CN114878053B - 一种压电式新型高精度索力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种压电式新型高精度索力装置，涉及索力检测技术领域，包括索力检测单元和吊索，所述吊索连接在桥体上，所述索力检测单元连接在吊索的一端，所述索力检测单元包括记忆合金块和压电式力传感器，所述记忆合金块内部的一侧设有安装槽，所述压电式力传感器设在安装槽的内部；所述记忆合金块的上端设有分载块，且记忆合金块的下端设有托板；本发明将吊索的下端连接索力检测单元中的压电式力传感器，以此检测吊索的索力，索力检测单元中，分载块支撑在桥体下，压电式力传感器挤压在分载块下方的一侧，通过压电式力传感器与分载块面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围。
Description
技术领域
本发明涉及索力检测技术领域，尤其涉及一种压电式新型高精度索力装置。
背景技术
近10年来，我国公路桥梁平均以每年2.7万座的速度增长，2015年末，全国公路桥梁达到77.9万座，已成为世界第一桥梁大国，拉索桥测量的需求将成倍提升，发展前景广阔，在拉索桥中，钢索是索桥的核心，在世界范围内，拉索桥的事故多源于此，因此，钢索的索力检测时关键；
现有技术中，索力检测一般采用油压读数法、压力传感器测定法、磁通量法和频率法，其中，油压读数法由千斤顶液压油缸的压力换算索力，并通过油表读取油压值来计算索力，但需提前标定油压表，且油压表的精度较压力传感器低；压力传感器测定法将穿心式压力传感器安装在千斤顶前端，并通过示值计算端部拉索张，但无法更换和拆除，且单价较高；磁通量法将线圈缠绕在拉索上形成小型磁场，并通过测定磁通量的变化来换算拉索索力，但线圈的制作成本高；频率法由传感器测量拉索在人工或环境激励下的信号并计算出拉索的频率，然后由频率和索结构参数计算拉索的索力，但受抗弯刚度、边界条件等影响使得测试精度存在一定偏差，因此，本发明提出一种压电式新型高精度索力装置以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种压电式新型高精度索力装置，该压电式新型高精度索力装置通过压电式力传感器与分载块面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种压电式新型高精度索力装置，包括索力检测单元和吊索，所述吊索连接在桥体上，所述索力检测单元连接在吊索的一端，所述索力检测单元包括记忆合金块和压电式力传感器，所述记忆合金块内部的一侧设有安装槽，所述压电式力传感器设在安装槽的内部；
所述记忆合金块的上端设有分载块，且记忆合金块的下端设有托板，所述压电式力传感器的上端和分载块之间设有卡环，所述分载块内部的一侧设有贯通孔，所述吊索的一端穿过所述贯通孔与所述压电式力传感器连接。
进一步改进在于：所述桥体包括支架和桥板，所述桥板安装在支架上，所述吊索连接在支架的两侧和桥板之间。
进一步改进在于：所述索力检测单元设在桥板的下方，所述吊索的下端穿过桥板与索力检测单元连接。
进一步改进在于：所述分载块上设有第一安装孔，且第一安装孔的内部设有第一安装螺栓，所述分载块通过第一安装螺栓与所述记忆合金块连接。
进一步改进在于：所述托板上设有第二安装孔，且第二安装孔的内部设有第二安装螺栓，所述托板通过第二安装螺栓与所述记忆合金块连接。
进一步改进在于：所述记忆合金块为温控记忆合金，当记忆合金块温度达到临界点后，所述记忆合金块拉伸，张紧所述压电式力传感器，开始测量；当记忆合金块降温，所述记忆合金块收缩，所述压电式力传感器不参与测量。
进一步改进在于：所述压电式力传感器包括壳体、晶组和盖体，所述晶组设在所述壳体的内部，所述盖体盖设在壳体的底部，所述壳体的上方设有安装孔，所述吊索通过安装孔与晶组连接。
进一步改进在于：所述压电式力传感器的信号输出端通过导线连接电荷放大器，且电荷放大器的输出端通过导线连接嵌入式前置处理模块PCB，所述嵌入式前置处理模块PCB连接控制终端。
本发明的有益效果为：
1、本发明将吊索的下端连接索力检测单元中的压电式力传感器，以此检测吊索的索力，索力检测单元中，分载块支撑在桥体下，压电式力传感器挤压在分载块下方的一侧，通过压电式力传感器与分载块面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围。
2、本发明采用温控记忆合金，当升高记忆合金块温度，达到临界点后，记忆合金块向下拉伸，张紧压电式力传感器向下产生偏移量，传感器开始测量，当降温，记忆合金块收缩，传感器不参与测量，以此针对不同的应力变量进行动态检测，使用更加可靠。
3、本发明采用晶组连接吊索，利用晶组形变进行测量，灵敏度高，配合电荷放大器将信号电荷放大、嵌入式前置处理模块PCB进行处理，有利于精确的高频跟踪动载变化，且零件成本低。
附图说明
图1为本发明的安装示意图；
图2为本发明的索力检测单元剖视图；
图3为本发明的索力检测单元拆分示意图；
图4为本发明的压电式力传感器拆分示意图；
图5为本发明的信号传输示意图。
其中：1、索力检测单元；2、吊索；3、记忆合金块；4、压电式力传感器；5、分载块；6、托板；7、卡环；8、贯通孔；9、支架；10、桥板；11、第一安装孔；12、第一安装螺栓；13、第二安装孔；14、第二安装螺栓；15、壳体；16、晶组；17、盖体；18、电荷放大器；19、嵌入式前置处理模块PCB。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例一
根据图1、2、3、4所示，本实施例提出了一种压电式新型高精度索力装置，包括索力检测单元1和吊索2，所述吊索2连接在桥体上，所述索力检测单元1连接在吊索2的一端，所述索力检测单元1包括记忆合金块3和压电式力传感器4，所述记忆合金块3内部的一侧设有安装槽，所述压电式力传感器4设在安装槽的内部；
所述记忆合金块3的上端设有分载块5，且记忆合金块3的下端设有托板6，所述压电式力传感器4的上端和分载块5之间设有卡环7，所述分载块5内部的一侧设有贯通孔8，所述吊索2的一端穿过所述贯通孔8与所述压电式力传感器4连接。使用时，吊索2连接在桥体上，将吊索2的下端连接索力检测单元1中的压电式力传感器4，索力检测单元1置于桥体下方，以此检测吊索2的索力，在此结构中，分载块5支撑在桥体下，压电式力传感器4挤压在分载块5下方的一侧，通过压电式力传感器4与分载块5面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围，同时，压电式力传感器4内部有任何问题时，都由分载块5承载，对吊索2预紧力不改变，形成保险效应。
所述桥体包括支架9和桥板10，所述桥板10安装在支架9上，所述吊索2连接在支架9的两侧和桥板10之间。所述索力检测单元1设在桥板10的下方，所述吊索2的下端穿过桥板10与索力检测单元1连接。使用时，将吊索2的下端连接索力检测单元1中的压电式力传感器4，索力检测单元1置于桥板下方，吊索2连接支架9和桥板10，以此检测吊索2的索力，在此结构中，分载块5支撑在桥板10下，压电式力传感器4挤压在分载块5下方的一侧，通过压电式力传感器4与分载块5面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围。
所述分载块5上设有第一安装孔11，且第一安装孔11的内部设有第一安装螺栓12，所述分载块5通过第一安装螺栓12与所述记忆合金块3连接。所述托板6上设有第二安装孔13，且第二安装孔13的内部设有第二安装螺栓14，所述托板6通过第二安装螺栓14与所述记忆合金块3连接。使用时，通过第一安装螺栓12将承载块5固定在记忆合金块3上方，然后将分载块5安装在桥板10下方，通过第二安装螺栓14将托板6固定在记忆合金块3下方。
所述记忆合金块3为温控记忆合金，当记忆合金块3温度达到临界点后，所述记忆合金块3拉伸，张紧所述压电式力传感器4，开始测量；当记忆合金块3降温，所述记忆合金块3收缩，所述压电式力传感器4不参与测量。使用时，记忆合金块3采用温控记忆合金，当升高记忆合金块3温度，达到临界点后，记忆合金块3向下拉伸，张紧压电式力传感器4向下产生偏移量，压电式力传感器4承载开始测量，当降温，记忆合金块3收缩，压电式力传感器4不参与测量，以此针对不同的应力变量进行动态检测，使用更加可靠。
所述压电式力传感器4包括壳体15、晶组16和盖体17，所述晶组16设在所述壳体15的内部，所述盖体17盖设在壳体15的底部，所述壳体15的上方设有安装孔，所述吊索2通过安装孔与晶组16连接。使用时，采用晶组16连接吊索，利用晶组16形变进行测量，灵敏度高，零件成本低。
实施例二
根据图1、2、3、4、5所示，本实施例提出了一种压电式新型高精度索力装置，包括索力检测单元1和吊索2，所述吊索2连接在桥体上，所述索力检测单元1连接在吊索2的一端，所述索力检测单元1包括记忆合金块3和压电式力传感器4，所述记忆合金块3内部的一侧设有安装槽，所述压电式力传感器4设在安装槽的内部；
所述记忆合金块3的上端设有分载块5，且记忆合金块3的下端设有托板6，所述压电式力传感器4的上端和分载块5之间设有卡环7，所述分载块5内部的一侧设有贯通孔8，所述吊索2的一端穿过所述贯通孔8与所述压电式力传感器4连接。使用时，吊索2连接在桥体上，将吊索2的下端连接索力检测单元1中的压电式力传感器4，索力检测单元1置于桥体下方，以此检测吊索2的索力，在此结构中，分载块5支撑在桥体下，压电式力传感器4挤压在分载块5下方的一侧，通过压电式力传感器4与分载块5面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围，同时，压电式力传感器4内部有任何问题时，都由分载块5承载，对吊索2预紧力不改变，形成保险效应。
所述压电式力传感器4包括壳体15、晶组16和盖体17，所述晶组16设在所述壳体15的内部，所述盖体17盖设在壳体15的底部，所述壳体15的上方设有安装孔，所述吊索2通过安装孔与晶组16连接。使用时，采用晶组16连接吊索，利用晶组16形变进行测量，灵敏度高，零件成本低。
所述压电式力传感器4的信号输出端通过导线连接电荷放大器18，且电荷放大器18的输出端通过导线连接嵌入式前置处理模块PCB19，所述嵌入式前置处理模块PCB19连接控制终端。使用时，采用晶组16连接吊索，利用晶组16形变进行测量，灵敏度高，配合电荷放大器18将信号电荷放大、嵌入式前置处理模块PCB19进行处理，将检测信号传输给控制终端，有利于精确的高频跟踪动载变化。
本发明将吊索2的下端连接索力检测单元1中的压电式力传感器4，索力检测单元1置于桥板下方，吊索2连接支架9和桥板10，以此检测吊索2的索力，在此结构中，分载块5支撑在桥板10下，压电式力传感器4挤压在分载块5下方的一侧，通过压电式力传感器4与分载块5面积之比，形成分载效应，使得传感器部分承担预紧力，扩大传感器测量范围。同时，压电式力传感器4内部有任何问题时，都由分载块5承载，对吊索2预紧力不改变，形成保险效应。另外，记忆合金块3采用温控记忆合金，当升高记忆合金块3温度，达到临界点后，记忆合金块3向下拉伸，张紧压电式力传感器4向下产生偏移量，压电式力传感器4承载开始测量，当降温，记忆合金块3收缩，压电式力传感器4不参与测量，以此针对不同的应力变量进行动态检测，使用更加可靠。最后，本发明采用晶组16连接吊索，利用晶组16形变进行测量，灵敏度高，配合电荷放大器18将信号电荷放大、嵌入式前置处理模块PCB19进行处理，有利于精确的高频跟踪动载变化，且零件成本低。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.一种压电式新型高精度索力装置，包括索力检测单元（1）和吊索（2），其特征在于：所述吊索（2）连接在桥体上，所述索力检测单元（1）连接在吊索（2）的一端，所述索力检测单元（1）包括记忆合金块（3）和压电式力传感器（4），所述记忆合金块（3）内部的一侧设有安装槽，所述压电式力传感器（4）设在安装槽的内部；
所述记忆合金块（3）的上端设有分载块（5），且记忆合金块（3）的下端设有托板（6），所述压电式力传感器（4）的上端和分载块（5）之间设有卡环（7），所述分载块（5）内部的一侧设有贯通孔（8），所述吊索（2）的一端穿过所述贯通孔（8）与所述压电式力传感器（4）连接；
所述记忆合金块（3）为温控记忆合金，当记忆合金块（3）温度达到临界点后，所述记忆合金块（3）拉伸，张紧所述压电式力传感器（4），开始测量；当记忆合金块（3）降温，所述记忆合金块（3）收缩，所述压电式力传感器（4）不参与测量。
2.根据权利要求1所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述桥体包括支架（9）和桥板（10），所述桥板（10）安装在支架（9）上，所述吊索（2）连接在支架（9）的两侧和桥板（10）之间。
3.根据权利要求2所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述索力检测单元（1）设在桥板（10）的下方，所述吊索（2）的下端穿过桥板（10）与索力检测单元（1）连接。
4.根据权利要求1所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述分载块（5）上设有第一安装孔（11），且第一安装孔（11）的内部设有第一安装螺栓（12），所述分载块（5）通过第一安装螺栓（12）与所述记忆合金块（3）连接。
5.根据权利要求4所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述托板（6）上设有第二安装孔（13），且第二安装孔（13）的内部设有第二安装螺栓（14），所述托板（6）通过第二安装螺栓（14）与所述记忆合金块（3）连接。
6.根据权利要求1所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述压电式力传感器（4）包括壳体（15）、晶组（16）和盖体（17），所述晶组（16）设在所述壳体（15）的内部，所述盖体（17）盖设在壳体（15）的底部，所述壳体（15）的上方设有安装孔，所述吊索（2）通过安装孔与晶组（16）连接。
7.根据权利要求1所述的一种压电式新型高精度索力装置，其特征在于：所述压电式力传感器（4）的信号输出端通过导线连接电荷放大器（18），且电荷放大器（18）的输出端通过导线连接嵌入式前置处理模块PCB（19），所述嵌入式前置处理模块PCB（19）连接控制终端。
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| CN114878053A (zh) | 2022-08-09 |
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