作为一种柔性的承力构件,钢缆索具有承力多、质量小、柔性好、尺寸紧凑、使用方便等优点,广泛地用于各种大型结构的承力部件。钢缆索在使用中往往由于交变应力、腐蚀、地震或风致振动等造成钢缆索局部疲劳,导致其使用寿命缩短,从而影响结构的内应力分布和线型,危及结构的安全。因此,国内外一直在寻求一种对结构本身无损并且使用方便的钢缆索索力测量方法。逆磁致伸缩索力测量法由于传感器本身不受力,不容易被损坏、使用寿命长,既能测量整体索力、也能测量钢丝应力,显示出巨大的应用前景,成为国内外的研究热点。但由于商业因为,国内外关于逆磁致伸缩的索力传感机理及影响因素的研究极少见报道,由于缺乏完整的理论研究,导致没有较好的指导传感器设计的方法。因此,有必要对钢缆索的逆磁致伸缩索力传感机理及传感器的影响因素等进行深入研究,建立逆磁致伸缩索力传感器的完整理论体系,解决其传感器理论模型、磁化方式以及温度影响等关键的技术性难题,并进行实验研究。　　 本论文结合国家科技支撑计划及重庆科委攻关计划资助,通过建立钢缆索的单根柱形简化模型的逆磁致伸缩理论模型,完成了基于逆磁致伸缩的索力传感机理的理论研究,建立了传感器理论模型,并对传感器的影响因素进行了理论分析与仿真。在此基础上,研制出钢缆索索力传感器样机,设计实验方案、搭建实验系统,对索力传感器进行了实验,初步验证了对理论模型及影响因素的分析。　　 具体研究内容如下:　　 ①钢缆索简化模型逆磁致伸缩研究　　 铁磁材料的磁感应强度与磁场强度、材料所受外力、材料磁导率及温度有关。论文以单根柱形钢缆索为研究对象,建立磁致伸缩和逆磁致伸缩方程,从而推导出磁感应强度B和加载外力,材料磁导率,激励磁场及温度之间的关系。同时,针对某一外力下的材料磁导率是外力与温度的函数,对其做多级泰勒级数展开,并假定温度为线性影响规律展开讨论。　　 ②索力传感理论模型与传感原理研究　　 通过分析螺线管线圈电流产生磁场的特性,提出了索力传感器的理论模型,推导出输出感应电压与加载外力,激励磁场,材料温度及感应线圈匝数等之间的关系。　　 ③索力传感器影响因素理论研究与仿真　　 分周期性脉冲磁场激励和交流磁场激励两种情况,分别讨论了输出感应电压与加载外力的关系。分析表明:在脉冲磁场激励下,可通过测量感应线圈积分电压求得加载外力,并且积分电压与加载外力近似为线性关系,灵敏度与感应线圈匝数,缆索截面积及激励磁场幅值成正比；若采用交流磁场激励,可通过感应电压幅值求得外力。同时讨论了温度变化、空气间隙、感应线圈匝数对传感器输出电压的影响。通过建立温度影响线性模型,完成了脉冲激励和交流激励下,温度影响的理论分析及仿真。　　 ④传感器设计及实验系统搭建　　 为验证传感器理论模型与影响因素的分析是否正确,设计了环式索力传感器样机。为能克服环式索力传感器只能适用于在建结构的索力测量的不足,提出了一种改进的旁路激励式索力传感器,并完成上述两种传感器结构的磁路分析、参数设计及加工。分别设计了在脉冲磁场激励和交流磁场激励下的传感器实验方案,搭建了实验系统。　　 ⑤传感器特性实验　　 完成了脉冲磁场激励下的环式索力传感器温度影响实验、拉力实验以及旁路激励式传感器拉力实验,环式传感器灵敏度为1.69mV/kN、重复性误差为0.286％,旁路式传感器灵敏度达到1.64mV/kN、重复性误差为0.27％；而温度的影响灵敏度为0.1269mV/℃,实验结果与理论模型及仿真是基本一致。完成了交流激励下环式索力传感器的激励电流的幅值确定与激励频率的影响实验、温度影响实验、拉力实验,证实了感应电压幅值与温度变化基本呈线性关系、输出感应电压幅值随加载外力增大而减小(灵敏度为3.5mV/kN)。