一种铁磁性细长构件轴力检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种铁磁性细长构件轴力检测方法及装置,其方法包括以下步骤：1)在标样上施加轴力T0；2)将磁化器吸附在标样上；3)测量标样上的磁感应强度的法向分量和轴向分量；4)计算并得到表征标样轴力的特征量1/k0；5)重复测量并计算得到不同轴力下表征标样轴力的一组特征量，绘制1/k-T标定曲线；6)在与标样同类型的被测铁磁性细长构件上测量轴力特征量1/k，通过1/k-T标定曲线获得被测铁磁性细长构件的轴力T。其装置包括磁化器、霍尔元件、磁感应强度测量装置和数据计算装置。本发明采用磁化器来磁化铁磁性细长构件以进行轴力检测，因此，现场安装检测操作方便，可方便地实现铁磁性细长构件轴力的检测。
【专利说明】一种铁磁性细长构件轴力检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于无损检测装置领域，更具体地，涉及一种铁磁性细长构件轴力检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]双头螺杆、钢丝绳、拉索等铁磁性细长构件广泛应用于工业生产和基础设施建设，其承载轴力检测具有重要意义。以广泛应用于斜拉桥、悬索桥、摩天轮等大型结构的铁磁性缆索为例，作为关键承力部件之一，缆索的健康状况直接关系到整体结构的安全和使用寿命。然而，缆索在长期高强度负荷作用下会产生应力松弛和应力损失，其轴力随之改变，这会导致整个结构内应力的重新分布，进而引发结构设计薄弱处的过载断裂，造成重大安全事故，给国民经济造成严重损失，并产生恶劣的社会影响。因此，必须采用有效方法对铁磁性缆索轴力进行检测，以保证设备的安全运营。
[0003]目前缆索轴力检测方法，从检测原理出发可分为直接法和间接法。直接法是利用压力表或压力传感器检测缆索轴力，操作复杂，主要用于缆索张拉过程的轴力控制。间接法则是利用某种物理效应或力学原理，检测缆索轴力引起的某种物理参数的变化，进而计算出缆索轴力，主要有振动频率法和电磁法等方法。
[0004]振动频率法是建立基于缆索力学参数的结构模型，并进行模态分析，得到缆索轴力与缆索自振频率的关系，进而通过测量自振频率来检测缆索轴力。该方法是目前应用最广泛的在役缆索轴力检测方法之一；然而，由于在原理上实际边界条件与理论假设存在差异，实际应用中，当缆索较短或缆索两端有减震器存在时，振动频率法检测结果有偏差；而且其检测结果容易受缆索垂度等因素影响。
[0005]电磁法测力的物理基础是外力作用下铁磁性材料电磁特性发生变化的现象。然而，目前电磁方法均采用初级线圈提供随时间变化的磁场对缆索进行励磁，然后用次级线圈拾取缆索感生的磁感应强度变化以检测缆索轴力；采用线圈励磁和接收信号不可避免地会遇到传感器缠绕安装困难和线圈发热影响测量结果的问题，这也是电磁方法检测缆索轴力亟待解决的问题。
【发明内容】
[0006]针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种铁磁性细长构件轴力检测方法及装置，该检测装置现场安装检测操作方便，该检测方法可方便地实现铁磁性细长构件轴力的检测。
[0007]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种铁磁性细长构件轴力的检测方法，包括以下步骤:
[0008]一种铁磁性细长构件轴力检测方法，该方法包括以下步骤:
[0009]I)在作为标样的直径为D的铁磁性细长构件上施加轴力Ttl ；
[0010]2)在标样上选择一段长度为W、受力状况及材料特性恒定的区域，将磁化器吸附在该区域上，以在磁化器两端形成沿标样轴向递减分布的磁场；
[0011]3)在标样外表面沿其轴向的直线上布置多个霍尔元件，每个霍尔元件所在的位置为一测量点，使用霍尔元件测量在磁化器同一侧的第i个测量点处标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_a和轴向分量BZi_a,其中i = 1,2......η, η为布置在磁化器同一侧的霍尔元件的个数，第i = I个测量点距离磁化器最远；
[0012]4)利用测得的各测量点处标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_a和轴向分量BZi_a，拟合得到霍尔元件布置直线上各点标样表层空气中的磁感应强度法向分量和轴向分量同该点与磁化器间距的关系曲线，关系曲线表达式分别为By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s为磁化器同一侧的霍尔元件布置直线上各点与磁化器的间距；在霍尔元件布置直线上以等间距h取m个计算点，利用By_f = f\(s)和Bz_f = f2(s)计算霍尔元件布置直线上所取各计算点的标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_f和轴向分量BZi_f，i=1，2，…m，m为所取计算点的个数，直线上第i = I个计算点距离磁化器最远；
[0013]5)计算标样上在磁化器同一侧的各计算点处的磁感应强度梯度
【权利要求】
1.一种铁磁性细长构件轴力检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 1)在作为标样的直径为D的铁磁性细长构件(I)上施加轴力Ttl； 2)在标样上选择一段长度为W、受力状况及材料特性恒定的区域，将磁化器(14)吸附在该区域上，以在磁化器(14)两端形成沿标样轴向递减分布的磁场； 3)在标样外表面沿其轴向的直线上布置多个霍尔元件(4)，每个霍尔元件(4)所在的位置为一测量点，使用霍尔元件(4)测量在磁化器(14)同一侧的第i个测量点处标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_a和轴向分量BZi_a，其中i = 1,2……η，η为布置在磁化器(14)同一侧的霍尔元件(4)的个数，第i = I个测量点距离磁化器最远； 4)利用测得的各测量点处标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_a和轴向分量BZi_a，拟合得到霍尔元件(4)布置直线上各点标样表层空气中的磁感应强度法向分量和轴向分量同该点与磁化器间距的关系曲线，关系曲线表达式分别为By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s为磁化器(14)同一侧的霍尔元件(4)布置直线上各点与磁化器(14)的间距；在霍尔元件⑷布置直线上以等间距h取m个计算点,利用By_f = f1 (s)和Bz_f = f2(s)计算霍尔元件(4)布置直线上所取各计算点的标样表层空气中的磁感应强度法向分量Byi_f和轴向分量BZi_f，i =m为所取计算点的个数,直线上第i = I个计算点距离磁化器最远； 5)计算标样上在磁化器(14)同一侧的各计算点处的磁感应强度梯度Affzj = —.Byi — f，其中 i = 1，2，...m ； 其中，Byi_f为霍尔元件(4)布置直线上各计算点处的标样表层空气中的磁感应强度法向分量，h为位于霍尔元件(4)布置直线上两计算点之间的间距，D为标样的直径，m为所取计算点的个数； 6)计算标样在磁化器(14)同一侧的各计算点处的磁感应强度，.?= I，
i=\2,…m,其中m为所取计算点的个数； 7)计算标样在磁化器(14)同一侧的各计算点处的磁场强度〃2= ~一，j = i =
Mo1,2, “.m ; 其中4。为真空磁导率3^_€为霍尔元件(4)布置直线上各计算点处的磁感应强度的轴向分量;m为所取计算点的个数； 8)利用得到的Bzj和Hzj绘制Bz-Hz曲线，并在Bz-Hz曲线中得到点(BZl_f，HZl_f)和点(Bz2_f，Hz2_f)连线的斜率倒数值l/kQ ； 9)将步骤I)中的轴力Ttl分别调整为T1J2JpT4，根据霍尔元件(4)测得的标样表层空气中的磁感应强度法向分量和轴向分量，重复步骤3)?8)，分别获得轴力1'1、1'2、1'3、1'4作用下的斜率倒数值1/Χ、1Λ2、1Λ3、1Λ4 ； 10)根据I；、T1,T2, T3, T4作用下测量计算得到的表征标样轴力的斜率倒数值1/\、1/1^、1Λ2、1Λ3、1Λ4，拟合得到与标样同类型的铁磁性细长构件⑴轴力检测用的l/k-T标定曲线； 11)在与标样同类型的被测铁磁性细长构件(I)上测得Bz-Hz曲线上点(BZl_f，HZl_f)和点(Bz2_f，Hz2_f)连线的斜率倒数值Ι/k，通过在标样上得到的l/k-T标定曲线即可获得被测铁磁性细长构件(I)的轴力T。
2.根据权利要求1所述的一种铁磁性细长构件轴力检测方法，其特征在于，h的取值范围为I?3mm。
3.根据权利要求1所述的一种铁磁性细长构件轴力检测方法，其特征在于，m的取值范围为300?1000。
4.一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于，该装置包括: 磁化器(14)； 基座(8)，固定安装在所述磁化器(14)上； 多个霍尔元件(4)，固定安装在所述的基座(8)上，所述多个霍尔元件(4)排列在一条与铁磁性细长构件轴线平行的直线上，该多个霍尔元件(4)分布在磁化器(14)同一侧或左右对称分布在磁化器(14)的两侧，位于磁化器(14)同一侧的相邻两个霍尔元件(4)间距相等； 多个插座(9)，每个插座(9)分别通过导线(15)连接一霍尔元件(4)； 磁感应强度测量装置(10)，其上连接有能插接到插座(9)上的插头(16)，以接收各个霍尔元件(4)发出的信号； 数据计算装置(11)，与所述磁感应强度测量装置(10)相连接，用于接收磁感应强度测量装置(10)发出的信号，并计算作为标样的铁磁性细长构件(I)上的磁场强度与磁感应强度，得到点(BZl_f，HZl_f)和点(Bz2_f，Hz2_f)连线的斜率倒数值斜率倒数值1/k，获取斜率倒数值Ι/k与轴力T关系的l/k-T标定曲线，从而实现对与标样同类型的铁磁性细长构件(I)的轴力T的测量。
5.根据权利要求4所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:所述磁化器(14)为永磁磁化器。
6.根据权利要求5所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:所述磁化器(14)包括两个永磁铁(2)，该两个永磁铁(2) —起承接有一衔铁(3)。
7.根据权利要求4所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:位于磁化器(14)同一侧的相邻两个霍尔元件⑷的间距为5?20mm。
8.根据权利要求4所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:位于磁化器(14)同一侧的霍尔元件⑷的数量为5?20个。
9.根据权利要求4所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:所述基座(8)在对应于霍尔元件(4)的位置设置有走线孔，所述导线(15)位于走线孔内。
10.根据权利要求4所述的一种铁磁性细长构件轴力检测装置，其特征在于:所述霍尔元件(4)通过环氧树脂固定在基座(8)上。
【文档编号】G01L1/12GK104165714SQ201410384380
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】武新军, 邓东阁 申请人:华中科技大学