阅读说明：本技术 一种热态条件下拉杆轴力测量系统和测量方法 (System and method for measuring axial force of pull rod under thermal state condition ) 是由 杨庆旭 江泉 夏俊元 王驰 万瑜 刘叙笔 金传领 王舒涛 于 2019-09-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热态条件下拉杆轴力的测量系统和测量方法,属于工程现场安全监测技术领域,该系统包括振动传感器、传感器适配器、动态数据采集单元、数据分析模块、数据存储输出设备和振动发生装置。振动发生装置用于引起拉杆振动产生横向自由衰减的振动信号,振动传感器采集所述振动信号,并通过传感器适配器传送至设于所述传感器适配器内的动态数据采集单元。动态数据采集单元基于所述振动信号形成振动时程曲线,并将所述振动时程曲线传送至所述数据存储输出设备,由设于所述数据存储输出设备内的数据分析模块进行处理。本发明提供的系统和方法在热态环境下,可对发电机组的拉杆轴力进行测量,且测量精度高,抗干扰能力强。(The invention discloses a system and a method for measuring the tension rod axial force under a thermal state condition, belonging to the technical field of engineering site safety monitoring. The vibration generating device is used for causing the pull rod to vibrate to generate a vibration signal which is transversely and freely attenuated, the vibration sensor collects the vibration signal and transmits the vibration signal to the dynamic data acquisition unit arranged in the sensor adapter through the sensor adapter. The dynamic data acquisition unit forms a vibration time course curve based on the vibration signal, transmits the vibration time course curve to the data storage and output equipment, and is processed by a data analysis module arranged in the data storage and output equipment. The system and the method provided by the invention can measure the pull rod axial force of the generator set in a thermal state environment, and have high measurement precision and strong anti-interference capability.)

一种热态条件下拉杆轴力测量系统和测量方法

技术领域

本发明属于工程现场安全监测技术领域，具体涉及一种热态条件下拉杆轴力的测量系统和测量方法。

背景技术

对火力发电等工程中在非常温环境下负载工作时的结构安全问题研究，除了要了解掌握材料本身在非常温环境下的力学特性及其变化情况，还需要研究结构在温度和负载综合作用下的强度、刚度和稳定性等问题，都迫切需要进行在非常温环境下的结构应力应变测试。而对火力发电机组等在热态工况下的测试常常将同时面临高温、高压和电磁场干扰等恶劣试验条件，常规条件下的力学测试仪器和方法在现场还不能完全满足要求直接应用。

要了解在非常温运行条件下结构的受力变形状态，开展现场应力应变测试需用专门的应力应变传感器，如选用中高温应变计，采用特殊的应变计安装方法和测量导线，而且需要同时测量温度分布及其变化情况，用于应变计的热输出、灵敏系数等特性参数的修正和对实验测试数据的修正处理，才能得到所测的真实应力应变，其过程要比常温下的测试复杂的多。而且测试过程除了受现场温度、湿度等变化的影响外，还受现场电磁场干扰等恶劣环境条件的影响，测试结果的精度和稳定性得不到保证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种热态条件下拉杆轴力测量系统，可在热态环境下对发电机组的拉杆轴力进行测量，不仅测量精度高，而且抗干扰能力强。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括振动传感器、传感器适配器、动态数据采集单元、数据分析模块、数据存储输出设备和振动发生装置；所述振动发生装置用于引起拉杆振动产生横向自由衰减的振动信号，所述振动传感器采集所述振动信号，并通过传感器适配器传送至设于所述传感器适配器内的动态数据采集单元，所述动态数据采集单元基于所述振动信号形成振动时程曲线，并将所述振动时程曲线传送至所述数据存储输出设备，由设于所述数据存储输出设备内的数据分析模块进行处理。

优选地，所述引起拉杆自由衰减振动的振动发生装置为敲击锤。

优选地，所述数据分析模块用于对数据进行采集、时间域分析和频率域分析。

优选地，所述传感器适配器与数据存储输出设备通过数字信号传输单元通信连接，所述数字信号传输单元为无线数字信号传输单元。

优选地，所述振动传感器为压电式加速度传感器，所述数据存储输出设备为手持平板电脑。

本发明提供的拉杆轴力测量系统测试信号采用无线数字信号传输技术，大大缩短了模拟信号线的长度，提高了测试信号的质量，且测量精度高，具有良好的抗干扰能力。

本发明还提供了一种热态条件下拉杆轴力测量方法，操作简便，可精确测量热态条件下电力设备拉杆的轴力。所述方法包括以下步骤：采用振动发生装置激发拉杆横向自由衰减的振动信号；利用振动传感器采集所述横向自由衰减的振动信号，并通过所述传感器适配器传送至设于所述传感器适配器内的动态数据采集单元；所述动态数据采集单元基于所述振动信号形成振动时程曲线；将所述振动时程曲线传送至数据存储输出设备并存储；利用数据存储输出设备中的数据分析模块对所述振动时程曲线进行时频域分析，得到拉杆的横向振动频率f_n，并基于所述横向振动频率f_n计算得到拉杆轴力N。

优选地，使用振动传感器采集拉杆的振动信号，所述振动传感器安装于拉杆上。

优选地，所述方法还包括：将振动传感器安装于拉杆上，以采集拉杆横向自由衰减振动信号。

优选地，所述振动传感器安装于拉杆中部位置。

优选地，所述振动传感器与拉杆中间垫置云母片，所述云母片的厚度范围为0-0.1毫米。

优选地，所述拉杆轴力N由公式(1)计算得到：

式中，N为轴力，为拉杆的单位长度质量，l为拉杆长度，EI为抗弯刚度，f_n为第n阶振动频率，n为振动频率阶数。

本发明提供的热态条件下拉杆轴力测量方法，采用瞬态锤击法激发拉杆振动，通过采集振动信号，经信号分析得到振动信号的振动频率值，操作简单快捷且不易受到环境影响。

本发明在振动传感器与拉杆中间垫置云母片，在测试过程中对传感器起到隔热、绝缘作用，进一步减小环境条件对测试结果的影响，测量结果更加精确。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种热态条件下拉杆轴力测量系统的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中热态条件下拉杆轴力测量系统的原理示意图。

其中：1-振动传感器，2-高温测控导线，3-传感器适配器，4-数字信号传输单元，5-数据存储输出设备，6-振动发生装置。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的实质，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的阐述。

本发明提供了一种热态条件下拉杆轴力的测量系统，具体实施例结构如图1所示，包括振动传感器1、传感器适配器3、位于传感器适配器3内的动态数据采集单元、数字信号传输单元4、数据存储输出设备5、位于数据存储输出设备5内的数据分析模块和振动发生装置6。振动传感器1通过高温测控导线2与传感器适配器3连接。

振动发生装置6用于引起拉杆振动产生振动信号；振动传感器1 用于采集拉杆振动产生的振动信号；传感器适配器3用于接收振动传感器1采集到的振动信号；传感器适配器3内的动态数据采集单元用于将振动信号形成振动时程曲线；数字信号传输单元4用于传感器适配器3与数据存储输出设备5之间的通信连接；数据存储输出设备5 用于将接收到的数据或经数据分析模块处理后的数据进行存储并输出；数据分析模块用于对数据进行采集、时间域分析和频率域分析。

振动传感器1优选为压电式加速传感器；振动发生装置6优选为敲击力锤；数字信号传输单元4优选为无线数字信号传输单元，数据存储输出设备5优选为手持平板电脑，数据分析模块为振动信号分析软件。

本发明的工作原理：采用振动发生装置6敲击拉杆，通过敲击激发拉杆产生横向自由衰减振动，数据传输方向如图2所示，振动传感器1采集到拉杆的振动信号，其振动信号通过高温测控导线2传输至传感器适配器3，由传感器适配器3中的动态数据采集单元进行处理，生成振动时程曲线，并通过数字信号传输单元4将该曲线传输至数据存储输出设备5。数据存储输出设备5将数据保存并由数据存储输出设备5内的数据分析模块对数据进行处理。

本发明还提供了一种热态条件下拉杆轴力测量方法，采用上述测量系统进行测量，实现了对热态条件下拉杆轴力进行精确快速的测量。

具体测试方法包括如下步骤：

1.将振动传感器1安装在支吊架拉杆的中间部位，以保证振动传感器1能正确反应拉杆的横向振动特性，提高信号质量和信噪比。振动传感器1与拉杆之间垫置有厚度小于0.1毫米的云母片。云母片在测试过程中对传感器起到隔热、绝缘作用，减小环境条件对测试结果的影响。为了保证振动传感器1能正确反应拉杆的横向振动特性，提高信号质量和信噪比，传感器安装位置尽量靠近拉杆的中间位置。

2.振动发生装置6横向敲击拉杆，通过敲击激发，引起拉杆产生横向自由衰减振动，其振动信号由振动传感器1测得，振动传感器1 中的动态数据采集单元将采集到的振动信号形成振动时程曲线。该振动时程曲线通过数字信号传输单元4传输至数据存储输出设备5。

3.由数据存储输出设备5中的振动信号分析软件进行时频域分析，得到拉杆的横向振动频率f_n。

4.通过公式(1)计算得到拉杆的轴力N。

式中，N为轴力，为拉杆的单位长度质量，l为拉杆长度，EI 为抗弯刚度，f_n为第n阶振动频率，n为振动频率阶数。

采用瞬态锤击法激发拉杆振动，通过采集振动信号，经信号分析得到其振动频率值，并通过无线传输数据，操作简单快捷且不易受到环境影响。在振动传感器下垫置云母片在测试过程中对传感器起到隔热、绝缘作用，进一步减小环境条件对测试结果的影响，测量结果更加精确。

应当指出，虽然通过上述实施方式对本发明进行了描述，然而本发明还可有其它多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。