專利名稱：一種橋梁拉桿拉力測量方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種懸索橋、斜拉橋等橋梁拉桿所受拉力大小的測量方法及其裝置。
背景技術：
目前，在懸索橋、斜拉橋等大型建筑物中常常采用拉桿承載的方式進行支撐，對這 些拉桿所受拉力大小的測量，對于評估這些結構的安全有著非常重要的作用?，F(xiàn)有技術中， 測量這些拉桿拉力的辦法主要有 振頻法利用拉索的振動頻率估計其所受拉力。但其誤差大，受環(huán)境因素影響嚴 重，標定比較復雜，并且經常由于其不能自振動而無法測量。 磁彈法利用磁彈效應測量拉力，但其往往需要在建設時就進行預安裝，且測量誤 差大，投入成本高。標定同樣比較復雜。 應變法利用局部應力變化推算拉力，但其測量誤差很大，不同長度的拉索也需要 分別標定。 綜上所述，上述現(xiàn)有的測量方法，均具有測量誤差大的缺陷。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術存在的上述不足，而提供一種測
量精準而方便的橋梁拉桿拉力測量方法及其裝置。 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案 —種橋梁拉桿拉力測量方法，其特點在于，在拉桿錨頭受力端面與橋梁受力端面
之間分別設置一組受壓部件和一組非受壓部件，受壓部件由彈性材料構成，非受壓部件優(yōu) 選采用剛性材料構成，令橋梁受力端面支承力通過受壓部件再作用到拉桿錨頭受力端面 上，令非受壓部件不受力，在每個受壓部件和非受壓部件內部均設置有規(guī)格一致的電容器， 電容器電極板方向與受壓部件受壓面方向一致，所有受壓部件內部電容器并聯(lián)設置，所有 非受壓部件內部的電容器并聯(lián)設置，將兩組電容器接入信號處理電路并令其工作，測量受 壓部件內電容器電容大小和非受壓部件內電容器電容大小，根據兩測量值差值可換算出受 壓部件所受壓力的大小，該壓力即等于拉桿所受拉力。其中所述信號處理電路是指將電容
容量信號轉換為電壓信號，并進行A/D轉換、運算、顯示和傳輸的電路。 —種用于上述方法的橋梁拉桿拉力測量裝置，其特點在于，該裝置包括一組受壓
部件和一組非受壓部件，受壓部件由彈性材料構成，所述受壓部件和非受壓部件交替設置 并整體形成環(huán)狀體，該環(huán)狀體中受壓部件兩側端面高度一致且高出非受壓部件作為受力 面，在每個受壓部件和非受壓部件內部均設置有規(guī)格一致的電容器，電容器電極板方向與 受壓部件受壓面方向一致，所有受壓部件內部電容器并聯(lián)設置，所有非受壓部件內部的電
容器并聯(lián)設置；還包括測量計算系統(tǒng)，測量計算系統(tǒng)包括信號預處理電路、A/D轉換器、 MCU、顯示模塊，其中兩組電容器并聯(lián)電路兩端引出的導線均接入信號預處理電路，通過信 號預處理電路對兩路信號進行信號調理、濾波、差模放大、電容電壓轉換后送入A/D轉換
3器，然后再傳給MCU， MCU通過預先的標定值計算當前受到的壓力大小并傳至顯示模塊進行 顯示。 作為優(yōu)化，在受壓部件和非受壓部件之間為橫向線連接，或者橫向多點連接，這樣
可以避免受壓部件受壓變形對非受壓部件的影響。作為另一優(yōu)化，電容器的兩電極板均設 置為相對外凸的弧形，這樣可增加電容器受力后電容變化靈敏度。其使用時，橋梁拉桿拉力 測量裝置安裝于拉桿錨頭受力端面與橋梁受力端面之間，橋梁受力端面支承力通過受壓部
件再作用到拉桿錨頭受力端面上，非受壓部件不受力；每個受壓部件內部電容器并聯(lián)電路 兩端引出導線，每個非受壓部件內部電容器并聯(lián)電路兩端也引出導線；由于當傳感器受壓 時，受壓部件內的電容器容值發(fā)生改變，而非受壓部件內的電容器容值不變。將受壓部件內 部電容器并聯(lián)電路兩端引出的導線和非受壓部件內部電容器并聯(lián)電路兩端引出的導線分 別接入信號預處理電路，通過信號預處理電路對兩路信號進行信號調理、濾波、差模放大、 電容電壓轉換后送入A/D轉換器，然后再傳給MCU， MCU通過預先的標定值計算當前受到的 壓力大小并由顯示模塊進行顯示或都通過接口傳遞到計算機。其中信號預處理電路是指對 信號進行調理、濾波、差模放大、電容電壓轉換的電路。在概念上，此處所述信號預處理電 路加上后續(xù)的進行A/D轉換、運算、顯示和傳輸的電路，即等同于前述的信號處理電路的概 念。 相對現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有以下優(yōu)點 1、測量精準由于電容值的微小變化均容易測出，故受力改變值較小時也能檢測 出來，使得測量準確；同時因為采用了相同規(guī)格的兩組電容器進行差模運算，因此能有效克 服溫度、電磁干擾等環(huán)境因素造成的誤差影響，使誤差相互抵消，故進一步保證了測量的精 準度。 2、可實現(xiàn)長期在線監(jiān)測本發(fā)明實施時可將兩組電容器各自引出的信號通過處理 電路與計算機連接，可以實現(xiàn)對受力情況的長期在線遠程監(jiān)測。 3、測量范圍寬由于電容值的微小變化都能很容易的測出，因此受壓力部位可用 彈性系數很大的材料制作，可承受很大的壓力，故使得本發(fā)明具有較寬的測量范圍，并進而 可以實現(xiàn)測量靈敏度和測量范圍大的兼固。 4、防腐性能好目前的技術已能使平板電容在處理后具有極長的使用壽命，可長 期工作在極端環(huán)境下，具備非常好的防腐性能。
5、抗電磁場干擾由于傳感器本向就采用了差模設計，因此抗電磁場干擾能力強。
圖1為本發(fā)明橋梁拉桿拉力測:
圖2為本發(fā)明橋梁拉桿拉力測 部放大結構示意圖。 圖3為本發(fā)明橋梁拉桿拉力測:
圖4為本發(fā)明電路結構示意圖,
t裝置的結構示意圖。
t裝置的受壓部件和非受壓部件之間連接位置局 t裝置使用時安裝結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步詳細說明。
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如圖1所示，實施時，先設置一個橋梁拉桿拉力測量裝置，該裝置包括一組受壓部 件1和一組非受壓部件2，受壓部件1由彈性材料構成，該彈性材料實施時優(yōu)選為彈性陶瓷 或者彈性好的不銹鋼，非受壓部件2優(yōu)選由剛性材料構成，該剛性材料實施時優(yōu)選為陶瓷 或不銹鋼，受壓部件1和非受壓部件2可以設置為如圖1所示的各四個，也可以設置為其 它個數，所述受壓部件1和非受壓部件2交替設置并整體形成環(huán)狀體，可以是如圖1所示的 圓環(huán)狀，也可以是多邊形環(huán)狀體，該環(huán)狀體中受壓部件l兩側端面高度一致且高出非受壓 部件2作為受力面，在每個受壓部件1和非受壓部件2內部均設置有規(guī)格一致的電容器3、 4，電容器3電極板方向與受壓部件1受壓面方向一致，如圖1所示，為進一步增加測量靈敏 度，實施時可以將電容電極板設置為相對外凸的弧形，其中所有受壓部件內部電容器3并 聯(lián)設置，所有非受壓部件內部電容器4并聯(lián)設置。還設置有測量計算系統(tǒng)14，測量計算系 統(tǒng)14包括信號預處理電路、A/D轉換器、MCU、顯示模塊；測量計算系統(tǒng)14與兩組電容器并 聯(lián)電路相連，用于對兩組電容器電容的具體測量、計算和結果顯示。 如圖2所示，為了進一步降低受壓部件受壓變形對非受壓部件的影B向，實施時作 為優(yōu)化，在受壓部件1和非受壓部件2之間為橫向線連接，當然也可以是橫向多點連接。實 施時，本發(fā)明電路結構如圖4所示，在每個受壓部件內部電容器3并聯(lián)電路兩端引出導線5， 每個非受壓部件內部電容器4并聯(lián)電路兩端也引出導線6，該引出導線5、6均接入到測量計 算系統(tǒng)內，具體地說將受壓部件內部電容器并聯(lián)電路兩端引出的導線5和非受壓部件內部 電容器并聯(lián)電路兩端引出的導線6分別接入測量計算系統(tǒng)的信號預處理電路ll，通過信號 預處理電路11對兩路信號進行信號調理、濾波、差模放大、電容電壓轉換后送入A/D轉換器 12，然后再傳給MCU13進行計算，計算結果靠顯示模塊15進行顯示。 實施時，如圖3所示，本橋梁拉桿拉力測量裝置7安裝于拉桿錨頭8的受力端面與 橋梁受力端面之間，橋梁受力端面支承力通過本裝置受壓部件再作用到拉桿錨頭受力端面 上，非受壓部件不受力，拉桿9另一端穿過本橋梁拉桿拉力測量裝置7內孔后再穿過橋梁10 再固定在支撐體上；拉桿9安裝好后，根據力的相互作用原理，拉桿9所受拉力的大小即為 本橋梁拉桿拉力測量裝置7受壓部件所受壓力的大小。由于受壓部件所受壓力發(fā)生形變會 引起其內部電容器電極的距離變化，進而引起電容值大小的變化；而非受壓部件的電容值 不會發(fā)生變化，通過信號處理電路將電容值轉換為與之對應的電壓值，通過兩組電壓的差 模放大可得到一個變化的電壓，該變化的電壓經A/D轉換后輸入到MCU內進行計算，即可得 出受壓部件所受壓力的大小，該壓力即等于拉桿所受拉力；實施時，可靠內置顯示模塊的顯 示器或者計算機對計算結果進行顯示。具體地說，該計算步驟為 1、對制作好的傳感器進行標定理想情況下，由于受壓部件和非受壓部件內的電 容完全一致，在未受壓力時傳感器輸出的信號的差模結果為0。在受力后，傳感器受到的壓 力與電路測得的電壓成正比，標定時施加一已知的壓力，并同時測得輸出電壓，即可找到壓 力與電壓之間的比例系數。 2、測量時，可根據讀取的電壓值和標定的比例系數，對壓力直接進行運算。也可將
同一規(guī)格傳感器的比例系數固化到MCU中，由MCU直接計算輸出壓力結果。 實施時，將MCU和計算機采用線路連接至遠方，可以實現(xiàn)對拉桿受力的長期遠程 基于相同原理，本發(fā)明也可對橋梁拉索拉力進行測量和監(jiān)測，具有測量精準，測量范圍寬、不易受環(huán)境干擾、可實現(xiàn)在線監(jiān)測等特點'
權利要求
一種橋梁拉桿拉力測量方法，其特征在于，在拉桿錨頭受力端面與橋梁受力端面之間分別設置一組受壓部件和一組非受壓部件，受壓部件由彈性材料構成，令橋梁受力端面支承力通過受壓部件再作用到拉桿錨頭受力端面上，令非受壓部件不受力，在每個受壓部件和非受壓部件內部均設置有規(guī)格一致的電容器，電容器電極板方向與受壓部件受壓面方向一致，所有受壓部件內部電容器并聯(lián)設置，所有非受壓部件內部的電容器并聯(lián)設置，將兩組電容器接入信號處理電路并令其工作，測量受壓部件內電容器電容大小和非受壓部件內電容器電容大小，根據兩測量值差值可換算出受壓部件所受壓力的大小，該壓力即等于拉桿所受拉力。
2. —種橋梁拉桿拉力測量裝置，其特征在于，該裝置包括一組受壓部件和一組非受壓 部件，受壓部件由彈性材料構成，所述受壓部件和非受壓部件交替設置并整體形成環(huán)狀體， 該環(huán)狀體中受壓部件兩側端面高度一致且高出非受壓部件作為受力面，在每個受壓部件和 非受壓部件內部均設置有規(guī)格一致的電容器，電容器電極板方向與受壓部件受壓面方向一致，每個受壓部件內部電容器并聯(lián)設置，每個非受壓部件內部的電容器并聯(lián)設置；還包括測量計算系統(tǒng)，測量計算系統(tǒng)包括信號預處理電路、A/D轉換器、MCU、顯示模塊，其中兩組電容 器并聯(lián)電路兩端引出的導線均接入信號預處理電路，通過信號預處理電路對兩路信號進行 信號調理、濾波、差模放大、電容電壓轉換后送入A/D轉換器，然后再傳給MCU，MCU通過預先 的標定值計算當前受到的壓力大小并傳至顯示模塊進行顯示。
3. 如權利要求2所述的橋梁拉桿拉力測量裝置，其特征在于，在受壓部件和非受壓部 件之間為橫向線連接。
4. 如權利要求2所示的橋梁拉桿拉力測量裝置，其特征在于，電容器的兩電極板均設 置為相對外凸的弧形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種橋梁拉桿拉力測量方法及其裝置，該方法在拉桿錨頭受力端面與橋梁受力端面之間分別設置一組受壓部件和一組非受壓部件，令橋梁受力端面支承力通過受壓部件再作用到拉桿錨頭受力端面上，令非受壓部件不受力，在每個受壓部件和非受壓部件內部均設置有規(guī)格一致的電容器，電容器電極板方向與受壓部件受壓面方向一致，所有受壓部件內部電容器并聯(lián)設置，所有非受壓部件內部的電容器并聯(lián)設置，將兩組電容器接入信號處理電路并令其工作，測量受壓部件內電容器電容大小和非受壓部件內電容器電容大小，根據兩測量值差值可換算出受壓部件所受壓力的大小，該壓力即等于拉桿所受拉力。本發(fā)明具有測量精準、測量范圍寬、不易受環(huán)境干擾、可實現(xiàn)在線監(jiān)測等特點。
文檔編號G01L5/00GK101738277SQ20101004202
公開日2010年6月16日 申請日期2010年1月7日 優(yōu)先權日2010年1月7日
發(fā)明者周建庭, 宋軍, 藍章禮 申請人:重慶交通大學