专利名称：一种桥梁拉杆拉力测量方法及其装置的制作方法
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 —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。 —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
3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。 3、测量范围宽由于电容值的微小变化都能很容易的测出，因此受压力部位可用 弹性系数很大的材料制作，可承受很大的压力，故使得本发明具有较宽的测量范围，并进而 可以实现测量灵敏度和测量范围大的兼固。 4、防腐性能好目前的技术已能使平板电容在处理后具有极长的使用寿命，可长 期工作在极端环境下，具备非常好的防腐性能。
5、抗电磁场干扰由于传感器本向就采用了差模设计，因此抗电磁场干扰能力强。


图1为本发明桥梁拉杆拉力测:
图2为本发明桥梁拉杆拉力测 部放大结构示意图。 图3为本发明桥梁拉杆拉力测:
图4为本发明电路结构示意图,
t装置的结构示意图。
t装置的受压部件和非受压部件之间连接位置局 t装置使用时安装结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步详细说明。
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如图1所示，实施时，先设置一个桥梁拉杆拉力测量装置，该装置包括一组受压部 件1和一组非受压部件2，受压部件1由弹性材料构成，该弹性材料实施时优选为弹性陶瓷 或者弹性好的不锈钢，非受压部件2优选由刚性材料构成，该刚性材料实施时优选为陶瓷 或不锈钢，受压部件1和非受压部件2可以设置为如图1所示的各四个，也可以设置为其 它个数，所述受压部件1和非受压部件2交替设置并整体形成环状体，可以是如图1所示的 圆环状，也可以是多边形环状体，该环状体中受压部件l两侧端面高度一致且高出非受压 部件2作为受力面，在每个受压部件1和非受压部件2内部均设置有规格一致的电容器3、 4，电容器3电极板方向与受压部件1受压面方向一致，如图1所示，为进一步增加测量灵敏 度，实施时可以将电容电极板设置为相对外凸的弧形，其中所有受压部件内部电容器3并 联设置，所有非受压部件内部电容器4并联设置。还设置有测量计算系统14，测量计算系 统14包括信号预处理电路、A/D转换器、MCU、显示模块；测量计算系统14与两组电容器并 联电路相连，用于对两组电容器电容的具体测量、计算和结果显示。 如图2所示，为了进一步降低受压部件受压变形对非受压部件的影B向，实施时作 为优化，在受压部件1和非受压部件2之间为横向线连接，当然也可以是横向多点连接。实 施时，本发明电路结构如图4所示，在每个受压部件内部电容器3并联电路两端引出导线5， 每个非受压部件内部电容器4并联电路两端也引出导线6，该引出导线5、6均接入到测量计 算系统内，具体地说将受压部件内部电容器并联电路两端引出的导线5和非受压部件内部 电容器并联电路两端引出的导线6分别接入测量计算系统的信号预处理电路ll，通过信号 预处理电路11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 12，然后再传给MCU13进行计算，计算结果靠显示模块15进行显示。 实施时，如图3所示，本桥梁拉杆拉力测量装置7安装于拉杆锚头8的受力端面与 桥梁受力端面之间，桥梁受力端面支承力通过本装置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，拉杆9另一端穿过本桥梁拉杆拉力测量装置7内孔后再穿过桥梁10 再固定在支撑体上；拉杆9安装好后，根据力的相互作用原理，拉杆9所受拉力的大小即为 本桥梁拉杆拉力测量装置7受压部件所受压力的大小。由于受压部件所受压力发生形变会 引起其内部电容器电极的距离变化，进而引起电容值大小的变化；而非受压部件的电容值 不会发生变化，通过信号处理电路将电容值转换为与之对应的电压值，通过两组电压的差 模放大可得到一个变化的电压，该变化的电压经A/D转换后输入到MCU内进行计算，即可得 出受压部件所受压力的大小，该压力即等于拉杆所受拉力；实施时，可靠内置显示模块的显 示器或者计算机对计算结果进行显示。具体地说，该计算步骤为 1、对制作好的传感器进行标定理想情况下，由于受压部件和非受压部件内的电 容完全一致，在未受压力时传感器输出的信号的差模结果为0。在受力后，传感器受到的压 力与电路测得的电压成正比，标定时施加一已知的压力，并同时测得输出电压，即可找到压 力与电压之间的比例系数。 2、测量时，可根据读取的电压值和标定的比例系数，对压力直接进行运算。也可将
同一规格传感器的比例系数固化到MCU中，由MCU直接计算输出压力结果。 实施时，将MCU和计算机采用线路连接至远方，可以实现对拉杆受力的长期远程 基于相同原理，本发明也可对桥梁拉索拉力进行测量和监测，具有测量精准，测量范围宽、不易受环境干扰、可实现在线监测等特点'
权利要求
一种桥梁拉杆拉力测量方法，其特征在于，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，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。
2. —种桥梁拉杆拉力测量装置，其特征在于，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，每个受压部件内部电容器并联设置，每个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。
3. 如权利要求2所述的桥梁拉杆拉力测量装置，其特征在于，在受压部件和非受压部 件之间为横向线连接。
4. 如权利要求2所示的桥梁拉杆拉力测量装置，其特征在于，电容器的两电极板均设 置为相对外凸的弧形。
全文摘要
本发明公开了一种桥梁拉杆拉力测量方法及其装置，该方法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，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。本发明具有测量精准、测量范围宽、不易受环境干扰、可实现在线监测等特点。
文档编号G01L5/00GK101738277SQ20101004202
公开日2010年6月16日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者周建庭, 宋军, 蓝章礼 申请人:重庆交通大学