基于磁通量传感器技术的箱梁预应力监控研究(2)

2 磁通量传感器标定

2.1 标定目的

待测构件选取φ15.24 mm钢绞线，在试验中心5 000 kN实验台上进行张拉，建立钢绞线不同拉力值与输出感应电压差值的对应关系，记录数据并进行拟合，得出计算公式的系数。建立输出感应电压差值与构件内力的对应关系后，用来测量构件内力。

2.2 磁弹仪功能与特点

本试验所采用的磁弹仪(见图2)可直接测量出传感器安装点的温度、构件感应电压，由此计算并显示构件内力。该磁弹仪的特点为：(1)直接测量构件信息；(2)属于高精度的非接触测量；(3)支持多通道传感器测量；(4)自动温度补偿；(5)支持远程测量和现场测量两种模式，可独立操作磁弹仪进行测量。

图2 磁弹仪示例图

图3 CDC16磁通量传感器示例图

2.3 磁通量传感器的特点

试验使用CDC16型磁通量传感器(如图3所示)。CDC16磁通量传感器外形尺寸较小，内径为16 mm，外径为28 mm，高度为40 mm，能穿过φ15.24 mm的钢绞线内进行测量。其技术参数为：(1)数据采集方式；(2)测量一次时间约为10 s；(3)静态测量；(4)最大接线长为传感器与磁弹仪之间250 m；(5)使用环境温度为-40 ℃～80 ℃；(6)供电电源为AC110～240 V，60/50 Hz。

2.4 试验方法

如图4所示，将CDC16磁通量传感器编号为CDC16-1至CDC16-10传感器，然后穿入φ15.24 mm的钢绞线内并固定。为避免磁通量传感器在标定过程中的相互影响，两传感器间距离必须保持30 cm以上。将钢绞线穿入试验张拉台中，两端安装工具锚、千斤顶、压力传感器及2000标准负荷测量仪，将压力传感器作为标准传感器并使用2000标准负荷测量仪进行读数(如图5所示)。电阻应变传感器与油压表共同控制张拉力值，从钢绞线预紧状态开始，将整个标定过程分为8级，每级30 kN进行逐级张拉加载，同时记录压力传感器读数及磁弹仪感应电压数据，根据记录的数据进行拟合，得到拟合曲线。

图4 试验张拉台和传感器现场图

图5 油压表和2000标准负荷测量仪现场图

2.5 标定结果

通过标定试验分别得出CDC16-1～CDC16-10传感器磁通量传感器的拟合系数表(见表1)，传感器CDC16-1、 CDC16-2、CDC16-3号为典型的测量数据和拟合曲线(见表2～4和图6～8)。

表1 磁通量传感器标定拟合系数表编号拟合系数 240.888 82-0.001 385.962 75× 210.722 47-7.471 44× 08× 920.709 48-6.317 77× 21× 150.927 87-8.37×10-46.33× 271.145 34-0.001 641.24× 650.864 59-3.23×10-44.75× 130.720 853.97×10-44.28× 810.888 24-4.16×10-53.52× 841.131 73-0.001 646.99× 810.894 12-4.36×10-44.69×10-6

表2 CDC16-1标定数据表感应电压值(V)力值(kN)温度(℃)

表3 CDC16-2标定数据表感应电压值(V)力值(kN)温度(℃).

表4 CDC16-3标定数据表感应电压值(V)力值(kN)温度(℃)..

图6 CDC16-1拟合曲线图

图7 CDC16-2拟合曲线图

图8 CDC16-3拟合曲线图

3 工程应用

预应力梁现场采用磁弹仪和磁通量传感器，在预应力梁张拉前将传感器安装至梁内。安装方法为：将传感器套在钢绞线上并固定在锚垫板内，外端安装开槽的工作锚并将传感器引线引出，引线端与磁弹仪连接。本次预应力箱梁索力检测试验通过桥梁预应力智能张拉系统进行张拉，张拉值为0%、10%、20%、100%。在开始测量前对磁弹仪进行调试，在张拉值为0%即还未开始张拉时用磁弹仪测量，并记录数据，将所测得的积分值输入磁弹仪中即完成调试,然后再进行张拉，测量张拉值为100%时的数据并记录(见表5)。

表5 预应力梁检测结果表传感器编号单根测量力值(kN)单根测量力值偏差(kN)总测量力值(kN)目标总张拉力值(kN)总力值偏差(%)备注1#183.52#180.13#188.34#204.95#%左1#孔6#198.57#192.18#198.29#214.910#% 左2#孔

从表5可以看出，预应力梁位置偏差分别为：左1#孔预应力钢束中，标准偏差为9.6 kN ，占单根绞线破断力的3.7%，总预应力张力偏差为-3.4%，单根测量力值偏差为9.5 kN；左2#预应力钢束中，标准偏差为9.4 kN，占单根绞线破断力的3.6%，总预应力张力偏差为2%，单根测量力值偏差为9.3 kN。从上述可知，检测结果表明最终控制张拉力在5%范围内，控制结果正常。

4 结语

通过试验和现场应用表明，CDC16传感器通过感应构件的磁特性变化测量预应力筋张拉时的内力，是一种无损且非接触量测方法，对预应力张拉均匀性能起到较好的监控，能将整束钢绞线的终值张拉力控制在5%范围内，对今后同类施工具有较好指导作用。同时该传感器外形尺寸较小，便于施工测量。

文章来源：《传感技术学报》 网址: http://www.cgjsxb.cn/qikandaodu/2021/0613/427.html