專利名稱：鋼索拉力檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鋼索拉力檢測儀，用于工程中靜態(tài)受力鋼索拉力的檢測，屬物理檢測儀器。
在現(xiàn)有技術(shù)中，對于鋼索承受拉力的檢測，一般采用裝有油壓表的千斤頂，檢測張拉時承受的拉力，根據(jù)油壓的大小和千斤頂承載噸位來計算其拉力。這種方法精度低，檢測安裝儀具困難，勞動強(qiáng)度大。對于特大型鋼索，如大型橋梁中斜拉橋斜拉索的拉力檢測，這種方法不僅需要大噸位的千斤頂，而且在檢測作業(yè)中具有一定的危險性。對于長期承受拉力鋼索的檢測，則通常是用人工搖動鋼索，使其作單波擺動，通過鋼索的振動頻率來計算鋼索拉力。如上海市政工程研究所的GZ－83型鋼索周期儀就屬這類檢測儀器。這種方法同樣存在準(zhǔn)確度低，速度慢和勞動強(qiáng)度大的問題。若是鋼索較粗，人工起振困難。
鑒上，本實用新型的目的就在于提供一種無需人工搖動鋼索，可自動檢測鋼索所受拉力的鋼索拉力檢測儀。
本實用新型將傳感器固接于鋼索上，傳感器上裝有壓電加速度計，壓電加速度計檢測鋼索的自振信號，將此信號進(jìn)行放大，通過多芯屏蔽電纜，將信號輸入電路系統(tǒng)。電路系統(tǒng)將傳感器上的信號進(jìn)行二次放大，自動調(diào)零、濾波、A／D轉(zhuǎn)換等處理后，信號輸入微計算機(jī)，再通過微計算機(jī)的檢測分析，自動計算出鋼索的自振頻率和拉力，以此來實現(xiàn)上述目的。
以下結(jié)合附圖和實施例，詳述本實用新型的工作原理和結(jié)構(gòu)特征。



圖1為主機(jī)的主視圖；圖2為主機(jī)的府視圖；圖3為傳感器結(jié)構(gòu)圖；圖4為電路方框圖。
由物理學(xué)可知，鋼索有其自身的振動頻率，當(dāng)鋼索受力后，其自振頻率會發(fā)生改變。鋼索承受拉力與自振頻率之間存在如下關(guān)系P＝4ML2f2＝Kf2K＝4WL2(比例系數(shù))式中P——鋼索承受的拉力；W——鋼索單位長度的質(zhì)量；L——鋼索兩支點間的長度；f——鋼索的自振頻率。
根據(jù)物理學(xué)原理和鋼索受力與自振頻率之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，只要能檢測出鋼索的自振頻率，就可計算出鋼索受力的大小，因比例系數(shù)K是被測對象的已知量。據(jù)此，本實用新型根據(jù)鋼索自振頻率和受力之間的關(guān)系，通過壓電加速度計將鋼索自振頻率的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號。然后通過電路系統(tǒng)將信號放大、濾波、數(shù)模轉(zhuǎn)換、頻譜分析等處理，交由微機(jī)進(jìn)行檢測計算自動計算出鋼索的自振頻率和鋼索所受拉力，并將檢測結(jié)果打印輸出。
參見圖1～圖3，本實用新型主要由主機(jī)和傳感器兩大部分構(gòu)成。圖1為主機(jī)的主視圖，它是一個盒式結(jié)構(gòu)的長方形盒，由罩殼［1］、底殼［2］兩部分組成。罩殼［1］和底殼［2］用輕金屬或工程塑料整體鑄造或壓注。罩殼［1］為長方形空盒，外形輪廓面微向內(nèi)傾斜一定角度，頂面后部有一凸出呈坡度的凸臺，在凸臺的斜面上加工一個顯示屏窗口［3］、頂面的前部設(shè)置有鍵盤窗口［8］。在罩殼［1］的右側(cè)面設(shè)計一個打印機(jī)接口窗［7］和一個電源開關(guān)窗口［9］，罩殼［1］后面右端設(shè)計一個傳感器接口［6］供安裝插座［16］用。罩殼［1］和底殼［2］以螺釘相連接，并用定位止口來定位。
底殼［2］同樣是一個長方形敞式半盒，它外輪廓面也向內(nèi)傾斜一定角度，在底殼［2］的內(nèi)腔底面沿周邊設(shè)置8個圓柱形凸臺［4］，每個凸臺加工一個螺孔，電路板［5］用螺釘緊固支承在凸臺［4］上。電路板［5］包括微機(jī)和檢測處理系統(tǒng)各部分電路以及鍵盤，均安裝在電路板［5］上。底殼［2］用螺釘與罩殼［1］相連接。
圖3為傳感器結(jié)構(gòu)圖，傳感器的功能是將鋼索受力后的自振頻率的機(jī)械振動信號轉(zhuǎn)換成電荷信號，由壓電加速度計［13］接收，經(jīng)電荷放大器電路板［11］放大轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過多芯屏蔽是纜［15］和插座［16］，再經(jīng)傳輸電纜［17］與主機(jī)的插座［6］連接，將信號輸入主機(jī)進(jìn)行分析處理。傳感器也是一個盒式結(jié)構(gòu)，它由罩盒［10］、底板［18］、尼龍彈性扣帶［19］、電荷放大器電路板［11］、電纜［12］、壓電加速度計［13］、絕緣板［14］、多芯屏蔽電纜［15］、插座［16］傳輸電纜［17］組成。罩盒［10］為長方形殼體，用輕金屬或工程塑料整體鑄造或壓注，罩盒兩側(cè)面內(nèi)壁左端各加工一道豎槽，供電路板［11］插裝。在傳感器的內(nèi)腔中部裝有圓柱形的壓電加速度計［13］，壓電加速度計［13］的底部墊有絕緣板［14］，用螺釘使件［13］、［14］與底板［18］連成一體。底板［18］為異形板，與罩盒［10］連接的一面為平面，與鋼索［20］接觸的一面為弧面，尼龍彈性扣帶［19］與底板［18］相連，通過扣帶［19］使傳感器固接在鋼索［20］上。在罩盒［10］右端面裝有插座［16］、壓電加速度計［13］接收的信號，通過放大，經(jīng)電纜［12］、［15］、插座［16］、傳輸電纜［17］輸入到主機(jī)。
圖4為本實用新型的電路方框圖，電路系統(tǒng)主要由二級放大器［21A］、［21B］、程控放大器［22］、模擬濾波器［23］、A／D轉(zhuǎn)換器［24］，自動調(diào)零電路［25］、微機(jī)系統(tǒng)［26］和失電保護(hù)電路［27］所組成。放大器［21A］安裝在電路板［11］上，其作用是壓電加速度計［13］將鋼索的機(jī)械振動信號放大轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，以避免弱電荷遠(yuǎn)距傳送損耗，提高系統(tǒng)的信噪比，同時為減少靜電感應(yīng)的干擾，在壓電加速度計［13］與底板［18］之間加墊一塊絕緣板［14］。從傳感器輸出的電壓信號經(jīng)傳輸電纜［17］輸入到主機(jī)，經(jīng)放器［21B］再次放大。此放大的信號仍較小，因此再通過程控放大器［22］又一次放大。為防止零點飄移和保證系統(tǒng)內(nèi)部的自動調(diào)零，因此設(shè)置程控放大器［22］和自動調(diào)零電路［25］，通過放大器［22］放大到所需能級信號，經(jīng)模擬濾波器［23］將高頻信號濾去，進(jìn)一步提高信噪比，又經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器［24］將電量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后再送入微機(jī)系統(tǒng)［26］。微機(jī)系統(tǒng)［26］對輸入的數(shù)字信號進(jìn)行采集，頻譜分析處理，根據(jù)輸入的比例系數(shù)K自動計算出鋼索拉力，并將計算結(jié)果內(nèi)存。根據(jù)檢測人員要求，通過顯示器屏幕顯示或?qū)?shù)據(jù)通過打印機(jī)輸出。為保證檢測結(jié)果在失電時不被丟失，在微機(jī)系統(tǒng)中還設(shè)置失掉電保護(hù)電路［27］，使檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)能長期保存。
本實用新型在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)計了一套與檢測過程相適應(yīng)的軟件程序。它包括參數(shù)輸入程序、自動檢測程序、頻譜分析程序，顯示程序、打印程序、自我診斷程序等主要部分組成。它采用模塊技術(shù)編程，通過鍵盤控制程序執(zhí)行，全部軟件程序固化在EPROM存貯器中。
本裝置的工作過程如下檢測人員根據(jù)事先計算好或標(biāo)定好的比例系數(shù)K，(K＝4Wι2)或其修正值，通過參數(shù)輸入程序輸入計算機(jī)，將傳感器固接在鋼索［20］上，啟動測量程序，則鋼索［20］的振動信號經(jīng)二級放大器［21A］轉(zhuǎn)換成電信號，又經(jīng)二級放大器［21B］放大，再經(jīng)程控放大器［22］放大。通過模擬濾波器［23］濾去高頻信號。A／D轉(zhuǎn)換器［24］將電信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號，輸至計算機(jī)系統(tǒng)［2，6］進(jìn)行頻率分析，數(shù)據(jù)采集處理計算等過程，完成對檢測結(jié)果的計算，并將計算結(jié)果存入存貯器中。視檢測人員的要求可在顯示器上顯示或?qū)⑵浣Y(jié)果打印輸出，從而完成一個檢測過程。為了防止零點的飄移，有效地利用A／D轉(zhuǎn)換器［24］的量程，在系統(tǒng)中設(shè)置自動調(diào)零電路［25］，同時為防止檢測數(shù)據(jù)的丟失，在微機(jī)系統(tǒng)中還設(shè)置了失電保護(hù)電路［27］。通過上述程序和系統(tǒng)的有關(guān)附加電路的功能作用，能保證檢測精度和工作過程的可靠運行。
本實用新型經(jīng)現(xiàn)場試驗，操作簡便，檢測精度比常規(guī)方法高2～3倍，工效提高3倍以上。該機(jī)工作穩(wěn)定可靠，功能較全，自動化程度高，適用于不同口徑受力鋼索的檢測。
權(quán)利要求1.一種鋼索拉力檢側(cè)儀，用于工程中靜態(tài)受力鋼索拉力的檢測，它由傳感器和主機(jī)兩部分構(gòu)成，其特征是，傳感器主要由電荷放大器電路(11)、壓電加速度計(13)所組成，主機(jī)由二級放大器(21A)、(21B)、程控放大器(22)、模擬濾波器(23)、A/D轉(zhuǎn)換器(24)自動調(diào)零電路(25)、微機(jī)系統(tǒng)(26)和失電保護(hù)電路(27)組成，二級放大器(21A)通過電纜(15)、插座(16)、電纜(17)、傳感器接口(6)與電路板(5)連接。
專利摘要一種鋼索拉力檢測儀，用于工程中靜態(tài)受力鋼索拉力的檢測。它利用鋼索受力后自振頻率改變的特性。采用脈沖測量技術(shù)，通過壓電加速度計(13)將機(jī)械振動信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)二級放大器(21A)、(21B)、程控放大器(22)、模擬濾波器(23)、A/D轉(zhuǎn)換器(24)、自動調(diào)零電路(25)、微機(jī)系統(tǒng)(26)的分析處理，自動完成對鋼索受力的計算，并將結(jié)果打印輸出。本儀器較常規(guī)檢測手段精度高2～3倍，工效提高3倍以上，操作簡便安全。
文檔編號G01L1/16GK2138792SQ9221229
公開日1993年7月21日 申請日期1992年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年2月27日
發(fā)明者楊金喜, 劉克明 申請人:湖南省交通科學(xué)研究所