CN106768506A - 一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，所述磁通量传感器包括内接线端子、外接线端子和柔性卷绕带；其中，所述内接线端子和外接线端子分别固定连接在所述柔性卷绕带的两端，所述柔性卷绕带包括柔性绝缘基以及嵌入所述柔性绝缘基内的激励线圈导线和测量线圈导线；所述激励线圈导线和测量线圈导线的两端分别与内接线端子和外接线端子内的励磁线圈接口和测量线圈接口连接。本申请提出一种卷带式磁通量传感器，其主要特点是使用可展开的带状结构代替了传统闭合式磁通量传感器的固定线圈卷筒结构，或者传统开环式磁通量传感器的两半式结构；其具有卷带原理简单、工艺简单，适于批量制造、可以大幅度降低成本等优点。
Description
技术领域
本发明属于结构检测领域，具体涉及一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器。
背景技术
当铁磁性材料受到外力作用时，其内部产生机械应力或应变，相应地磁导率发生改变，测定磁导率变化，就可以获知应力变化，基于这种磁弹效应制作的磁通量传感器，可以对铁磁性材料的机械应力进行测量。
典型的通量传感器由激磁线圈(初级线圈)和测量线圈(次级线圈)构成。在激磁线圈上施加激励信号，就会产生交变磁场，该磁场在测量线圈中就会产生感生电动势，对该感生电动势进行时间积分，会在测量线圈两端产生输出电压，该输出电压与线圈中的相对磁导率存在一定的关系，通过测定该输出电压，对铁磁材料结构进行若干组应力、温度下进行试验，建立相对磁导率变化与结构应力、温度的关系，就可以实现测量铁磁性结构件应力的目的。
目前，磁通量传感器在工业中最典型的应用是测量拉索内力。实际应用的主要是闭合式磁通量传感器，为套入式安装(如江西飞尚科技有限公司的FS-CCTB型)，由于拉索两端受到约束，所以一般只能在拉索安装的同时将传感器套在索体上，如果拉索安装完毕，一般只能通过现场绕制线圈的方法使用，应用存在较大局限，但是长期以来没有更好的解决办法。开环式磁通量传感器的结构为两半式，主要用于施工后期的长期监测，对施工无特殊要求，夹在拉索保护管处即可，安装及维护方便，没有施工期限的限制，如申请号为201310718127.2的发明专利和以及申请号为201510093450.4的发明专利申请中所公开的开环式磁通量传感器，但由于成本较高等原因，目前开环式磁通量传感器应用仍有较大局限。
目前已经建成的世界最大口径射电望远镜FAST，其主反射面是通过索网来支撑的，该索网由约7000根钢索制成。整个索网又由直径500m的环形圈梁结构支撑。在望远镜运行期间，对结构内力尤其是索的内力监测要求较高，由于可能需要的监测点数量较多，对传感器的成本和易用性要求很高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其使用可展开的带状结构代替了传统闭合式磁通量传感器的固定线圈卷筒结构，或者传统开环式磁通量传感器的两半式结构；其具有卷带原理简单、工艺简单，适于批量制造、可以大幅度降低成本等优点。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，所述磁通量传感器包括内接线端子、外接线端子和柔性卷绕带；其中，所述内接线端子和外接线端子分别固定连接在所述柔性卷绕带的两端，所述柔性卷绕带包括柔性绝缘基以及嵌入所述柔性绝缘基内的激励线圈导线和测量线圈导线；所述激励线圈导线和测量线圈导线的两端分别与内接线端子和外接线端子内的励磁线圈接口和测量线圈接口连接。
进一步，所述激励线圈导线和测量线圈导线依次间隔嵌入所述柔性绝缘基内。
进一步，所述激励线圈导线和测量线圈导线为通过沉积工艺制作在所述柔性绝缘基上的导电材料。
进一步，所述激励线圈导线和测量线圈导线为部分嵌入所述柔性绝缘基内的导体，即导体的表面只有部分嵌入柔性绝缘基内。
进一步，所述激励线圈导线和测量线圈导线为完全嵌入所述柔性绝缘基内的导体。
进一步，所述磁通量传感器还包括保护套，所述保护套由两块形状与被测构件外表面相适配的绝缘壳体构成，两块绝缘壳体对接后包覆在被测构件外表面。
进一步，所述磁通量传感器还包括转动套，所述内接线端子固定连接在所述转动套的外表面；所述转动套套接在被测构件外侧。
进一步，所述保护套由聚四氟乙烯制成。
进一步，所述转动套由聚四氟乙烯制成。
进一步，所述柔性绝缘基为绝缘布、软PCV或硅酸铝毯的任一种。
本发明具有以下有益技术效果：
1、卷带原理简单、工艺简单，适于批量制造、可以大幅度降低成本。
2、与传统的单线绕制磁通量传感器相比，本发明采用在同一层中并联多根导线的方式，在没有降低线圈匝数的同时，大幅度降低了电路电阻，因而降低了工作电压，降低了供电要求，增加了感应电流，提高了信噪比。
3、由于采用的是同一层并联多根导线的方式，而且导线是通过压制或沉积工艺制作在基材上的，所以不容易发生断线的情况，即使出现断线，对使用的影响也很容易消除。
4、通过通用的内接线端子或外接线端子，可以实现卷带的模块化，可以根据实际需要，通过串联或并联、单层或多层的方式满足不同需求。
5、由于采用卷带式结构，本磁通量传感器受构件截面形状限制很小，只要是封闭的、母线为直线的自由表面即可。
6、对被测构件内力测量完毕后，可以将卷带固定在被测结构件上，以便实时监测或者下一次监测；也可以将卷带拆卸下来，在别处使用。
附图说明
图1为本发明实施例的磁通量传感器使用状态结构示意图；
图2为本发明实施例的激励线圈导线和测量线圈导线嵌入柔性绝缘基内的结构截面结构示意图；
图3为本发明另一实施例的激励线圈导线和测量线圈导线嵌入柔性绝缘基内的结构截面结构示意图；
图4为本发明另一实施例的激励线圈导线和测量线圈导线嵌入柔性绝缘基内的结构截面结构示意图；
图5为本发明实施例的磁通量传感器矩形卷绕的结构示意图。
具体实施方式
下面，参考附图，对本发明进行更全面的说明，附图中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以体现为多种不同形式，并不应理解为局限于这里叙述的示例性实施例。而是，提供这些实施例，从而使本发明全面和完整，并将本发明的范围完全地传达给本领域的普通技术人员。
如图1所示，本发明了提供了一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，该磁通量传感器包括内接线端子5、外接线端子8和柔性卷绕带4；其中，内接线端子5和外接线端子8分别固定连接在柔性卷绕带4的两端，柔性卷绕带4包括柔性绝缘基以及嵌入柔性绝缘基内的激励线圈导线和测量线圈导线；激励线圈导线和测量线圈导线的两端分别与内接线端子5和外接线端子8内的励磁线圈接口6和测量线圈接口7连接。激励线圈导线和测量线圈导线依次间隔嵌入柔性绝缘基内，导线之间的间距设置的尽可能小。
如图2所示，激励线圈导线和测量线圈导线为通过沉积工艺制作在柔性绝缘基上的导电材料。
如图3所示，激励线圈导线和测量线圈导线为部分嵌入柔性绝缘基内的导体，即导体的表面只有部分嵌入柔性绝缘基内。
如图4所示，激励线圈导线和测量线圈导线为完全嵌入柔性绝缘基内的导体。
磁通量传感器还包括保护套2，保护套2由两块形状与被测构件1外表面相适配的绝缘壳体构成，两块绝缘壳体对接后包覆在被测构件2外表面。保护套2由聚四氟乙烯制成。
磁通量传感器还包括转动套3，内接线端子5固定连接在转动套3的外表面；转动套3套接在被测构件1外侧。转动套3由聚四氟乙烯制成。
柔性绝缘基为绝缘布、软PCV或硅酸铝毯的任一种，也可以由其他柔性绝缘材料制成。
实际操作时，首先将保护套固定在被测构件外表，将转动套的两半分别合在保护套外部，然后在其外部选用一定长度的卷带材料，在其一端安装内接线端子，并将内接线端子固定在转动套上。按照需要的方向使转动套转动，即可将卷带缠绕在构件外部。当卷绕到一定层数后，即可截断卷带，连接上外接线端子，将转动套固定在保护套上防止转动。使用外部连接电路，包括激励设备和信号采集设备，即可构成一套磁通量测结构内力系统。测量完毕，如果需要拆卸，解除转动套的固定，将卷带外接线端子固定在一个圆形轴上，使该轴转动，即可将卷带缠绕到该圆形轴上，同时将卷带从被测圆形截面构件上拆卸下来。
如果被测构件不是圆形截面，除了不方便使用转动套因而卷绕和拆卸过程稍微复杂之外，其它使用方法与圆形截面构件的操作类似。
本发明中，磁通量传感器所使用的激磁设备、信号测量设备可以采用与传统的磁通量传感器相同的原理，磁通量传感器零点的标定与传统的磁通量传感器相同。本发明的磁通量传感器具有的优点使得其尤其适用于FAST索网结构、鸟巢等已经建成而又需要补充受力监测点的钢结构的受力监测。
如图5所示，本发明采用的是卷带结构，不仅适用于圆形截面构件，还适用于非圆形截面构件。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述磁通量传感器包括内接线端子、外接线端子和柔性卷绕带；其中，所述内接线端子和外接线端子分别固定连接在所述柔性卷绕带的两端，所述柔性卷绕带包括柔性绝缘基以及嵌入所述柔性绝缘基内的激励线圈导线和测量线圈导线；所述激励线圈导线和测量线圈导线的两端分别与内接线端子和外接线端子内的励磁线圈接口和测量线圈接口连接。
2.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述激励线圈导线和测量线圈导线依次间隔嵌入所述柔性绝缘基内。
3.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述激励线圈导线和测量线圈导线为通过沉积工艺制作在所述柔性绝缘基上的导电材料。
4.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述激励线圈导线和测量线圈导线为部分嵌入所述柔性绝缘基内的导体，即导体的表面只有部分嵌入柔性绝缘基内。
5.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述激励线圈导线和测量线圈导线为完全嵌入所述柔性绝缘基内的导体。
6.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述磁通量传感器还包括保护套，所述保护套由两块形状与被测构件外表面相适配的绝缘壳体构成，两块绝缘壳体对接后包覆在被测构件外表面。
7.根据权利要求1所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述磁通量传感器还包括转动套，所述内接线端子固定连接在所述转动套的外表面；所述转动套套接在被测构件外侧。
8.根据权利要求6所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述保护套由聚四氟乙烯制成。
9.根据权利要求7所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述转动套由聚四氟乙烯制成。
10.根据权利要求7所述的用于铁磁性材料内力检测的磁通量传感器，其特征在于，所述柔性绝缘基为绝缘布、软PCV或硅酸铝毯的任一种。
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