一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置的制作方法

1.本发明涉及振动监测设备技术领域，具体涉及一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置。


背景技术：

2.随着国家对桥梁安全运营的要求越来越高，桥梁健康监测的需求日益增加，其中桥梁振动监测是健康监测的一项基础且重要项目。桥梁的模态分析等需要以桥梁振动信息为基础。桥梁损伤、受力状态等发生变化时，将会体现在结构的振动信息上，因此准确且可靠地监测桥梁振动状态是桥梁健康监测的基础，是确保桥梁结构安全运行的重要依据。
3.常见的桥梁振动监测方法有基于惯性定律的拾振器，该种拾振器体积较大，且固定较难。对于试验用桥梁等质量较轻的结构，较重的拾振器会影响结构总质量及质量的分布，从而影响测试结果的准确性。另一方面，目前振动监测装置均需要外部提供电源，这需要从较远处将电连接到装置上，但在一些偏远公路上，从外部传输电源代价较大。当遇到极端天气或特殊情况断电时，会造成监控数据的丢失。
4.另一种测试结构振动的方法是通过监测结构动应变间接进行监测。当桥梁结构发生振动时，结构将会产生应变，结构应变与结构振动同频率，通过监测动应变可以反映结构的振动情况。该种方法的优点是只需要在结构上张贴应变片即可，对结构的质量基本无影响，故不会影响测试结构的真实度。但缺点也很明显，应变片寿命短，每次测试需要重新张贴，造价高。对于高墩或跨河桥梁，张贴应变片存在一定困难和危险。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，以克服上述现有技术中的不足。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，包括壳体，所述壳体内固定连接有磁感线圈，所述壳体上壁连接有悬挂组件，所述悬挂组件下方连接有永磁体，所述永磁体随桥梁的振动而摆动，所述永磁体位于磁感线圈中部。
7.本发明的有益效果是：整体结构体积小、质量轻，不会对结构的总质量及质量分布造成影响，适用于小结构的振动监测，提高了适用范围，无需提供外部电源，通过电磁感应产生电流，使得装置便于安装和部署，成本低廉，便于更换。
附图说明
8.图1为本发明的结构示意图；
9.图2为本发明的结构框架图。
10.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
11.1、壳体，2、磁感线圈，3、悬挂组件，4、永磁体，5、连接绳，6、阻尼弹簧，7、微型电子芯片，8、数据传输模块，9、蓄电池，10、太阳能板。
具体实施方式
12.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
13.实施例1，如图1～图2所示，一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，包括壳体1，壳体1内固定连接有磁感线圈2，壳体1上壁连接有阻尼作用的悬挂组件3，悬挂组件3下方连接有永磁体4，永磁体4随桥梁的振动而摆动，永磁体4位于磁感线圈2中部。
14.在需要测试的桥梁上安装振动监测装置，磁感线圈2与被测试桥梁或其他结构物之间无相对移动，当桥梁发生振动位移时，磁感线圈2随结构物振动，由于悬挂组件3的阻尼作用，当桥梁发生高频振动时，永磁体4的空间位置并未发生变化，故永磁体4周围的磁感线分布也未发生变化。此时由于磁感线圈2随着桥梁的运动，磁感线圈2将会切割磁感线，根据电磁感应现象，磁感线圈2内将8023
15.会产生感应电流，该电流随着磁感线圈2的运动方向和运动速度而产生正负极和电流强度的变化，同时由于悬挂组件3无法过滤掉低频振动，因此当结构发生较低频率的振动或者速度较慢的非往复运动(如静力荷载下的挠度)时，永磁体4将会与结构共同运动，导致磁感线与磁感线圈2的相对位置不发生变化，此时磁感线圈2内无感应电流，该种情况说明，本装置可以避免结构在静载下挠度对振动信息的影响，从而提高振动监测的精度和适用范围。
16.根据电磁感应原理，δ＝blvsinθ，感应电流的大小δ与磁感应强度b，导线长度l、运动速度v，以及运动方向和磁力线方向间的夹角θ的正弦成正比，当桥梁振动速度v增大时，电流增强，运动速度v为矢量，具有方向性，当运动方向相反时，电流方向也将发生反转。
17.实施例2，如图1～图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
18.悬挂结构包括连接绳5，以及连接于永磁体4和连接绳5之间的阻尼弹簧6，永磁体4在桥梁振动时，由于阻尼弹簧的阻尼作用，永磁体4位置不发生急剧变化。
19.实施例3，如图1～图2所示，本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
20.壳体1内设有微型电子芯片7，磁感线圈2与微型电子芯片7电连接，微型电子芯片7可为mcu微控制单元，能够通过对电流变化的分析，得出结构的振动速度和振动方向等信息，当梁体发生振动时，磁感线圈2内会产生感应电流，该感应电流通过微型电子芯片7分析电流的大小和正负方向，可以分析出结构的实时振动信息：δ＝blvsinθ，v＝δ/(blsinθ)，其中v即是结构的振动速度，δ是监测到的感应电流的大小，永磁体4产生的磁感应强度b是已知量，磁感线圈2的长度l是已知量，桥梁的振动方向和磁感线方向是垂直的，故θ＝90
°
，sinθ＝1，上式变为：v＝δ/(bl)，由此可知，结构的振动信息与监测的电流成正比例关系。
21.实施例4，如图1～图2所示，本实施例为在实施例3的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
22.微型电子芯片7上嵌有数据传输模块8，数据传输模块8能够将监测到的数据传输给移动终端。
23.实施例5，如图1～图2所示，本实施例为在实施例4的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
24.壳体1内设有蓄电池9，微型电子芯片7与蓄电池9电连接，蓄电池9能够作为备用电源，给装置供电。
25.实施例6，如图1～图2所示，本实施例为在实施例5的基础上所进行的进一步改进，其具体如下：
26.蓄电池9通过导线可拆卸连接有太阳能板10，当阳光充足的时候，能够对蓄电池9进行充电，降低了远程供电的成本好日常维护的费用，很大程度上提高了装置的适用范围。
27.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。


技术特征：
1.一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)内固定连接有磁感线圈(2)，所述壳体(1)上壁连接有阻尼作用的悬挂组件(3)，所述悬挂组件(3)下方连接有永磁体(4)，所述永磁体(4)随桥梁的振动而摆动，所述永磁体(4)位于磁感线圈(2)中部。2.根据权利要求1所述的一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，所述悬挂结构包括连接绳(5)，以及连接于永磁体(4)和连接绳(5)之间的阻尼弹簧(6)。3.根据权利要求1所述的一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，所述壳体(1)内设有微型电子芯片(7)，所述磁感线圈(2)与微型电子芯片(7)电连接。4.根据权利要求3所述的一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，所述微型电子芯片(7)上嵌有数据传输模块(8)。5.根据权利要求4所述的一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，所述壳体(1)内设有蓄电池(9)，所述微型电子芯片(7)与蓄电池(9)电连接。6.根据权利要求5所述的一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，其特征在于，所述蓄电池(9)通过导线可拆卸连接有太阳能板(10)。

技术总结
本发明涉及一种基于电磁转换的桥梁振动监测装置，包括壳体，所述壳体内固定连接有磁感线圈，所述壳体上壁连接有悬挂组件，所述悬挂组件下方连接有永磁体，所述永磁体随桥梁的振动而摆动，所述永磁体位于磁感线圈中部，本发明的有益效果是：整体结构体积小、质量轻，不会对结构的总质量及质量分布造成影响，适用于小结构的振动监测，提高了适用范围，无需提供外部电源，通过电磁感应产生电流，使得装置便于安装和部署，成本低廉，便于更换。便于更换。便于更换。


技术研发人员：梅冲 郑进军 任贵政 杜震超
受保护的技术使用者：武汉轻工工程技术有限公司
技术研发日：2022.01.25
技术公布日：2022/6/4