钢缆索已越来越广泛地被用于各种民用基础设施和大型建筑结构中。缆索作为这些结构的主要承力部件,结构的线型、内力分布、荷载,缆索本身的衰退、失效,乃至整体的结构安全都会集中表现在缆索的受力上。为便于掌握缆索自身以及结构安全与营运状态,及时发现事故先兆、防止突发性事故发生,必须对缆索索力进行长期在线监测。磁弹索力测量法以传感器使用寿命长、成本低廉、更换相对方便、对缆索几乎无影响等优点已经开始在国内外一些桥梁上使用。目前应用的主要是非闭合磁路传感器,然而对该传感器本身的研究甚少,在感器的设计上,几乎没见相关报道。闭合磁路结构的传感器将导磁体与钢缆索组合形成磁回路,有利于磁场的传导,传感器的性能可能优于非闭合磁路传感器,但是还有待进一步的传感设计及实验研究来进行比较。所以,为了促进磁弹索力传感技术的发展,为磁弹索力传感器的工程应用提供技术支撑,本文的主要研究内容如下:①结合非闭合磁路传感器讨论磁弹索力传感器基本原理,分析钢缆索材料磁弹效应的材料特性和传感器内部磁场分布对测量的影响,表明传感器的测量精度跟钢缆索材料和传感器内部磁场有关。②在没有现成研究成果可参考的情况下,从实验角度对钢缆索材料磁弹效应的材料特性进行研究,通过对实验数据进行处理,初步确定钢缆索材料的一些磁参数,如磁弹系数、磁导率等,结合这些磁参数进一步完善了测量原理并进行仿真分析。③根据非闭合磁路传感器的结构特点分析了传感器内部磁场分布,主要分析了退磁场及激励磁场分布的非均匀性,通过理论和相关实验表明,传感器内部磁场分布的非均匀性将会对传感器的灵敏度、线性度及重复性等产生影响。④从缆索、线圈、信号、磁场等几方面出发,对缆索的非闭合磁路磁弹索力传感器的设计方法进行了研究,提出了参数设计的具体方法与准则,能针对具体缆索尺寸进行相应传感器的设计。结合钢缆索磁弹效应的材料特性,对闭合磁路传感器的设计方法进行完善,在原有的零散设计方法的基础上进行归纳,形成了闭合磁路传感器通用的设计方法。⑤按照所提出的设计方法,针对法尔胜集团提供的直径为7mm的钢丝设计各结构传感器并进行拉力实验,在缆索常用承力范围内,在加载的情况下,实验结果与磁弹索力测量理论定性相符合,重复性较好,灵敏度也较高,表明传感器设计达到预期要求。通过对各型传感器的实验结果进行比较可知闭合磁路传感器(除双旁路外)的灵敏度和重复性高于非闭合磁路传感器。最后,针对某实际工程应用缆索进行了非闭合磁路传感器的加载实验,结果表明:在缆索常用承力范围内,重复性较好,传感器灵敏度为:-0.3535mV/MPa,线性拟合系数为0.9973,进一步表明所提出的设计方法可行。