振弦式螺栓应力计的制作方法

本实用新型涉及岩土工程结构安全检测技术领域，特别是一种振弦式螺栓应力计。

背景技术：

在桥梁、建筑、铁路、交通、大坝、隧道及水利等工程中，需充分了解螺栓和被测构件的受力状态，传统方法是使用扭力扳手(力矩扳手)通过施加预紧力矩方法来控制螺栓的预紧力，从而算出螺栓的实际受力状态，但在准确度、及时性和直观性上较差，而且不能长期在线测量螺栓应力状态。特别是在螺栓张紧后，实际工作中螺栓受力状态怎么样，无法监测测量，从而给工程带来了很大的影响。

技术实现要素：

为了克服现有扭力扳手测量准确度低且不能长期在线测量等问题，本实用新型提供一种振弦式螺栓应力计，将钢弦敏感部件和电感线圈巧妙设计到钢体内，使其具有结构简单，体积重量小，测量方便，长期在线测量且测量结果精度高等优点更适合工程广泛应用。

本实用新型技术方案如下：

一种振弦式螺栓应力计，其特征在于，包括环形柱状钢体、钢弦敏感部件、电感线圈和电缆，所述钢体的环形臂在沿与钢体中心轴线平行的方向设置钢弦敏感部件安装孔，所述钢弦敏感部件固定设置于钢弦敏感部件安装孔中，所述钢体的环形臂还设置与钢弦敏感部件安装孔垂直交叉的线圈安装孔，所述电感线圈包括均固定设置于线圈安装孔的第一电感线圈和第二电感线圈，所述第一电感线圈和第二电感线圈分别位于钢弦敏感部件的两侧，所述钢体的环形中空大小与螺栓相匹配，各电感线圈的引线通过电缆接头与电缆的芯线相连。

优选地，所述钢弦敏感部件包括第一端块、第二端块以及设置于第一端块和第二端块之间的钢弦，所述第一端块和第二端块分别通过顶丝固定，各顶丝分别从钢体外环表面与第一端块和第二端块相对应的位置穿入并且所述顶丝与钢弦敏感部件安装孔垂直。

优选地，所述第一电感线圈包括圆软磁和缠绕在圆软磁上的线圈，所述第二电感线圈包括圆硬磁和缠绕在圆硬磁上的线圈，所述圆软磁和圆硬磁相互配合。

优选地，所述第一电感线圈和第二电感线圈通过胶粘剂分别粘接于钢弦敏感部件的钢弦两侧；所述第一电感线圈和所述第二电感线圈均包括公共接线端和信号接线端且二者的公共接线端相连，信号接线端的引线通过电缆接头与电缆的芯线相连。

优选地，所述钢弦敏感部件安装孔末端通过环氧树脂密封。

优选地，所述钢体的环形臂沿周向均匀分布若干个钢弦敏感部件安装孔，各钢弦敏感部件安装孔均设置钢弦敏感部件，并相应配置若干组电感线圈，各组电感线圈的引线均通过电缆接头与电缆的芯线相连。

优选地，所述钢体外环表面沿周向设置环形凹槽，所述线圈安装孔的末端落入所述环形凹槽中，各组电感线圈的引线分别排列在钢体的环形凹槽中，所述环形凹槽内充满环氧树脂并且充满环氧树脂的环形凹槽表面包裹有环形钢带。

优选地，所述钢体外环表面还设置有电缆固定块，所述电缆固定块通过内六角螺丝将环形钢带固定在钢体上，所述电缆接头设置在电缆固定块中。

优选地，还包括测量环境温度的热敏电阻，所述热敏电阻设置在电缆固定块上，所述电缆的一组芯线与所述热敏电阻的引脚相连，所述电缆另外的一组或多组芯线与电感线圈相连。

优选地，所述钢体的环形臂沿周向均匀分布三个或四个或六个钢弦敏感部件安装孔及相应钢弦敏感部件；所述电缆为八芯电缆或十芯电缆或十四芯电缆。

本实用新型的技术效果如下：

本实用新型所涉及的振弦式螺栓应力计，设置环形柱状钢体、钢弦敏感部件、电感线圈和电缆，通过在钢体特定位置设置的钢弦敏感部件安装孔以及垂直交叉的线圈安装孔，在各安装孔固定设置相应的钢弦敏感部件和电感线圈，从而将钢弦敏感部件和电感线圈巧妙设计到钢体内，钢体的环形中空大小与螺栓相匹配，在应用时螺栓从振弦式螺栓应力计的钢体的环形中空穿入并拧紧螺栓，在测量过程中通过螺栓松紧变化使得钢体所受应力改变，通过振弦式原理，带动钢弦敏感部件发生张拉变化，钢弦敏感部件固有频率发生改变，通过电感线圈激振钢弦并检测出电感线圈所感应的频率信号，并通过电缆进行信号输出，以便数据处理得到被测结构的应力变化，具有结构简单，体积重量小，成本大大降低，测量方便，能实现在线长期测量且测量结果精度高等优点，彻底解决了现有扭力扳手无法在线测量，测量精确度低等问题，本实用新型的振弦式螺栓应力计能够适用于螺栓、锚索、锚杆、锚栓等预留空间狭小的载荷测量及各岩土工程领域中。

附图说明

图1为本实用新型一种振弦式螺栓应力计的优选结构正视图。

图2为本实用新型一种振弦式螺栓应力计的优选结构俯视图。

图3为本实用新型一种振弦式螺栓应力计的优选结构局部剖视图。

图中各标号列示如下：

1－钢弦敏感部件，2－电感线圈，3－圆软磁，4－热敏电阻，5－环形钢带，6－圆硬磁，7－顶丝，8－钢体，9－内六角螺丝，10－电缆固定块，11－电缆接头，12－电缆，13－钢弦敏感部件安装孔。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行说明。

本实用新型涉及一种振弦式螺栓应力计，如图1-3所示优选结构的正视图、俯视图和局部剖视图，该振弦式螺栓应力计包括环形柱状钢体8，钢弦敏感部件1，电感线圈2及电缆12，钢体8的环形臂在沿与钢体8中心轴线平行的方向设置钢弦敏感部件安装孔13，钢弦敏感部件1固定设置于钢弦敏感部件安装孔13中，钢体8的环形臂还设置与钢弦敏感部件安装孔13垂直交叉的线圈安装孔(图中未示出)，电感线圈2包括均固定设置于线圈安装孔的第一电感线圈和第二电感线圈，第一电感线圈和第二电感线圈分别位于钢弦敏感部件1的两侧，钢弦敏感部件1用于检测电感线圈2所感应的频率信号，钢弦敏感部件1和电感线圈2被通过各安装孔巧妙设计到钢体8内，钢体8的环形中空大小与螺栓相匹配以便在应用时螺栓从振弦式螺栓应力计的钢体8的环形中空穿入，各电感线圈2的引线通过电缆接头11与电缆12的芯线相连。

钢弦敏感部件1作为测量元件，优选地，结合图3所示，钢弦敏感部件1包括第一端块、第二端块以及设置于第一端块和第二端块之间的钢弦(图中未示出)，位于两端的第一端块和第二端块分别通过用于紧固部件的顶丝7固定，各顶丝7分别从钢体8外环表面与第一端块和第二端块相对应的位置穿入并且所述顶丝7与钢弦敏感部件安装孔13垂直。需要说明的是，为使钢弦敏感部件1固定设置于钢弦敏感部件安装孔13中，除上述顶丝固定的方式外，也可以采用其它固定方式，如采用焊接方式来固定。进一步优选地，钢弦敏感部件安装孔13末端可通过环氧树脂密封，使得其整体密封性更好，还可以有效提升其防潮性。优选地，电感线圈2中的第一电感线圈包括圆软磁3和缠绕在圆软磁3上的线圈，第二电感线圈包括圆硬磁6和缠绕在圆硬磁6上的线圈，圆软磁3和圆硬磁6相互配合提高钢弦敏感部件1测量的精度。也就是说，每组钢弦敏感部件1需要用两个电感线圈——第一电感线圈和第二电感线圈，一个电感线圈装圆软磁，另一个电感线圈装圆硬磁。进一步地，第一电感线圈和第二电感线圈可以通过胶粘剂分别粘接于钢弦敏感部件1的钢弦两侧，该胶粘剂如502胶水等；所述第一电感线圈和所述第二电感线圈均包括公共接线端和信号接线端且二者的公共接线端相连，信号接线端的引线通过电缆接头11与电缆12的芯线相连。本实用新型的钢弦敏感部件1和电感线圈2的结构结合振弦测量工作原理完整实现对被测量结构应变量的测量，具体地，当被测结构产生轴向变形时，从钢体8的环形中空穿过的螺栓发生松紧变化，钢体8所受应力改变产生同步变形，使钢弦敏感部件1的应力发生变化，从而改变钢弦敏感部件1的固有频率，电感线圈2激振钢弦输出信号并检测出电感线圈2所感应的频率信号，并通过电缆12进行信号输出，经过换算得到被测结构的变化量，完成测量，本实用新型通过在钢体8特定位置设置的钢弦敏感部件安装孔13以及垂直交叉的线圈安装孔，在各安装孔固定设置相应的钢弦敏感部件1和电感线圈2，从而将钢弦敏感部件1和电感线圈2巧妙设计到钢体8内，使整体结构变得更加简单，整体体积缩小，大大降低了成本，适用范围变得更广，实用性极强。

优选地，所述钢体8的环形臂沿周向均匀分布若干个钢弦敏感部件安装孔13，各钢弦敏感部件安装孔13均设置钢弦敏感部件1，并相应配置若干组电感线圈2，各组电感线圈2的引线均通过电缆接头11与电缆12的芯线相连。钢体8为环形柱状结构，可采用高强度合金结构钢经过热处理后加工成型。根据钢体8结构大小及测量精度的要求，可以同时分布安装三组钢弦敏感部件1、四组钢弦敏感部件1、或六组钢弦敏感部件1三种类型，也就是说，钢体8的环形臂沿周向均匀分布三个或四个或六个钢弦敏感部件安装孔13及相应钢弦敏感部件1。如图2所示，该实施例是均匀分布三个钢弦敏感部件安装孔13，安装三组钢弦敏感部件1。作用在钢体8的荷载可由固定在钢体8上的钢弦敏感部件1直接测出，均匀分布的钢弦敏感部件1可以减少或消除不均匀或偏心荷载的影响。确保振弦式螺栓应力具有极好的灵敏性、可靠性及长期稳定性，同时优化设计使振弦式螺栓应力计结构更简单，体积重量小，成本也大大降低。并且测量方便简单，能够长期在线测量，测量结果精度高，环境适应性强等优点更适合工程广泛运用。

优选地，钢体8外环表面沿周向设置环形凹槽，线圈安装孔的末端落入该环形凹槽中，各组电感线圈2的引线分别排列在钢体8的环形凹槽中，环形凹槽内充满环氧树脂并且充满环氧树脂的环形凹槽表面包裹有环形钢带5。优选地，钢体8外环表面还设置有电缆固定块10，电缆固定块10可以通过两个内六角螺丝9将环形钢带5固定在钢体8上，电缆接头11设置在电缆固定块10中；也就是说，每组电感线圈2的引线分别排列在钢体8的环形凹槽中并从电缆固定块10固定电缆接头11的孔中引出，电缆12通过电缆接头11固定。

优选地，振弦式螺栓应力计还包括测量环境温度的热敏电阻4，热敏电阻4设置在电缆固定块10上，电缆12的一组芯线与所述热敏电阻4的引脚相连，电缆12另外的一组或多组芯线与电感线圈2相连，热敏电阻4根据环境温度信息对振弦式螺栓应力计进行温度参数修正。电缆12为振弦式螺栓应力计提供信号输出及输入，电缆12可优选为八芯电缆或十芯电缆或十四芯电缆，根据钢体8分布的钢弦敏感部件1的数量进行选用。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明创造，但不以任何方式限制本发明创造。因此，尽管本说明书参照附图和实施例对本发明创造已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明创造进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明创造的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明创造专利的保护范围当中。