拉索索力远程实时测量技术研究

介绍了频率法测定拉索索力的原理,完成了硬件和软件设计.工程实际应用表明频率法测定索力结果可靠,简便实用.     

应用拉索频率方程修正数值解的索力识别方法

精确测量拉索索力是进行斜拉桥健康监测和工作状态评估的关键。在不考虑垂度、刚度、边界条件等因素的影响的条件下应用振动频率显式公式法识别实际工程中的拉索索力,会造成相当程度的误差。首先,通过对考虑上述条件时的隐式拉索频率方程零根的数值求解,给出了索力和频率的间接计算方法;其次,通过数值仿真,研究了该方法对索振动频率和索力识别误差的规律;最后,在此基础上建立了进一步的经验误差修正公式。实例研究表明,与其他显式公式方法相比,基于频率方程数值解的方法显著提高了识别精度,在此基础上进行的经验误差修正,可进一步大幅提高索力索频的识别精度;与有限元模型修正法相比,建议的方法计算耗时更小。     

基于锚固区外置光纤光栅传感器的FAST工程拉索索力监测研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)工程是我国重大科学工程。索网作为反射面的主要支承结构以及角度调整机构,其索力的实时有效监测对该工程的安全评估与维护起重要作用。提出在拉索的锚杯外壁耦合光纤光栅(Fiber Bragg grating,FBG)传感器测量应变值换算索力的方法。详细理论分析了拉索锚杯的轴向应力应变分布规律,推导出其与拉索索力的关系式;据此选择采用量程为1500με的光纤应变计,沿轴向安装于锚杯内孔大端附近的外壁;并采取了专用安装底座和保护外壳将补偿的温度传感器与应变传感器进行一体固定保护,确保了传感器的安全耐用及温度一体性。该工程的316根拉索索力监测使用了FBG传感器,索网安装完毕后均存活有效。在索网调节期间,将B区边缘索FBG传感器所测数据与辅助调索的测力传感器的进行比较,相对误差在5%以内,满足工程需求。     

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.     

斜拉索索力测试及评价方法研究

斜拉桥是利用斜拉索把桥跨结构的恒载和承受的活载传递到塔柱上,斜拉索索力的大小对整个桥梁结构受力的合理性和主梁线形起着决定性的作用,因此对斜拉索的索力进行测试及评价对斜拉桥的安全运营十分必要。基于两端张紧弦模型,明确了基于频率法测试斜拉索索力的基本原理及过程。基于测试到的索力数据,提出了一种采用灰色关联度方法对全桥索力进行评价的方法。最后以一座斜拉桥的索力测试为工程依托,验证了方法的可行性和有效性。     

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.     

旁路励磁的钢缆索索力传感器

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器.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,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关.在外力缓慢变化的情况下,可通过求感应积分电压得到外力.从激励磁化方式、参考工作点的选取、传感器的尺寸设计原则等3个方面做了讨论,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了拉力模拟实验,实验结果表明,旁路励磁的传感器测量灵敏度达到1.6 mV/kN,磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量.     

基于磁弹效应的索桥索力在线测试方法研究

针对大型索桥索力在线监测问题，介绍基于磁弹效应的索力在线测试方法，阐述它的测量原理，分析其磁路结构、磁化强度和温度对测量结果的影响，搭建相应的实验系统，实验确定最佳磁化强度和温度影响曲线，最后进行拉力模拟实验，实验表明，该索力测试方法是可行的，测量的重复性精度优于0．2％。     

电子式直流电度表用霍尔元件功率传感器

主要叙述了该传感器的工作原理、结构设计及制造工艺;传感器的性能和测试方法等。图6,参9。     

旁路励磁的钢缆索索力传感器磁路分析

基于钢缆索逆磁致伸缩索力测量原理,讨论了一种旁路励磁的索力传感器。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,传感器输出与外力信号本身的变化、感应线圈的匝数、材料截面积、外激励磁化场及该磁场下的材料磁导率有关。在外力是缓慢变化情况下,可通过求感应积分电压得到外力;从激励磁化方式、参考工作点的选取,传感器的尺寸设计原则等三个方面做了讨论,确定传感器的参数。最后,利用万能拉力机对该种结构的传感器做了拉力模拟实验,实验结果表明旁路励磁的传感器磁路分析与参数设计比较合理,可用于钢缆索的索力测量。