专利名称：一种桥梁拉杆拉力测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种悬索桥、斜拉桥等桥梁拉杆所受拉力大小的测量装置。
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，上述现有的测量技术，均具有测量误差大的缺陷。
实用新型内容本实用新型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装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下的技术方案一种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。本装置其使用时，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，测量计算系统可对两值进行测量并计算得出装置当前受到的压力大小。相对现有技术，本实用新型具有以下优点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实用新型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，故使得本实用新型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为本实用新型桥梁拉杆拉力测量装置的结构示意图。图2为本实用新型桥梁拉杆拉力测量装置的受压部件和非受压部件之间连接位 置局部放大结构示意图。图3为本实用新型桥梁拉杆拉力测量装置使用时安装结构示意图。图4为本实用新型电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型做进一步详细说明。如图1所示，实施时，本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1两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。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响，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。本装置 还包括有测量计算系统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，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。[0024]本实用新型的电路结构如图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，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 接入测量计算系统内的信号预处理电路11，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 算结果由显示模块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 监测。基于相同原理，本实用新型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。
2.如权利要求1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。
3.如权利要求1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。
专利摘要本实用新型公开了一种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。本实用新型具有测量精准、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G01L1/14GK201569530SQ201020055279
公开日2010年9月1日 申请日期2010年1月7日 优先权日2010年1月7日
发明者王菁, 蓝章礼 申请人:重庆交通大学