[发明专利]一种桥梁拉杆拉力测量方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种悬索桥、斜拉桥等桥梁拉杆所受拉力大小的测量方法及其装置。

背景技术

目前，在悬索桥、斜拉桥等大型建筑物中常常采用拉杆承载的方式进行支撑，对这些拉杆所受拉力大小的测量，对于评估这些结构的安全有着非常重要的作用。现有技术中，测量这些拉杆拉力的办法主要有：

振频法：利用拉索的振动频率估计其所受拉力。但其误差大，受环境因素影响严重，标定比较复杂，并且经常由于其不能自振动而无法测量。

磁弹法：利用磁弹效应测量拉力，但其往往需要在建设时就进行预安装，且测量误差大，投入成本高。标定同样比较复杂。

应变法：利用局部应力变化推算拉力，但其测量误差很大，不同长度的拉索也需要分别标定。

综上所述，上述现有的测量方法，均具有测量误差大的缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术存在的上述不足，而提供一种测量精准而方便的桥梁拉杆拉力测量方法及其装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种桥梁拉杆拉力测量方法，其特点在于，在拉杆锚头受力端面与桥梁受力端面之间分别设置一组受压部件和一组非受压部件，受压部件由弹性材料构成，非受压部件优选采用刚性材料构成，令桥梁受力端面支承力通过受压部件再作用到拉杆锚头受力端面上，令非受压部件不受力，在每个受压部件和非受压部件内部均设置有规格一致的电容器，电容器电极板方向与受压部件受压面方向一致，所有受压部件内部电容器并联设置，所有非受压部件内部的电容器并联设置，将两组电容器接入信号处理电路并令其工作，测量受压部件内电容器电容大小和非受压部件内电容器电容大小，根据两测量值差值可换算出受压部件所受压力的大小，该压力即等于拉杆所受拉力。其中所述信号处理电路是指将电容容量信号转换为电压信号，并进行A/D转换、运算、显示和传输的电路。

一种用于上述方法的桥梁拉杆拉力测量装置，其特点在于，该装置包括一组受压部件和一组非受压部件，受压部件由弹性材料构成，所述受压部件和非受压部件交替设置并整体形成环状体，该环状体中受压部件两侧端面高度一致且高出非受压部件作为受力面，在每个受压部件和非受压部件内部均设置有规格一致的电容器，电容器电极板方向与受压部件受压面方向一致，所有受压部件内部电容器并联设置，所有非受压部件内部的电容器并联设置；还包括测量计算系统，测量计算系统包括信号预处理电路、A/D转换器、MCU、显示模块，其中两组电容器并联电路两端引出的导线均接入信号预处理电路，通过信号预处理电路对两路信号进行信号调理、滤波、差模放大、电容电压转换后送入A/D转换器，然后再传给MCU，MCU通过预先的标定值计算当前受到的压力大小并传至显示模块进行显示。

作为优化，在受压部件和非受压部件之间为横向线连接，或者横向多点连接，这样可以避免受压部件受压变形对非受压部件的影响。作为另一优化，电容器的两电极板均设置为相对外凸的弧形，这样可增加电容器受力后电容变化灵敏度。其使用时，桥梁拉杆拉力测量装置安装于拉杆锚头受力端面与桥梁受力端面之间，桥梁受力端面支承力通过受压部件再作用到拉杆锚头受力端面上，非受压部件不受力；每个受压部件内部电容器并联电路两端引出导线，每个非受压部件内部电容器并联电路两端也引出导线；由于当传感器受压时，受压部件内的电容器容值发生改变，而非受压部件内的电容器容值不变。将受压部件内部电容器并联电路两端引出的导线和非受压部件内部电容器并联电路两端引出的导线分别接入信号预处理电路，通过信号预处理电路对两路信号进行信号调理、滤波、差模放大、电容电压转换后送入A/D转换器，然后再传给MCU，MCU通过预先的标定值计算当前受到的压力大小并由显示模块进行显示或都通过接口传递到计算机。其中信号预处理电路是指对信号进行调理、滤波、差模放大、电容电压转换的电路。在概念上，此处所述信号预处理电路加上后续的进行A/D转换、运算、显示和传输的电路，即等同于前述的信号处理电路的概念。

相对现有技术，本发明具有以下优点：

1、测量精准：由于电容值的微小变化均容易测出，故受力改变值较小时也能检测出来，使得测量准确；同时因为采用了相同规格的两组电容器进行差模运算，因此能有效克服温度、电磁干扰等环境因素造成的误差影响，使误差相互抵消，故进一步保证了测量的精准度。

2、可实现长期在线监测：本发明实施时可将两组电容器各自引出的信号通过处理电路与计算机连接，可以实现对受力情况的长期在线远程监测。