预应力钢绞线预应力测量装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及结构监测领域，具体设及一种预应力钢绞线预应力测量装置及使用该 装置进行预应力测量的方法。
【背景技术】
[0002] 目前预应力钢绞线的预应力测量方法主要由磁通量法、声传感法、微压痕技术W 及光纤传感技术等。声传感利用超声波信号在材料中发射、衍射过程中出现的传播速度、幅 度、频率等变化，但测量精度不高；微压痕检测通过在微细刚性材料阵列中压入受测材料， 从而测量材料对微纳入材料的压入抵抗能力及反应情况，确定材料的力学性质，但在预应 力钢绞线受力状态下确定应力状态的方法无确定结果，并且会对钢绞线产生一定的损伤； 光纤传感技术预先把布拉格光栅传感器预埋进预应力抢内部的方法来实现检测，但随着时 间推移，传感器老化加剧，严重影响测量准确性；磁通量法利用钢材的电磁效应来分析应力 分布及损伤等与电磁特性变化的一般规律，但预应力混凝±中预应力钢绞线受力，且无法 加载磁性线圈而无法使用；综上，对于预应力钢绞线的预应力测量，目前还没有合适准确的 方法。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的是提供一种预应力钢绞线预应力测量装置W及应用该装 置进行预应力测量的方法。
[0004] 本发明的目的之一是通过该样的技术方案实现的，预应力钢绞线预应力测量装 置，包括开关单元、充电模块和数据处理模块，所述开关单元通过钢绞线给充电模块充电， 所述数据处理模块采集钢绞线的输入信号和钢绞线的输出信号，所述数据处理模块将钢绞 线的输入信号和钢绞线的输出信号转化为充电模块的充电时间信号，通过充电时间的变化 量得到钢绞线电感的变化量，进而得到钢绞线的预应力变化量。
[0005] 本发明的目的之二是通过该样的技术方案实现的，一种预应力钢绞线预应力测量 方法，包括：
[0006] a.通过开关单元向钢绞线的输入端施加开关信号并给充电模块充电；
[0007] b.采集钢绞线输入端和输出端的信号；
[000引C.将钢绞线的输入信号和输出信号转化为充电模块的充电时间信号；
[0009] d.通过充电时间的变化量得到钢绞线电感的变化量，进而得到钢绞线的预应力变 化量。
[0010] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
[0011] a.实现无损测量，使用本方法，可W实现一种方便快捷的预应力检测，无条件限 审IJ，可W适合各种场合的预应力检测；
[001引b.设备集成化程度高，测量精度高，稳定性好，能够满足长期监测的需求；
[0013]C.不受外界环境影响，能够反映出结构的真实受力状态。
【附图说明】
[0014] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进 一步的详细描述，其中：
[0015] 图1为本发明的原理框图；
[0016] 图2为本发明的具体结构电路图。
【具体实施方式】
[0017] W下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例 仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
[001引本发明提供一种预应力钢绞线预应力测量装置，包括开关单元、充电模块和数据 处理模块，所述开关单元通过钢绞线给充电模块充电，所述数据处理模块采集钢绞线的输 入信号和钢绞线的输出信号，所述数据处理模块将钢绞线的输入信号和钢绞线的输出信号 转化为充电模块的充电时间信号，通过充电时间的变化量得到钢绞线电感的变化量，进而 得到钢绞线的预应力变化量。
[0019] 优选的，所述开关单元包括MOS管，所述MOS管的栅极接控制信号，MOS管的源极 接钢绞线的输入端，MOS管的漏极接Vee。
[0020] 优选的，所述充电模块为电容，电容的一端接地，另一端接钢绞线的输出端。
[0021] 优选的，所述数据处理模块包括第一非口、第二非口、第一与非口、第二与非口、计 数器和MCU，所述第一非口的输入端与钢绞线的输出端连接，第一非口的输出端与第一与非 口的第一输入端连接，所述第一与非口的第二输入端与钢绞线的输入端连接，第一与非口 的输出端与第二非口的输入端连接，第二非口的输出端与第二与非口的第一输入端连接， 第二与非口的第二输入端接晶振信号，所述第二与非口的输出端与计数器连接，所述计数 器的输出端与MCU连接。
[0022] 在本发明中，定义第一与非口的第一输入端为b端，第二输入端为a端，第二与非 口的第一输入端为C端，输出端为d端。
[0023] 由单片机控制mos管Q1给钢绞线连接的电容进行充电控制，根据电路可W得到如 下逻辑过程：
[0024] ①初始状态；a逻辑电平=0;b逻辑电平=1;c逻辑电平=0 ;
[0025] ②充电过程；a逻辑电平=1;b逻辑电平=1;c逻辑电平=1 ;
[0026] ⑨充电达到口控开启电平；a逻辑电平=1;b逻辑电平=0;c逻辑电平=0 ;
[0027] 因此在C端形成了一个口控信号，使得lOMHz晶振产生的信号在口控信号时间内 通过，然后由单片机对该段口控时间内通过的信号数量进行计数，从而计算出口控时间。 7 .
[0028] 由于加载在钢绞线上的电压U-定，则有= 根据电磁感应原理，在上电 dl 的一瞬间，电流会从0逐渐上升，因此电感会阻碍其上升，造成电容充电时间被延长（电容 充满的时间不变，只是开始充电的时间被延迟，因此整体充电时间被延时）。当钢绞线因预 应力发生改变后，其电感量会发生相应变化，进而影响电容的充放电时间，因此，只要计算 出电容充放电时间的变化量，就可W推算出钢绞线的电感变化量，进而计算出预应力的变 化量。
[0029] 对于钢绞线的电感有：
[0030]
【主权项】
1. 预应力钢绞线预应力测量装置，其特征在于：包括开关单元、充电模块和数据处理 模块，所述开关单元通过钢绞线给充电模块充电，所述数据处理模块采集钢绞线的输入信 号和钢绞线的输出信号，所述数据处理模块将钢绞线的输入信号和钢绞线的输出信号转化 为充电模块的充电时间信号，通过充电时间的变化量得到钢绞线电感的变化量，进而得到 钢绞线的预应力变化量。
2. 根据权利要求1所述的预应力钢绞线预应力测量装置，其特征在于：所述开关单元 包括MOS管，所述MOS管的栅极接控制信号，MOS管的源极接钢绞线的输入端，MOS管的漏极 接 Vcc。
3. 根据权利要求2所述的预应力钢绞线预应力测量装置，其特征在于：所述充电模块 为电容，电容的一端接地，另一端接钢绞线的输出端。
4. 根据权利要求3所述的预应力钢绞线预应力测量装置，其特征在于：所述数据处理 模块包括第一非门、第二非门、第一与非门、第二与非门、计数器和MCU，所述第一非门的输 入端与钢绞线的输出端连接，第一非门的输出端与第一与非门的第一输入端连接，所述第 一与非门的第二输入端与钢绞线的输入端连接，第一与非门的输出端与第二非门的输入端 连接，第二非门的输出端与第二与非门的第一输入端连接，第二与非门的第二输入端接晶 振信号，所述第二与非门的输出端与计数器连接，所述计数器的输出端与MCU连接。
5. -种预应力钢绞线预应力测量方法，其特征在于：包括 a. 通过开关单元向钢绞线的输入端施加开关信号并给充电模块充电； b. 采集钢绞线输入端和输出端的信号； c. 将钢绞线的输入信号和输出信号转化为充电模块的充电时间信号； d. 通过充电时间的变化量得到钢绞线电感的变化量，进而得到钢绞线的预应力变化 量。
6. 根据权利要求5所述的预应力钢绞线预应力测量方法，其特征在于：所述开关单元 包括MOS管，所述MOS管的栅极接控制信号，MOS管的源极接钢绞线的输入端，MOS管的漏极 接 Vcc。
7. 根据权利要求6所述的预应力钢绞线预应力测量方法，其特征在于：所述充电模块 为电容，电容的一端接地，另一端接钢绞线的输出端。
8. 根据权利要求7所述的预应力钢绞线预应力测量方法，其特征在于：所述数据处理 模块包括第一非门、第二非门、第一与非门、第二与非门、计数器和MCU，所述第一非门的输 入端与钢绞线的输出端连接，第一非门的输出端与第一与非门的第一输入端连接，所述第 一与非门的第二输入端与钢绞线的输入端连接，第一与非门的输出端与第二非门的输入端 连接，第二非门的输出端与第二与非门的第一输入端连接，第二与非门的第二输入端接晶 振信号，所述第二与非门的输出端与计数器连接，所述计数器的输出端与MCU连接。
【专利摘要】本发明公开了一种预应力钢绞线预应力测量装置，包括开关单元、充电模块和数据处理模块，所述开关单元通过钢绞线给充电模块充电，所述数据处理模块采集钢绞线的输入信号和钢绞线的输出信号，所述数据处理模块将钢绞线的输入信号和钢绞线的输出信号转化为充电模块的充电时间信号，通过充电时间的变化量得到钢绞线电感的变化量，进而得到钢绞线的预应力变化量。本发明能够实现无损测量，可以实现一种方便快捷的预应力检测，无条件限制，可以适合各种场合的预应力检测。
【IPC分类】G01L5-10
【公开号】CN104880273
【申请号】CN201510315049
【发明人】张奔牛
【申请人】重庆交通大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月10日