基于磁彈效應(yīng)的鋼纜索索力在線監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)探索.pdf

1、鋼纜索由于具有柔性大、強(qiáng)度高和頻率低等突出優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用在大跨度橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)與牽引機(jī)械等領(lǐng)域。在線監(jiān)測(cè)纜索應(yīng)力，動(dòng)態(tài)掌握應(yīng)力的變化規(guī)律，是保證鋼纜索結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行的重要手段。作為鋼纜索結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)評(píng)估的重要指標(biāo)----索力的在線監(jiān)測(cè)是公認(rèn)的世界級(jí)難題，傳統(tǒng)的壓力傳感器和振動(dòng)法都有其固有的缺點(diǎn)，難以滿足纜索應(yīng)力的在線檢測(cè)要求?；诖艔椥?yīng)的索力測(cè)試技術(shù)由于具有測(cè)量精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、使用壽命長(zhǎng)，能全天候檢測(cè)等突出優(yōu)點(diǎn)，已成為國(guó)外研

2、究的熱點(diǎn)，目前已經(jīng)有用于現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際例子，但沒(méi)有很好的解決現(xiàn)場(chǎng)安裝和溫度補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵難題，且受知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)保密的限制。但是，該方法的理論體系并未成熟，許多關(guān)鍵技術(shù)還未解決，在沒(méi)有任何技術(shù)資料可參考的情況下，探索磁彈效應(yīng)法監(jiān)測(cè)索力過(guò)程中的理論模型、磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及磁場(chǎng)強(qiáng)度的選取、溫度補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。 本文在綜述國(guó)內(nèi)外索力測(cè)試的各種方法的基礎(chǔ)上，提出了基于磁彈效應(yīng)的差動(dòng)式單旁路勵(lì)磁磁路結(jié)構(gòu)的索力傳感器，進(jìn)行了

3、勵(lì)磁電路與磁路設(shè)計(jì)，搭建了試驗(yàn)平臺(tái)，系統(tǒng)地做了拉力和溫度實(shí)驗(yàn)。具體的研究?jī)?nèi)容如下： ①通過(guò)分析鋼纜索索力測(cè)試方法的研究現(xiàn)狀，指出了目前索力測(cè)試方法存在的問(wèn)題，提出了本論文的研究工作要點(diǎn)。 ②對(duì)磁彈效應(yīng)法監(jiān)測(cè)索力的原理進(jìn)行了研究，從磁疇結(jié)構(gòu)的能量入手，利用能量守恒定律和熱力學(xué)平衡條件對(duì)磁彈效應(yīng)的模型進(jìn)行了建立，并進(jìn)行數(shù)值分析。 ③設(shè)計(jì)了兩種勵(lì)磁電路和四種不同結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁磁路，針對(duì)磁路結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中存在安裝和維護(hù)特別

4、困難等突出缺點(diǎn)，提出了旁路勵(lì)磁的磁路結(jié)構(gòu)，在鋼纜索磁化特性曲線未知的情況下，提出了勵(lì)磁磁路的最優(yōu)磁場(chǎng)強(qiáng)度選取原理和磁路設(shè)計(jì)方法。 ④全面系統(tǒng)地探索了溫度對(duì)磁彈效應(yīng)的影響機(jī)理，在溫度補(bǔ)償曲線法很難達(dá)到在線監(jiān)測(cè)要求的情況下，提出了差動(dòng)式溫度自動(dòng)補(bǔ)償原理，并設(shè)計(jì)了溫度自動(dòng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，在空載、溫度范圍為-30℃～+80℃和不同恒載、溫度范圍為室溫(14.5℃)～+80℃的條件下分別做了溫度影響實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明：溫度誤差的自動(dòng)補(bǔ)償方法是可行的

5、，補(bǔ)償后的溫度影響影響波動(dòng)量小于2.5％。 ⑤設(shè)計(jì)制造了套筒式、旁路勵(lì)磁結(jié)構(gòu)和差動(dòng)式的索力傳感器，搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了正弦交流勵(lì)磁和脈沖恒流勵(lì)磁兩套實(shí)驗(yàn)方案，在0kN～20kN的拉力試驗(yàn)機(jī)上對(duì)直徑為 12mm 的鋼纜索用四種不同結(jié)構(gòu)的索力傳感器做了大量的拉力實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表明：差動(dòng)式結(jié)構(gòu)的索力傳感器綜合性能最好，不僅解決溫度補(bǔ)償和現(xiàn)場(chǎng)安裝的關(guān)鍵難題，且重復(fù)性誤差小于1.5％。最后，總結(jié)了全文研究工作和創(chuàng)新之處，指出了論文的