工程机械结构力学参数的线检测传感器

摘要：大型工程中各种机械的力学参数对评测机器运行状态，为操作人员提供了较为准确的信息，提升操作的精准度。目前的部分工程器械只能测量和显示液压系统中的部分参数，不能全面体现系统的状态，对实际操作有不利影响。另外，大多数参数测量数据无法保存，给工程的回顾分析以及方案优化等带来了困难。基于此，本文通过在线检测传感器实验为例，研究了一套能够在线检测、显示、保存机械结构力学参数的系统。

关键词：大型工程；机械结构；力学参数；在线检测传感器

随着机械工程的发展和运用，较多的大型工程都离不开大型器械，人工操作时需要与机器开展交互，这就需要提前了解其运行状态，机械仪表能够较好地实时显示机器运行状态，但其显示数据不全，无法记录保存。因此，将计算机技术运用到工程机械在线检测中，就能够有效优化参数检测、传输、保存流程。而检测系统中，传感器的精良程度是数据准确、精度高的来源，因此需要保证传感器的良好运转。

1在线检测传感器

当前，大型工程机械的检测和故障的维修诊断主要是针对液压系统、传动系统。通过在机械结构中的部分部位安装传感器就能够有效获取机器的运行状态，不仅可以在机械发生故障时及时维修，避免停工带来经济损失，还可以通过分析参数的变化情况提前预知机械故障的发生，采取措施避免，或提前准备好维修的器材，缩短停工时间。主要的检测数据有温度、压力等物理数据，通过传感器、信号转换器将其变为电信号，然后使用放大器放大信号，再由计算机系统进行分析处理，最终传达给器械的使用人员，使其获悉机械的内部状态。

2特征参数

在选择参数时，需要注意参数的科学性、合理性和可实践性，要尽量地全面体现工程机械工作状态，并且测量难度不高，不会因为对测量环境要求过高导致数据的误差过大，可以通过选择多项参数综合测评，可以允许部分利用率较低的数据信息，信息冗余的成本较低时，能够有效提升传感器的测量有效性、经济效益。另外，需要注意，参数的数量不能过多，过多的参数会导致控制电路比较复杂，不仅控制效果低，还会导致维修困难，成本也相应增大。例如，针对液压系统，一般选择压力、流量和温度为参数，即可反应系统的运行状态。另外，需要是实时参数，具有一定的预警作用，尽量不选择滞后性过高的参数。

3检测原理

目前，主要通过铁磁材料的压磁效应进行应力测试，该方法具有简单、快速的优点，能够在各种恶劣环境中工作生效［1］。这种方法主要运用的是压磁效应，即改变磁感应强度B和磁场强度H，从而改变材料的磁性能，最终会有一部分能量转化为弹性能，进而改变材料的ε和δ；反之，通过改变材料的ε和δ，也可以改变其B和H。但是普通的金属材料，例如碳素钢等，因为其机电耦合系数很低（一般在0．15到0．30之间），会造成其电压变化与应力变化的相关契合度不高，进而导致测量数据不灵敏，因此需要寻找更加优秀的材料［2］。我国通过运用非晶态合金在此方面的研究取得了一些进展，该材料的物理强度、化学性能都很优良，适合用于压磁效应检测。它能够在高频交变磁场中，保持灵敏的电磁阻抗效应，从而为应力压磁效应检测提供基础。

4关键环节

在传感器的工作流程中，参数的测量和转换时关键环节，也是连接器械和用户的重要部分［3］。在本次研究中，主要研究了机械应力传感器和扭矩传感器的关键环节，通过以下的模拟实验分别研究了两种测量模式。在本次研究中，进行了以下实验：第一，首先将TM－M型的Fe基非晶态合金片制制作成为长方形状，然后将励磁线圈D和E缠绕。然后将其按照机械系统的手方向粘贴材料的表面，从而使其产生压磁效应，出现电压，最终将力学信号转化为电信号。第二，首先将TM－M型的Fe基非晶态合金片制制作成为长方形状然后进行退火处理。然后将其按照机械系统的手方向粘贴材料的表面，当出现应力后会导致磁导率变化，引起电压变化，根据数值的变化获取扭矩，这种测量模式还可以实现非基础的应力测量，极大地拓展了传感器的工作空间。

5结束语

传感器在工程机械结构中的运用要点就是合理准确选择参数，然后精确的获取参数，并将其转化为计算机可识别的信号，最终由计算机处理分析，以自然语言呈献给器械的操作或维护人员，参数是该模式中的核心，由此可见，未来提升参数的精度、降低参数测量成本和难度、提升参数信息利用率是传感器发展的主要方向。通过本文的研究，我们总结了一种大型工程机械结构力学参数在线检测传感器实现的要点，希望能够为工程机械操作提供借鉴意义。

参考文献：

［1］胡晔，卢耀祖，李志忠．大型桥吊结构力学参数的反求研究［J］．中国工程机械学报，2005（1）：29－32．

［2］马世举．基于监测数据的副反力墙结构力学性能分析研究［D］．郑州：河南工业大学，2016．

［3］王伟忠，赵玉龙，林启敬．MEMS三维微力探针传感器设计及性能测试［J］．纳米技术与精密工程，2011，9（3）：199－202．

作者:刘成文 石延平 周庆贵 崔伯第 单位:江苏省大型工程装备检测与控制重点建设实验室