CN101813534B - 一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置，在相互隔离的线圈中通过电流产生磁场，使被测对象磁化，向激磁线圈馈入幅值衰减的交变电流，随之馈入直流电流，向激励线圈馈入交变电流，感应线圈输出与被测材料应力相关的电压信号；测量装置包括幅值随时间衰减的脉冲电流发生器、直流电源、幅值恒定的交变电流发生器、补偿器和电压信号处理器。可以连续监测铁磁材料应力变化，实现多种钢铁制品在线应力测量，例如用于悬索桥钢缆承载、起重设备钢索动态负荷以及钢筋内部应力等非接触连续测量，为交通设施、工程机械和建筑结构提供必需的安全监测。
Description
技术领域
本发明属于检测技术，具体涉及一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法与装置。
背景技术
目前以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法，是在被测材料表面上放置一个由电感与电容构成的谐振线圈，通过与被测对象不接触的耦合电路，探测由于应力引起的被测对象导磁率改变导致的线圈谐振频率变化，从而获得被测对象在工作状态下应力连续变化的信息，典型方案如TYREN，Carl，H.发明的专利技术WO 91/00494，PCT/SE 90/0044。
这种方案的不足之处在于被测对象产生的涡流对谐振频率产生影响。此外，不同空间位置铁磁材料导磁率变化对线圈谐振频率影响不同，由频率反演应力的过程十分复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的方法与装置，以非接触方式连续测量铁磁材料内部的应力。利用本发明，可以获取应力连续变化的信息，实现应力在线实时测量。
本发明的方法是，采用互相隔离的激磁线圈〔1〕、感应线圈〔2〕、激励线圈〔3〕和补偿线圈〔4〕，向激磁线圈〔1〕馈入幅值由极大值逐渐减小到零的交变电流，此后向其馈入直流电流，并向激励线圈〔3〕馈入交变电流，向线圈〔4〕馈入补偿电流，感应线圈〔2〕两端输出与被测铁磁材料应力相关的连续信号。
实现本发明的装置包括互相隔离的激磁线圈〔1〕、感应线圈〔2〕、激励线圈〔3〕和补偿线圈〔4〕，产生幅度由极大值逐渐减小到零的交变电流脉冲发生器，产生偏磁电流的直流电源，产生激励信号的交变电流发生器，补偿偏磁电流随机变化的补偿电压信号发生器，以及感应信号处理单元。
本发明的技术方案与现有技术方案相比较，其有益效果是，可以获取应力连续变化的信息。依据本发明，可以制造用于多种对象的非接触磁应力检测装置，实现应力连续监测，发现应力载荷瞬间突变，为桥梁、建筑结构、动力***和起重设备安全运行提供必要的监测技术手段。
附图说明
图1示出本发明采用的通过激磁线圈的电流波形
图2示出通过激励线圈的电流波形
图3示出本发明测量装置电路框图
图4示出与补偿线圈相连的补偿器电路框图
图5示出感应线圈输出电压信号检测器电路框图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法与装置作详细描述。
测量过程中向激磁线圈〔1〕馈入幅值逐渐衰减到零的交变脉冲电流和后续直流电流，如图1所示，向激励线圈〔3〕馈入幅值不变的交变电流，如图2所示〔图1和图2中横坐标T表示时间，纵坐标I表示馈入的电流〕，向补偿线圈〔4〕馈入补偿电压信号，从感应线圈〔2〕两端获取与被测材料应力相关的电压信号。馈入线圈〔1〕的幅值逐渐衰减到零的交变脉冲电流频率在0.1到10000HZ之间，最大幅值在0.01～1A之间，幅值由最大值衰减到零的持续时间在0.1～200秒之间，后续馈入线圈〔1〕的直流电流幅值在0.001～2A之间，馈入激励线圈〔3〕的交变电流幅值在0.001～2A之间，频率在0.1～10000HZ之间。
测量装置包括互相隔离的激磁线圈〔1〕、感应线圈〔2〕、激励线圈〔3〕和和补偿线圈〔4〕、幅值逐渐减小到零的交变电流脉冲发生器〔5〕、直流电源〔6〕、电压信号处理装置〔7〕、交变电流发生器〔8〕和补偿信号发生器〔9〕，如图3所示。补偿信号发生器〔9〕由取样电阻〔10〕、基准电压源〔11〕、差分放大器〔12〕和功率放大器〔13〕构成，功率放大器〔13〕的输出端与补偿线圈〔4〕相连，如图4所示。感应线圈〔2〕输出的与被测材料应力相关电压信号的处理装置〔7〕包括检波器〔14〕和滤波器〔15〕，如图5所示。
Claims (5)
1.一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的装置，包括互相隔离的激磁线圈〔1〕和感应线圈〔2〕，其特征是，还包括激励线圈〔3〕、补偿线圈〔4〕、输出电流幅值逐渐由极大值减小到零的交变脉冲电流发生器〔5〕、直流电源〔6〕、电压信号处理装置〔7〕、交变电流发生器〔8〕和补偿信号发生器〔9〕，补偿信号发生器〔9〕由取样电阻〔10〕、基准电压源〔11〕、差分放大器〔12〕和功率放大器〔13〕构成，功率放大器〔13〕的输出端与补偿线圈〔4〕相连。
2.根据权利要求1所述的一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的装置，其特征是，感应线圈〔2〕输出的与被测材料应力相关的电压信号的电压信号处理装置〔7〕包括检波器〔14〕和滤波器〔15〕。
3.一种使用权利要求1的以非接触方式连续测量铁磁材料应力的装置的以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法，使用相互隔离的激磁线圈〔1〕和感应线圈〔2〕，向激磁线圈馈入激磁电流使被测铁磁材料磁化，其特征是，还使用激励线圈〔3〕和补偿线圈〔4〕，向激磁线圈〔1〕馈入幅值由极大值逐渐减小到零的交变脉冲电流，此后向其馈入直流电流，并向激励线圈〔3〕馈入交变电流，向补偿线圈〔4〕馈入补偿电流，感应线圈〔2〕两端输出与被测铁磁材料应力相关的连续信号。
4.根据权利要求3所述的一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法，其特征是，馈入激磁线圈〔1〕的幅值逐渐衰减到零的交变脉冲电流频率在0.1到10000HZ之间，最大幅值在0.01～1A之间，幅值由最大值衰减到零的持续时间在0.1～200秒之间，后续馈入的直流电流幅值在0.001～2A之间。
5.据权利要求3所述的一种以非接触方式连续测量铁磁材料应力的方法，其特征是，馈入激励线圈〔3〕的交变电流幅值在0.001～2A之间，频率在0.1～10000HZ之间。
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