一種適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀和檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀和檢測(cè)方法，在需要對(duì)鋼纜索和鋼纜索結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行診斷和評(píng)估時(shí)，采用本發(fā)明儀器和方法可以對(duì)鋼纜索的索力進(jìn)行檢測(cè)，從而依據(jù)鋼纜索的受力情況進(jìn)行相應(yīng)分析。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼纜索作為主要承載部件被廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中，它們的受力狀況關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)有極其重大的影響。因此，對(duì)現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)有重要意義。
[0003]鋼纜索索力檢測(cè)根據(jù)階段不同分為兩種情況，一是鋼纜索施工階段進(jìn)行的索力檢測(cè)，二是鋼纜索使用階段進(jìn)行的索力檢測(cè)。施工階段的索力檢測(cè)比較容易解決，目前一般采用油壓檢測(cè)法和拉力傳感器法。所謂油壓檢測(cè)法是在使用千斤頂張拉鋼纜索時(shí)通過(guò)測(cè)量油壓來(lái)檢測(cè)張拉力，油壓的測(cè)量可通過(guò)壓力表或壓力傳感器完成；所謂拉力傳感器法在拉索錨具上或錨具連接桿上直接安裝拉力傳感器測(cè)量鋼纜索索力。與施工階段的索力檢測(cè)不同，鋼纜索在使用階段(現(xiàn)役鋼纜索)的索力檢測(cè)要困難得多，目前一般采用頻率法、三點(diǎn)彎曲法和磁化特性法。頻率法利用鋼纜索自振頻率與索力的關(guān)系檢測(cè)索力，由于這一關(guān)系有時(shí)比較復(fù)雜，建模是否正確難以驗(yàn)證，因此在應(yīng)用上有局限性。三點(diǎn)彎曲法采用橫向加載測(cè)量位移的方法檢測(cè)索力，對(duì)大截面鋼纜索而言，加載力、位移和索力之間為非線性關(guān)系，難以分析計(jì)算，而且這種方法的檢測(cè)設(shè)備笨重，不易使用。磁化特性法利用鋼纜索的磁化特性與內(nèi)部應(yīng)力的關(guān)系檢測(cè)索力，具體實(shí)施方法有多種，如磁通量法、電感法等，但有實(shí)用意義的方法只有套筒式磁通量法，這種方法需要在鋼纜索施工的同時(shí)將磁通量傳感器套裝好，然后才能檢測(cè)，因此對(duì)大量未套裝傳感器的現(xiàn)役鋼纜索不適用，而如果在現(xiàn)役鋼纜索上現(xiàn)場(chǎng)繞制套筒式磁通量傳感器，那也是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不具有實(shí)用性。
[0004]解決現(xiàn)役鋼纜索索力的檢測(cè)問(wèn)題，需要解決兩個(gè)問(wèn)題。一是傳感器安裝方便，不能采用套筒式結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁裝置，而是需要采用耦合型外裝式勵(lì)磁線圈；二是檢測(cè)儀器具有高靈敏度和高重復(fù)性，以保證檢測(cè)數(shù)據(jù)的有效性和可靠性。本發(fā)明儀器著重解決了第二個(gè)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀和檢測(cè)方法，可以對(duì)現(xiàn)役鋼纜索索力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)；當(dāng)然，本發(fā)明儀器和方法也適用于施工階段的鋼纜索索力檢測(cè)。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀，包括外裝式勵(lì)磁線圈、電容、充電電源、充電控制電路、充電電壓檢測(cè)電路、低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放電控制電路、勵(lì)磁電流檢測(cè)電路、第一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路、感應(yīng)線圈、感應(yīng)電壓調(diào)理電路、第二高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路、CPLD控制電路、ARM核心板、ARM擴(kuò)展接口、顯示觸摸屏、上位機(jī)和直流電源；
[0008]所述電容用于產(chǎn)生脈沖電流，當(dāng)電容兩端充電后，電容將儲(chǔ)存大量電荷并保持高壓，此時(shí)接通外裝式勵(lì)磁線圈，電容就會(huì)放電，為外裝式勵(lì)磁線圈提供脈沖電流，直至電容上的電荷釋放完畢；充電電源和充電控制電路用于對(duì)電容兩端進(jìn)行充電，為放電做好準(zhǔn)備；在電容兩端充電過(guò)程中，充電電壓檢測(cè)電路對(duì)充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器將充電電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ARM擴(kuò)展接口發(fā)送給ARM核心板，ARM核心板判斷充電電壓是否達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，ARM核心板通過(guò)ARM擴(kuò)展接口向充電控制電路發(fā)送停止充電信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)充電電壓可以控制電容放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖電流的大??；當(dāng)需要電容放電時(shí)，ARM核心板通過(guò)ARM擴(kuò)展接口向放電控制電路發(fā)送放電信號(hào)，放電控制電路對(duì)電容放電實(shí)施控制，勵(lì)磁電流檢測(cè)電路對(duì)電容放電時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)到的脈沖電流進(jìn)行隔離放大；
[0009]所述外裝式勵(lì)磁線圈用于對(duì)現(xiàn)役鋼索產(chǎn)生強(qiáng)勵(lì)磁，當(dāng)在外裝式勵(lì)磁線圈中施加脈沖電流時(shí)，現(xiàn)役鋼索中將產(chǎn)生突變的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而使現(xiàn)役鋼索磁化并產(chǎn)生突變的磁感應(yīng)強(qiáng)度；
[0010]所述感應(yīng)線圈是纏繞在現(xiàn)役鋼索外圓的線圈，當(dāng)現(xiàn)役鋼索磁化時(shí)，感應(yīng)線圈中將產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電壓，感應(yīng)電壓調(diào)理電路對(duì)感應(yīng)線圈中產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖電壓進(jìn)行隔離放大；
[0011]所述第一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)隔離放大后的脈沖電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路；所述第二高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器對(duì)隔離放大后的感應(yīng)脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路；所述CPLD控制電路接收ARM核心板通過(guò)ARM擴(kuò)展接口發(fā)送出的控制信號(hào)，產(chǎn)生模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)緩存的時(shí)序信號(hào)，設(shè)置包括采樣時(shí)間間隔和采樣點(diǎn)數(shù)在內(nèi)的參數(shù)信息，對(duì)第一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第二高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路和第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路進(jìn)行控制；
[0012]ARM核心板通過(guò)ARM擴(kuò)展接口讀取第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路和第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路中的數(shù)據(jù)，并通過(guò)顯示觸摸屏顯示相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0013]優(yōu)選的，所述感應(yīng)線圈的匝數(shù)少于20圈，以便于在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行快速纏繞。
[0014]一種使用所述適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)的方法，對(duì)現(xiàn)役鋼纜索的索力進(jìn)行檢測(cè)，具體包括如下步驟:
[0015](I)將感應(yīng)線圈纏繞在現(xiàn)役鋼索外圓，纏繞匝數(shù)與鋼纜索標(biāo)定時(shí)的狀態(tài)保持一致；
[0016](2)裝夾外裝式勵(lì)磁裝置，包括外裝式勵(lì)磁線圈；
[0017](3)設(shè)定索力檢測(cè)儀的相關(guān)參數(shù)，包括充電電壓、采樣時(shí)間間隔、環(huán)境溫度、檢測(cè)時(shí)間、傳感器型號(hào)和纜索型號(hào)；
[0018](4)電容充電，設(shè)定充電電壓必須與鋼纜索標(biāo)定時(shí)的狀態(tài)保持一致；
[0019](5)電容放電，同步采集脈沖電流和感應(yīng)電壓信號(hào)，將采集的信號(hào)緩存至各自的FIFO 中；
[0020](6)將采集的數(shù)據(jù)從FIFO讀入內(nèi)存，進(jìn)行濾波處理，并求取感應(yīng)電壓積分值和脈沖電流積分值；
[0021](7)根據(jù)索力檢測(cè)儀和鋼纜索的標(biāo)定數(shù)據(jù)，計(jì)算實(shí)際索力值；
[0022](8)將原始檢測(cè)數(shù)據(jù)文件上傳至PC端，并進(jìn)行相應(yīng)管理；
[0023](9)檢測(cè)完成后拆除外裝式勵(lì)磁裝置；
[0024]上述步驟(3)?(8)由以ARM核心板為核心的嵌入式計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。
[0025]有益效果:本發(fā)明提供的適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀和檢測(cè)方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明儀器與耦合型外裝式勵(lì)磁裝置聯(lián)合使用，解決了現(xiàn)役鋼纜索索力的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)問(wèn)題，本檢測(cè)儀器和方法具有快速、便捷、可拆卸、低成本的優(yōu)點(diǎn)；2、采用可調(diào)、可控的電容充放電電路實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勵(lì)磁脈沖電流，這種方法具有精確性高、電流強(qiáng)度大、儀器體積小等優(yōu)點(diǎn)；3、本發(fā)明儀器所需的感應(yīng)線圈匝數(shù)很少，這就實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的快速纏繞，不再為檢測(cè)線圈的裝拆而煩惱；4、本發(fā)明儀器采用精確定時(shí)的雙路同步高速采樣電路，使檢測(cè)精度和重復(fù)性得到提高，同時(shí)將雙路采樣數(shù)據(jù)文件上傳到PC端進(jìn)行保存和管理，便于對(duì)檢測(cè)過(guò)程的回放、查閱和修正；5、本發(fā)明儀器通過(guò)提高勵(lì)磁強(qiáng)度和檢測(cè)放大倍數(shù)有效提高了檢測(cè)靈敏度，同時(shí)通過(guò)模擬隔離放大器和光電耦合器分別將檢測(cè)電路和充放電電路與嵌入式計(jì)算機(jī)隔離，有效提高了儀器的抗干擾能力和穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為本發(fā)明的原理框圖；
[0027]圖2為充電控制和充電電壓檢測(cè)電路；
[0028]圖3為放電控制和放電電流檢測(cè)電路；
[0029]圖4為感應(yīng)電壓檢測(cè)電路；
[0030]圖5為雙路高速同步數(shù)據(jù)采集電路；
[0031]圖6為索力檢測(cè)儀的軟件框架。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0033]如圖1所示為一種適用于現(xiàn)役鋼纜索的索力檢測(cè)儀，包括外裝式勵(lì)磁線圈2、電容
3、充電電源4、充電控制電路5、充電電壓檢測(cè)電路6、低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器7、放電控制電路8、勵(lì)磁電流檢測(cè)電路9、第一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器10、第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路11、感應(yīng)線圈12、感應(yīng)電壓調(diào)理電路13、第二高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器14、第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路15、CPLD控制電路16、ARM核心板17、ARM擴(kuò)展接口 18、顯示觸摸屏19、上位機(jī)20和直流電源21。
[0034]所述電容3用于產(chǎn)生脈沖電流，當(dāng)電容3兩端充電后，電容3將儲(chǔ)存大量電荷并保持高壓，此時(shí)接通外裝式勵(lì)磁線圈2，電容3就會(huì)放電，為外裝式勵(lì)磁線圈2提供脈沖電流，直至電容3上的電荷釋放完畢；充電電源4和充電控制電路5用于對(duì)電容3兩端進(jìn)行充電，為放電做好準(zhǔn)備；在電容3兩端充電過(guò)程中，充電電壓檢測(cè)電路6對(duì)充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并通過(guò)低速模數(shù)轉(zhuǎn)換器7將充電電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)ARM擴(kuò)展接口 18發(fā)送給ARM核心板17，ARM核心板17判斷充電電壓是否達(dá)到設(shè)定值，當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，ARM核心板17通過(guò)ARM擴(kuò)展接口 18向充電控制電路5發(fā)送停止充電信號(hào)，通過(guò)調(diào)節(jié)充電電壓可以控制電容3放電時(shí)產(chǎn)生的脈沖電流的大??；當(dāng)需要電容3放電時(shí)，ARM核心板17通過(guò)ARM擴(kuò)展接口 18向放電控制電路8發(fā)送放電信號(hào)，放電控制電路8對(duì)電容3放電實(shí)施控制，勵(lì)磁電流檢測(cè)電路9對(duì)電容3放電時(shí)實(shí)際產(chǎn)生的脈沖電流進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)到的脈沖電流進(jìn)行隔離放大。
[0035]所述外裝式勵(lì)磁線圈2用于對(duì)現(xiàn)役鋼索I產(chǎn)生強(qiáng)勵(lì)磁，當(dāng)在外裝式勵(lì)磁線圈2中施加脈沖電流時(shí)，現(xiàn)役鋼索I中將產(chǎn)生突變的磁場(chǎng)強(qiáng)度，從而使現(xiàn)役鋼索I磁化并產(chǎn)生突變的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
[0036]所述感應(yīng)線圈12是纏繞在現(xiàn)役鋼索I外圓的線圈，當(dāng)現(xiàn)役鋼索I磁化時(shí)，感應(yīng)線圈12中將產(chǎn)生感應(yīng)脈沖電壓，感應(yīng)電壓調(diào)理電路13對(duì)感應(yīng)線圈12中產(chǎn)生的感應(yīng)脈沖電壓進(jìn)行隔離放大。
[0037]所述第一高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器10對(duì)隔離放大后的脈沖電流信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入第一 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路11 ;所述第二高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器14對(duì)隔離放大后的感應(yīng)脈沖電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入第二 FIFO數(shù)據(jù)緩存電路15 ;所述CPLD控制電路16接收ARM核心板17通過(guò)ARM擴(kuò)展接口 18發(fā)