本實(shí)用新型涉及拉力檢測(cè)領(lǐng)域，具體是一種長距離鋼絲繩拉扯力檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的拉力檢測(cè)裝置的使用原理是在待測(cè)物上施加拉力，然后對(duì)拉力進(jìn)行檢測(cè)，只能實(shí)現(xiàn)拉力檢測(cè)，無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓力檢測(cè)的功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種長距離鋼絲繩拉扯力檢測(cè)系統(tǒng)，可將豎直的拉力和壓力轉(zhuǎn)換成水平的拉力，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)的功能。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案為：

長距離鋼絲繩拉扯力檢測(cè)系統(tǒng)，包括有拉力傳感器和鋼絲繩；所述的拉力傳感器包括有基體，基體的上端面上設(shè)置有凸起，凸起上設(shè)置有拉力盲孔，基體相對(duì)的前、后端面上均設(shè)置有受力盲孔，且兩端面的受力盲孔同軸相對(duì)設(shè)置，受力孔內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，所述的基體兩個(gè)受力盲孔所在部分為工字梁結(jié)構(gòu)；所述的鋼絲繩上套裝有多個(gè)吊環(huán)，每個(gè)吊環(huán)與固定的對(duì)應(yīng)支座連接，所述的鋼絲繩的一端與拉力傳感器的拉力盲孔固定連接，另一端纏繞于定滑輪下墜后與一砝碼固定連接。

所述的基體相對(duì)的前、后端面上均設(shè)置有兩個(gè)受力盲孔，前端面上的兩個(gè)受力盲孔與后端面上的兩個(gè)受力盲孔一一同軸相對(duì)設(shè)置，基體四個(gè)受力盲孔所在部分形成兩個(gè)工字梁結(jié)構(gòu)。

所述的四個(gè)受力盲孔內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，四個(gè)電阻應(yīng)變片連接組成惠斯通電橋。

所述的多個(gè)吊環(huán)中，鄰近砝碼的吊環(huán)與定滑輪為一體化結(jié)構(gòu)，此吊環(huán)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，外圈為滑輪軌道，鋼絲繩的另一端纏繞于滑輪軌道下墜后與一砝碼固定連接。

所述的鋼絲繩的直徑為2.5-3.5mm，吊環(huán)的真徑為9-11mm。

所述的鋼絲繩水平部分的長度為100-200m，相鄰吊環(huán)之間的距離為2-5m。

所述的拉力盲孔內(nèi)螺合有螺栓，螺栓的頭部上固定設(shè)置有拉環(huán)，鋼絲繩的一端與拉環(huán)連接。

本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：

一旦有物體向鋼絲繩施加壓力或是拉力時(shí)，鋼絲繩即會(huì)向壓力的相反方向或拉力的方向進(jìn)行拉扯，從而鋼絲繩傳遞拉力信號(hào)給拉力傳感器，拉力傳感器將信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將分析的力值發(fā)送給顯示器進(jìn)行顯示或是控制報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，本實(shí)用新型可將豎直的拉力和壓力轉(zhuǎn)換成水平的拉力，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)的功能；相鄰吊環(huán)之間的距離設(shè)置確保兩個(gè)相鄰吊環(huán)之間受到的拉扯力只是這段距離的鋼絲繩受到垂直的拉扯力，而這兩個(gè)吊環(huán)外的其它鋼絲繩只受到水平的拉力，即受拉扯力區(qū)段的鋼絲繩的垂直的拉扯力，通過鄰近的兩個(gè)吊環(huán)而使鋼絲繩到拉力傳感器之間的拉力變?yōu)樗降睦?，消除了因長距離鋼絲繩的張力影響到測(cè)量準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型拉力傳感器的主視圖。

圖3是本實(shí)用新型拉力傳感器的后視圖。

圖4是本實(shí)用新型拉力傳感器的俯視圖。

圖5是本實(shí)用新型受到垂直壓力時(shí)的狀態(tài)圖。

圖6是本實(shí)用新型受到垂直拉力時(shí)的狀態(tài)圖。

圖7是荷柱式梁的力學(xué)模型示意圖。

圖8是本實(shí)用新型工字梁部分的應(yīng)變區(qū)位置及應(yīng)力分布圖。

圖9是本實(shí)用新型惠斯通電橋的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10是環(huán)境變化時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)圖。

圖11是外力變化時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

見圖1，長距離鋼絲繩拉扯力檢測(cè)系統(tǒng)，包括有拉力傳感器02和鋼絲繩01；見圖 2-4，拉力傳感器02包括有基體21，基體21的上端面上設(shè)置有凸起22，凸起22上設(shè)置有拉力盲孔23，基體21相對(duì)的前、后端面上均設(shè)置有兩個(gè)受力盲孔24，基體21前端面上的兩個(gè)受力盲孔24與后端面上的兩個(gè)受力盲孔24一一同軸相對(duì)設(shè)置，四個(gè)受力盲孔24 內(nèi)均設(shè)置有電阻應(yīng)變片，四個(gè)電阻應(yīng)變片連接組成惠斯通電橋，基體四個(gè)受力盲孔24所在部分形成兩個(gè)工字梁結(jié)構(gòu)；鋼絲繩01上套裝有多個(gè)吊環(huán)03，每個(gè)吊環(huán)03與固定的對(duì)應(yīng)支座04連接，拉力傳感器02拉力盲孔內(nèi)螺合有螺栓，螺栓的頭部上固定設(shè)置有拉環(huán)，鋼絲繩01的一端與拉環(huán)連接，另一端與一砝碼05固定連接，鄰近砝碼05的吊環(huán)03的外圈為滑輪軌道，鋼絲繩01的另一端纏繞于滑輪軌道下墜后與一砝碼05固定連接。

其中，鋼絲繩的直徑為2.5-3.5mm，吊環(huán)的真徑為9-11mm，鋼絲繩水平部分的長度為100-200m，相鄰吊環(huán)之間的距離為2-5m。

圖5為鋼絲繩01受到外壓力沖擊時(shí)(視為垂直壓力)，通過受力區(qū)間鄰近的兩個(gè)吊環(huán) 03的定位功能，使鋼絲繩01到拉力傳感器02的拉力變?yōu)樗降睦?。圖6為垂直拉力變?yōu)樗嚼Α?/p>

拉力傳感器力學(xué)模型：

拉力傳感器可簡(jiǎn)化成兩端受力集中載荷剪切梁或柱式梁，力學(xué)模型示意圖7。

中間受力載荷作用的應(yīng)力計(jì)算：

梁的剪應(yīng)力及剪應(yīng)變計(jì)算：

剪切梁傳感器的一般均在應(yīng)變梁的拐點(diǎn)加二個(gè)受力盲孔(局部形成工字梁)，其剪應(yīng)力可用茹拉夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算：

局部工字梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)變區(qū)位置及應(yīng)力分布如圖8如示。

式中:

剪力Q

剪切截面對(duì)中軸的靜矩S_y

剪切截面對(duì)中軸的慣矩J_y

則

45°方向的主應(yīng)力和主應(yīng)變計(jì)算，沿梁中線軸成45°方向壓力的長度變化，正是純剪切力狀態(tài)下的主應(yīng)力方向，其主應(yīng)力與最大剪切力，主應(yīng)變與最大剪應(yīng)變的在下列關(guān)系：

傳感器靈敏度計(jì)算：

式中：K――電阻應(yīng)變片靈敏系數(shù)

拉力傳感器核心電路--惠斯頓電橋：

測(cè)量電路是惠斯通電橋電路，簡(jiǎn)稱測(cè)量電橋。測(cè)量電橋由于具有靈敏度高、測(cè)量范圍寬、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、精度高、容易實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償?shù)葍?yōu)點(diǎn)，因此能很好地滿足應(yīng)變測(cè)量的要求?；菟雇姌蚋鶕?jù)電源的性質(zhì)分直流電橋和交流電橋兩種，當(dāng)Ui為直流時(shí)該電橋?yàn)橹绷麟姌?，電橋電路如圖9所示。

R為應(yīng)變片阻抗，傳感器在受到外力作用的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生形變，引起緊貼在傳感器內(nèi)部壁上的應(yīng)變片阻抗線性增加或減小。在有外部供電(3—12VDC)的情況下，輸出的差分級(jí)mv信號(hào)也線性增加減小，傳感器通過組橋、調(diào)零、配平靈敏度、溫補(bǔ)等之后，輸出的信號(hào)＝供電電壓x靈敏度，比如穩(wěn)壓電源是10VDC，傳感器靈敏度是1.5mv/V，傳感器到滿量程時(shí)輸出的電壓＝10x1.5＝15mv，如果需要0-5V(4-20mA等)標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)需要配信號(hào)轉(zhuǎn)換器(變送器)。

傳感器技術(shù)參數(shù)：

量程：0—200kg(可以按使用要求擴(kuò)大縮小量程)

準(zhǔn)確度:0.2％FS

工作電壓：12VDC

輸出信號(hào)：(0-10)mV

工作溫度：-20℃-70℃

極限壓力：≥300kg

輸入阻抗：700±20Ω

輸出阻抗：700±5Ω

絕緣電阻：≥5000MΩ

非線性：±0.3％F·S

滯后：±0.3％F·S

重復(fù)性：±0.5％F·S。

受力分析：

鋼絲繩連接的拉力傳感器能夠測(cè)量出鋼絲繩所受到的拉力和壓力。但由于長距離的鋼絲繩在自然界使用中會(huì)因?yàn)楣物L(fēng)、下雨和其它因素的影響而使鋼絲繩產(chǎn)生晃動(dòng)和振動(dòng)，所以要分析被測(cè)對(duì)象和環(huán)境干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度。

、環(huán)境變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響：

圖10是環(huán)境變化時(shí)，加在鋼絲繩上的各種作用力，導(dǎo)致傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的變化圖。從圖 10中可以看到，以平衡物10kg計(jì)算，鋼絲繩處于“靜止”狀態(tài)時(shí)，傳感器受到的拉力轉(zhuǎn)換成測(cè)量電壓約2mV，即鋼絲繩處于10kg的拉力時(shí)，傳感器輸出約2mV。當(dāng)刮大風(fēng)時(shí)，風(fēng)對(duì)鋼絲繩的最大值影響約3.8mV；固定物體本身的晃動(dòng)和振動(dòng)對(duì)鋼絲繩的最大值影響約 3.5mV。

、外力變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響

圖11是鋼絲繩受到外力拉扯變化時(shí)，加在鋼絲繩上的拉扯作用力導(dǎo)致傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)的變化圖。從圖11中可以看到，以平衡物10kg計(jì)算，鋼絲繩處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，傳感器受到的拉力轉(zhuǎn)換成測(cè)量電壓約2mV，即鋼絲繩始終處于10kg的拉力時(shí)，傳感器輸出約2mV。當(dāng)刮大風(fēng)時(shí)，風(fēng)對(duì)鋼絲繩的影響約3.8mV；固定物體本身的晃動(dòng)和振動(dòng)對(duì)鋼絲繩的影響最大值約3.5mV。而鋼絲繩受到外力超過60kg時(shí)，傳感器輸出信號(hào)超過6mV以上。以此判斷，只要鋼絲繩受到的拉扯力超過60kg，測(cè)量系統(tǒng)就可以判斷是自然界影響的檢測(cè)信號(hào)還是真正被測(cè)信號(hào)。把這個(gè)信號(hào)引入報(bào)警系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。

盡管已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本實(shí)用新型的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。