基于变极距电容传感的索力测量装置的制作方法

本实用新型基于变极距电容传感的索力测量装置属于桥梁工程测量技术领域。

背景技术：

拉索是斜拉桥、悬索桥的重要承重构件，在桥梁的设计施工中，需要调整拉索的索力，使桥梁处于最佳受力状态；同时在桥梁投入使用后，在后期对桥梁的维护过程中，也需要及时调整索力，使之符合设计要求，所以对桥梁拉索的索力进行精确测量，对桥梁施工以及后期运营维护起着非常重要的作用。

在现有对桥梁索力的测量方法中，压力表法与压力传感器标定法仅适用于桥梁施工阶段对拉索索力的测量，其中压力表法需对压力表盘进行人工读数，测量误差大；传感器标定法需将传感器预埋如锚定区，且承重范围大的压力传感器价格昂贵。频率法以获取拉索振动频率为手段，利用频率与索力力学方程可间接求取拉索的索力。频率法目前多采用加速度传感器拾取拉索的振动频率，但存在着传感器成本高，数据采集设备复杂，以及受桥面振动对拉索的振动附加效应影响，导致测量精度降低。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本实用新型提供了基于变极距电容传感的索力测量装置，该装置可用于施工及运营阶段的索力测量，测量精度高，设备成本低。

本实用新型的目的是这样实现的：

基于变极距电容传感的索力测量装置，包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架、绝缘衬套、定极板、动极板、绝缘衬底和引线，以及安装在定极板和绝缘衬底之间的弹簧片；其中，定极板和动极板为截面为圆弧的金属极板，上定极板与上动极板、下定极板与下动极板正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套安装在定极板上，确保定极板与固定支架不发生电交换，绝缘衬底沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板之间不发生电交换，定极板与动极板通过引线与转换测量电路及单片机相连。

上述的基于变极距电容传感的索力测量装置，所述的转换测量电路包括C1、C2与变压器两个次级线圈构成的转换电桥，电阻Rw、R1、R2和二极管D1、D2、D3、D4组成检波电路，以及电阻R3、电容C3组成的滤波电路。

还包括，由滤波电路的输出连接至放大器的反向输入端，放大器的正向输入端通过电阻R4接地，通过串联的电阻R5、R6连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R6连接单片机。

有益效果：本实用新型基于变极距电容传感的索力测量装置，该装置利用变间隙电容器原理，将拉索的振动转化为动极板在两个定极板之间运动，电容量发生变化进行测量，并由转换测量电路将信号送入单片机进行信号处理，从而得到拉索的振动频率。传感单元设计简单，价格低廉，且测量精度高，测量设备简单方便，适用于施工及运营阶段的索力测量。

附图说明

图1是本实用新型基于变极距电容传感的索力测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型转换电路的电路图。

图3是本实用新型整形电路的电路图。

图中：1固定支架、2绝缘衬套、3定极板、31上定极板、32下定极板、4弹簧片、5动极板、51上动极板、52下动极板、6绝缘衬底、7引线。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型具体实施方式作进一步详细描述。

具体实施例一

本实施例的基于变极距电容传感的索力测量装置，结构示意图如图1所示，包括在拉索截面所在平面内，按照由外向内的顺序依次安装在拉索上下两侧的固定支架1、绝缘衬套2、定极板3、动极板5、绝缘衬底6和引线7；以及安装在定极板3和绝缘衬底6之间的弹簧片4；其中，定极板3和动极板5为截面为圆弧的金属极板，上定极板31与上动极板51、下定极板32与下动极板52正对构成电容器C1和C2，极板间隙相等；绝缘衬套2安装在定极板3上，确保定极板3与固定支架1不发生电交换，绝缘衬底6沿圆周安装在拉索上，确保拉索与动极板5之间不发生电交换，定极板3与动极板5通过引线7与转换测量电路及单片机相连。

具体实施例二

本实施例的基于变极距电容传感的索力测量装置，转换测量电路的电路图如图2、图3所示，在具体实施例一的基础上，进一步限定所述的转换测量电路包括C1、C2与变压器两个次级线圈构成的转换电桥，电阻Rw、R1、R2和二极管D1、D2、D3、D4组成检波电路，以及电阻R3、电容C3组成的滤波电路。

还包括，由滤波电路的输出连接至放大器的反向输入端，放大器的正向输入端通过电阻R4接地，通过串联的电阻R5、R6连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R6连接单片机。

该装置利用变间隙电容器原理，将拉索的振动转化为动极板5在定极板3之间运动，电容量发生变化进行测量，将电容C1、C2接入电桥的相邻臂组成差动电桥，得到输出电压U，在放大电路进行放大，滤波电路进行滤波后，利用滞回比较器进行信号整形，然后送入单片机进行处理。

输出电压U的频率与拉索振动频率相等，该装置利用拉索振动时在接近一侧极板则必然会远离另一侧极板，电容器的电容会随极板间距变化而变化，通过测量电容量的变化频率间接获取拉索的振动频率，然后通过拉索频率与拉索索力的力学方程求取索力T，力学方程如下式：

T＝4ml²f²

其中，T表示拉索索力(N)，m表示拉索线密度(kg/m)，l表示拉索计算长度(m)，f表示振动频率(Hz)。