一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法及裝置,其方法包括以下步驟：1)在標樣上施加軸力T0；2)將磁化器吸附在標樣上；3)測量標樣上的磁感應強度的法向分量和軸向分量；4)計算并得到表征標樣軸力的特征量1/k0；5)重復測量并計算得到不同軸力下表征標樣軸力的一組特征量，繪制1/k-T標定曲線；6)在與標樣同類型的被測鐵磁性細長構件上測量軸力特征量1/k，通過1/k-T標定曲線獲得被測鐵磁性細長構件的軸力T。其裝置包括磁化器、霍爾元件、磁感應強度測量裝置和數據計算裝置。本發明采用磁化器來磁化鐵磁性細長構件以進行軸力檢測，因此，現場安裝檢測操作方便，可方便地實現鐵磁性細長構件軸力的檢測。
【專利說明】一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于無損檢測裝置領域，更具體地，涉及一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法及裝置。
【背景技術】
[0002]雙頭螺桿、鋼絲繩、拉索等鐵磁性細長構件廣泛應用于工業生產和基礎設施建設，其承載軸力檢測具有重要意義。以廣泛應用于斜拉橋、懸索橋、摩天輪等大型結構的鐵磁性纜索為例，作為關鍵承力部件之一，纜索的健康狀況直接關系到整體結構的安全和使用壽命。然而，纜索在長期高強度負荷作用下會產生應力松弛和應力損失，其軸力隨之改變，這會導致整個結構內應力的重新分布，進而引發結構設計薄弱處的過載斷裂，造成重大安全事故，給國民經濟造成嚴重損失，并產生惡劣的社會影響。因此，必須采用有效方法對鐵磁性纜索軸力進行檢測，以保證設備的安全運營。
[0003]目前纜索軸力檢測方法，從檢測原理出發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纜索軸力，操作復雜，主要用于纜索張拉過程的軸力控制。間接法則是利用某種物理效應或力學原理，檢測纜索軸力引起的某種物理參數的變化，進而計算出纜索軸力，主要有振動頻率法和電磁法等方法。
[0004]振動頻率法是建立基于纜索力學參數的結構模型，并進行模態分析，得到纜索軸力與纜索自振頻率的關系，進而通過測量自振頻率來檢測纜索軸力。該方法是目前應用最廣泛的在役纜索軸力檢測方法之一；然而，由于在原理上實際邊界條件與理論假設存在差異，實際應用中，當纜索較短或纜索兩端有減震器存在時，振動頻率法檢測結果有偏差；而且其檢測結果容易受纜索垂度等因素影響。
[0005]電磁法測力的物理基礎是外力作用下鐵磁性材料電磁特性發生變化的現象。然而，目前電磁方法均采用初級線圈提供隨時間變化的磁場對纜索進行勵磁，然后用次級線圈拾取纜索感生的磁感應強度變化以檢測纜索軸力；采用線圈勵磁和接收信號不可避免地會遇到傳感器纏繞安裝困難和線圈發熱影響測量結果的問題，這也是電磁方法檢測纜索軸力亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]針對現有技術的以上不足或改進需求，本發明提供了一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法及裝置，該檢測裝置現場安裝檢測操作方便，該檢測方法可方便地實現鐵磁性細長構件軸力的檢測。
[0007]為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種鐵磁性細長構件軸力的檢測方法，包括以下步驟:
[0008]一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法，該方法包括以下步驟:
[0009]I)在作為標樣的直徑為D的鐵磁性細長構件上施加軸力Ttl ；
[0010]2)在標樣上選擇一段長度為W、受力狀況及材料特性恒定的區域，將磁化器吸附在該區域上，以在磁化器兩端形成沿標樣軸向遞減分布的磁場；
[0011]3)在標樣外表面沿其軸向的直線上布置多個霍爾元件，每個霍爾元件所在的位置為一測量點，使用霍爾元件測量在磁化器同一側的第i個測量點處標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量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的霍爾元件的個數，第i = I個測量點距離磁化器最遠；
[0012]4)利用測得的各測量點處標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，擬合得到霍爾元件布置直線上各點標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量和軸向分量同該點與磁化器間距的關系曲線，關系曲線表達式分別為By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s為磁化器同一側的霍爾元件布置直線上各點與磁化器的間距；在霍爾元件布置直線上以等間距h取m個計算點，利用By_f = f\(s)和Bz_f = f2(s)計算霍爾元件布置直線上所取各計算點的標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量Byi_f和軸向分量BZi_f，i=1，2，…m，m為所取計算點的個數，直線上第i = I個計算點距離磁化器最遠；
[0013]5)計算標樣上在磁化器同一側的各計算點處的磁感應強度梯度
【權利要求】
1.一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)在作為標樣的直徑為D的鐵磁性細長構件(I)上施加軸力Ttl； 2)在標樣上選擇一段長度為W、受力狀況及材料特性恒定的區域，將磁化器(14)吸附在該區域上，以在磁化器(14)兩端形成沿標樣軸向遞減分布的磁場； 3)在標樣外表面沿其軸向的直線上布置多個霍爾元件(4)，每個霍爾元件(4)所在的位置為一測量點，使用霍爾元件(4)測量在磁化器(14)同一側的第i個測量點處標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，其中i = 1,2……η，η為布置在磁化器(14)同一側的霍爾元件(4)的個數，第i = I個測量點距離磁化器最遠； 4)利用測得的各測量點處標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量Byi_a和軸向分量BZi_a，擬合得到霍爾元件(4)布置直線上各點標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量和軸向分量同該點與磁化器間距的關系曲線，關系曲線表達式分別為By_f = f\(s)和Bz_f =f2(s),其中s為磁化器(14)同一側的霍爾元件(4)布置直線上各點與磁化器(14)的間距；在霍爾元件⑷布置直線上以等間距h取m個計算點,利用By_f = f1 (s)和Bz_f = f2(s)計算霍爾元件(4)布置直線上所取各計算點的標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量Byi_f和軸向分量BZi_f，i =m為所取計算點的個數,直線上第i = I個計算點距離磁化器最遠； 5)計算標樣上在磁化器(14)同一側的各計算點處的磁感應強度梯度Affzj = —.Byi — f，其中 i = 1，2，...m ； 其中，Byi_f為霍爾元件(4)布置直線上各計算點處的標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量，h為位于霍爾元件(4)布置直線上兩計算點之間的間距，D為標樣的直徑，m為所取計算點的個數； 6)計算標樣在磁化器(14)同一側的各計算點處的磁感應強度，.?= I，
i=\2,…m,其中m為所取計算點的個數； 7)計算標樣在磁化器(14)同一側的各計算點處的磁場強度〃2= ~一，j = i =
Mo1,2, “.m ; 其中4。為真空磁導率3^_€為霍爾元件(4)布置直線上各計算點處的磁感應強度的軸向分量;m為所取計算點的個數； 8)利用得到的Bzj和Hzj繪制Bz-Hz曲線，并在Bz-Hz曲線中得到點(BZl_f，HZl_f)和點(Bz2_f，Hz2_f)連線的斜率倒數值l/kQ ； 9)將步驟I)中的軸力Ttl分別調整為T1J2JpT4，根據霍爾元件(4)測得的標樣表層空氣中的磁感應強度法向分量和軸向分量，重復步驟3)?8)，分別獲得軸力1'1、1'2、1'3、1'4作用下的斜率倒數值1/Χ、1Λ2、1Λ3、1Λ4 ； 10)根據I；、T1,T2, T3, T4作用下測量計算得到的表征標樣軸力的斜率倒數值1/\、1/1^、1Λ2、1Λ3、1Λ4，擬合得到與標樣同類型的鐵磁性細長構件⑴軸力檢測用的l/k-T標定曲線； 11)在與標樣同類型的被測鐵磁性細長構件(I)上測得Bz-Hz曲線上點(BZl_f，HZl_f)和點(Bz2_f，Hz2_f)連線的斜率倒數值Ι/k，通過在標樣上得到的l/k-T標定曲線即可獲得被測鐵磁性細長構件(I)的軸力T。
2.根據權利要求1所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法，其特征在于，h的取值范圍為I?3mm。
3.根據權利要求1所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測方法，其特征在于，m的取值范圍為300?1000。
4.一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，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； 多個霍爾元件(4)，固定安裝在所述的基座(8)上，所述多個霍爾元件(4)排列在一條與鐵磁性細長構件軸線平行的直線上，該多個霍爾元件(4)分布在磁化器(14)同一側或左右對稱分布在磁化器(14)的兩側，位于磁化器(14)同一側的相鄰兩個霍爾元件(4)間距相等； 多個插座(9)，每個插座(9)分別通過導線(15)連接一霍爾元件(4)； 磁感應強度測量裝置(10)，其上連接有能插接到插座(9)上的插頭(16)，以接收各個霍爾元件(4)發出的信號； 數據計算裝置(11)，與所述磁感應強度測量裝置(10)相連接，用于接收磁感應強度測量裝置(10)發出的信號，并計算作為標樣的鐵磁性細長構件(I)上的磁場強度與磁感應強度，得到點(BZl_f，HZl_f)和點(Bz2_f，Hz2_f)連線的斜率倒數值斜率倒數值1/k，獲取斜率倒數值Ι/k與軸力T關系的l/k-T標定曲線，從而實現對與標樣同類型的鐵磁性細長構件(I)的軸力T的測量。
5.根據權利要求4所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:所述磁化器(14)為永磁磁化器。
6.根據權利要求5所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:所述磁化器(14)包括兩個永磁鐵(2)，該兩個永磁鐵(2) —起承接有一銜鐵(3)。
7.根據權利要求4所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:位于磁化器(14)同一側的相鄰兩個霍爾元件⑷的間距為5?20mm。
8.根據權利要求4所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:位于磁化器(14)同一側的霍爾元件⑷的數量為5?20個。
9.根據權利要求4所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:所述基座(8)在對應于霍爾元件(4)的位置設置有走線孔，所述導線(15)位于走線孔內。
10.根據權利要求4所述的一種鐵磁性細長構件軸力檢測裝置，其特征在于:所述霍爾元件(4)通過環氧樹脂固定在基座(8)上。
【文檔編號】G01L1/12GK104165714SQ201410384380
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月6日 優先權日:2014年8月6日
【發明者】武新軍, 鄧東閣 申請人:華中科技大學
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