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一种内置传感器的智能缆索及传感器封装方法


技术摘要:
本发明公开了一种内置传感器的智能缆索及传感器封装方法,内置传感器的智能缆索包括缆索、金属材料制作的基底及表面金属化的传感器。缆索的端部部分剥除外壳,以显露缆索内的钢丝。基底焊接固定在钢丝上,传感器焊接固定在基底上,传感器的测量方向与缆索的轴向方向相  全部
背景技术:
斜拉索、主缆及吊索作为缆索承重桥梁结构主要的受力构件,长期处在高应力循 环疲劳荷载作用下,其截面尺寸小,对腐蚀非常敏感。一旦因斜拉索或吊索耐久性和安全性 不足出现病害与劣化,桥梁承载能力丧失会导致垮塌的恶性事故,造成恶劣的社会影响和 巨大的经济损失。为确保大桥的安全运营,有必要对缆索承重桥梁的斜拉索、主缆及吊索等 进行预防性维护和安全性检测。 智能缆索技术是将应变传感元件(温度、应力或振动等传感器)在缆索制作过程中 直接植入缆索结构,赋予缆索自感知能力的一种新技术。目前世界各国的桥梁工程师们都 在关注着桥梁智能缆索的研究和应用,如何将精密的传感器和缆索相结合,使传感器经受 住缆索的各道制造工序最终成活,并能准确地输出传感信号,从而有效地保证内置传感器 的存活率是智能缆索研究的一大难题。 考虑缆索制造的各道工序,传感器埋入拉索可有两种形式:整体敷设法和局部埋 植法。整体敷设法是将传感器以适当结构形式封装,做成线缆结构,与钢丝一起参与缆索制 造的各道工序,与钢丝扭绞灌锚成一体,通过传感器的输出获知缆索的整体变形。局部埋植 法是将传感器埋植在缆索内的局部位置,如靠近锚端等,以实现对索力和温度等参数的检 测。但是,对于传统的局部埋植法,一般是将传感器直接粘接或机械连接到钢丝上,传感器 的寿命较低,不能实现缆索状态全寿命监测。
技术实现要素:
基于此,有必要针对传统的局部埋植法,传感器的寿命较低,不能实现缆索状态全 寿命监测的问题,提供一种内置传感器的智能缆索及传感器封装方法。 一种内置传感器的智能缆索,包括: 缆索,所述缆索的端部部分剥除外壳,以显露所述缆索内的钢丝; 金属材料制作的基底,焊接固定在所述钢丝上;及 表面金属化的传感器,焊接固定在所述基底上,所述传感器的测量方向与所述缆 索的轴向方向相同。 在其中一个实施例中,所述基底为矩形,所述基底沿其短边弯曲成弧形,且该弧形 的半径与所述钢丝的半径相同。 在其中一个实施例中,所述基底的端面设有向内凸出的插块,所述插块插入到钢 丝束之间的间隙内。 在其中一个实施例中,还包括柔性的金属插条,所述金属插条设置于钢丝束的间 隙内,并沿着钢丝束的间隙变形延伸,所述金属插条位于基底两端的插块之间。 3 CN 111593662 A 说 明 书 2/5 页 在其中一个实施例中,所述基底上开设有多排焊接孔,且每排的所述焊接孔沿所 述缆索的轴向方向间隔设置,所述传感器的两侧均布置有至少一排所述焊接孔。 在其中一个实施例中,所述基底的外表面设有定位凸块,所述定位凸块沿所述缆 索的轴向方向延伸,所述传感器的表面设有与所述定位凸块配合的定位槽。 一种传感器封装方法,利用上述任意一项所述的内置传感器的智能缆索,其特征 在于,包括以下步骤: 对传感器进行表面金属化处理; 将传感器焊接到金属材料制成的基底上; 使传感器的测量方向与缆索的轴向方向相同,然后将基底焊接固定在缆索外露的 钢丝上; 对传感器的外露部分、基底和钢丝进行防腐。 在其中一个实施例中,所述对传感器进行表面金属化处理的步骤具体为: 对传感器的表面进行预处理,然后在传感器的表面化学镀镍。 在其中一个实施例中,将基底焊接固定在缆索外露的钢丝上的步骤具体为: 将柔性的金属插条插入到钢丝束的间隙内,且使金属插条沿着钢丝束的间隙变形 延伸; 将基底的插块对准钢丝束的间隙,然后将基底贴合到钢丝上,并将金属插条固定 在基底两端的插块之间; 将基底的周缘与钢丝焊接,然后通过焊接孔点焊固定基底。 在其中一个实施例中,所述将基底焊接固定在钢丝上的步骤具体为: 采用低温钎料焊接或者焊机,将所述基底焊接固定在所述钢丝上。 上述内置传感器的智能缆索及传感器封装方法至少具有以下优点: 将传感器表面金属化后,金属化的传感器焊接在基底上,基底焊接在钢丝上,从而 可以将传感器封装在缆索内,较传统的粘接和机械连接方式,传感器不直接固定到钢丝上, 且传感器采用无胶封装,焊接固定稳定,可以大幅度提高传感器的耐疲劳性能和耐腐蚀性 能,显著增加传感器的使用寿命,实现对缆索状态的全寿命监测。同时,仅剥除缆索的部分 外壳,而不破坏钢丝本身的结构,不会降低缆索的寿命。 附图说明 图1为一实施方式中内置传感器的智能缆索的结构示意图; 图2为图1中基底的左视图; 图3为一实施方式中金属插条的结构示意图; 图4为图3中的金属插条填充于基底和钢丝束之间的结构示意图; 图5为图1中基底的表面开设焊接孔的结构示意图; 图6为一实施方式中传感器封装方法的流程图。
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