实例分析表明,软件功能比较实用,可初步用于实际工作中的信号分析与处理.     

基于DSP的光纤法珀应变仪数据采集技术研究

光纤法珀应变传感是20世纪80年代末发展起来的一种新型应变测量技术。相应的应变测量仪逐渐成为国内外研究的热点。针对现有的应变测量仪，提出了基于DSP的一体化光纤法珀应变仪的思路，对VC33与应变测量仪之间的数据采集进行了探讨，重点介绍了VC33与应变测量仪之间数据采集的硬件和软件设计，并做了采集验证实验。实验结果与理论上传感器的输出结果基本一致，验证了该采集技术的可行性，为后面的数据处理及实现一体化打下了良好的基础。     

基于逆磁致伸缩的索力传感器磁路分析与参数设计

基于逆磁致伸缩效应的索力测量原理,提出一种左右对称激励的旁路式磁路结构,感应检测线圈绕在旁路的轭铁上,通过测量感应电压反映拉力所引起的磁参量的变化,从而求得拉力.对传感器的激励励磁方式、外磁化强度、磁路结构等进行了深入的讨论,针对磁路结构用磁导分析法做了严格的推导,完成传感器的参数设计.通过搭建相应的实验系统,对所设计的传感器做了初步的原理性拉力实验.实验结果表明:该传感器的磁路结构是可行的,测量的重复性较好,小于0.2%.     

钢缆索索力磁性传感理论模型与实验研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索的索力传感理论模型,深入讨论了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的相互耦合关系.通过对缆索材料磁导率进行泰勒级数展开,得到磁感应强度,加载外力与激励磁场之间的关系.在此基础上,分析了当分别采取稳恒磁场激励和交流磁场激励下,磁感应强度随加载外力的变化情况,并做了仿真.结果表明:不论是稳恒磁场激励,还是交流磁场激励,磁感应强度都随加载外力的增大而变大.针对所设计的环式索力传感器,完成了索力测量原理推导,通过输出感应积分电压可求得索力,并且在只考虑一阶泰勒展开系数时,输出积分电压与索力成线性关系.最后搭建实验系统,通过万能拉力机完成了传感器的外力加载实验.结果表明:传感器灵敏度能达到1.69 mV/kN,最大重复性误差为0.286%,也表明所建立的理论模型是合理的.     

基于磁弹效应的索力传感器原理与实验研究

从逆磁致伸缩原理出发,推导出材料的磁导率与材料所受外力,外磁化强度及材料的温度有关.在此基础上,推出了磁导率与索力的基本关系式.讨论了一种双套筒结构的索力传感器,包含激励线圈,感应线圈.选用脉冲式的恒定电流激励,测量感应线圈上感应电压的变化来反映拉力的情况.并对磁导率的工作点选取方法做了重点讨论,同时也做了温度补偿.最后,利用万能拉力机做了传感器的拉力实验.结果表明,该索力传感器结构简单,测量重复性好,可用于桥梁等大型结构的索力测量.