基于霍尔效应的索力测量装置的制作方法

本实用新型基于霍尔效应的索力测量装置属于桥梁工程测量技术领域。

背景技术：

吊索是斜拉桥、悬索桥的重要承重构件，在桥梁的设计施工中，需要调整吊索的索力，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，所以对桥梁吊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吊索索力的测量，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。频率法以获取吊索振动频率为手段，利用频率与索力力学方程可间接求取吊索的索力。频率法目前多采用加速度传感器拾取吊索的振动频率，但存在着传感器成本高，数据采集设备复杂，以及受桥面振动对吊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霍尔效应的索力测量装置，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：

基于霍尔效应的索力测量装置，包括两个截面为扇形的夹筒，两个夹筒相对，端面紧靠并用合页连接，夹筒内沿圆周安装有厚度均匀的防滑垫，当两个夹筒闭合时，另外的两个端面平行，并用螺钉固定，平行端面内设置有两块永磁铁，且相对面极性相异，确保夹筒开口内有垂直水平面的匀强磁场；

还包括固定在地面并置于夹筒开口内的匀强磁场内的霍尔传感器。

上述的基于霍尔效应的索力测量装置，所述的霍尔传感器的两个引脚分别连接电源VCC与地，第三根引脚通过电阻R1连接至放大器的反向输入端，通过电阻R2连接至放大器的正向输入端，电阻R3分别连接至放大器的反向输入端和输出端构成反向放大，正向输入端经电阻R2接地，输出端连接至滤波整形电路；

所述的滤波整形电路由转换电路的输出通过电阻R4连接至放大器的反向输入端，放大器的反向输入端通过电容C1接地，放大器的正向输入端通过电阻R5接地，通过串联的电阻R6、R7连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R7连接单片机。

有益效果：本实用新型基于霍尔效应的索力测量装置，该装置利用了霍尔传感器在匀强梯度磁场中，输出的霍尔电动势与位移量具有良好的线性关系进行测量。当吊索振动时，固定在吊索上的永磁铁就会相对霍尔传感器进行运动，在霍尔传感器的工作电流保持不变的情况下，输出的霍尔电动势就会与吊索的振动幅度与频率有关，通过对应的测量电路将信号传输给单片机进行信号处理，得到吊索的振动频率。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是本实用新型基于霍尔效应的索力测量装置的结构示意图。

图2是本实用新型放大电路的电路图。

图3是本实用新型滤波整形电路的电路图。

图中：1夹筒、2防滑垫、3永磁铁、4霍尔传感器、5螺钉、6合页。

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

本实施例的基于霍尔效应的索力测量装置，结构示意图如图1所示，包括两个截面为扇形的夹筒1，两个夹筒1相对，端面紧靠并用合页6连接，夹筒内沿圆周安装有厚度均匀的防滑垫2，当两个夹筒1闭合时，另外的两个端面平行，并用螺钉5固定，平行端面内设置有两块永磁铁3，且相对面极性相异，确保夹筒1开口内有垂直水平面的匀强磁场；

还包括固定在地面并置于夹筒1开口内的匀强磁场内的霍尔传感器4。

该装置利用了霍尔传感器4在匀强梯度磁场中，输出的霍尔电动势与位移量具有良好的线性关系进行测量。当吊索振动时，固定在吊索上的永磁铁3就会相对霍尔传感器4进行运动，在霍尔传感器4的工作电流保持不变的情况下，输出的霍尔电动势就会与吊索的振动幅度、频率有关，通过对应的测量电路将信号传输给单片机进行信号处理，得到吊索的振动频率。

具体实施例二

本实施例的基于霍尔效应的索力测量装置，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，进一步限定霍尔传感器4的两个引脚分别连接电源VCC与地，第三根引脚通过电阻R1连接至放大器的反向输入端，通过电阻R2连接至放大器的正向输入端，电阻R3分别连接至放大器的反向输入端和输出端构成反向放大，正向输入端经电阻R2接地，输出端连接至滤波整形电路；

所述的滤波整形电路由转换电路的输出通过电阻R4连接至放大器的反向输入端，放大器的反向输入端通过电容C1接地，放大器的正向输入端通过电阻R5接地，通过串联的电阻R6、R7连接至输出端构成滞回比较器，输出端通过电阻R7连接单片机。

当拉索在外部激励下产生振动后，夹筒1内安装的永磁铁3也会随拉索进行振动，也即相当于霍尔传感器4在永磁铁3形成的匀强梯度磁场中上下运动，进一步有霍尔传感器4产生霍尔电动势，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。

感应电动势的频率与拉索振动频率相等，该装置对感应电动势进行测量，通过拾取感应电动势的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)。