悬索结构由于其跨度大、自重小以及易施工的优点,目前在空间结构和桥梁工程中得到了越来越多的应用。在悬索结构中钢缆索是主要的承重构件,由于结构在役期会不可避免地受到自然或人为因素的影响,钢缆索索力有可能会超出预先的设计值,结构的健康状况会发生恶化,严重时甚至发生倒塌。因此,如何准确地对钢缆索索力进行实时在线监测具有重要的科学意义和应用价值。本文主要从基于逆磁致伸缩效应的磁通量传感器理论分析、仿真模拟、试验研究以及工程应用等方向入手,探讨了利用比值测量法的磁通量传感器索力监测的可行性。本文主要工作如下:(1)为了增强磁通量传感器索力测量的稳定性,解决传统的磁通量传感器工作需要同时具备激励线圈和感应线圈这一问题。本文通过理论分析构建了单线圈传感器系统的LR模型,并首次提出了单线圈索力测量方法,将传感器交流电压、阻抗参数以及脉冲电流等物理量作为索力测量指标。此外,本文在单线圈传感器系统的LR模型的基础上,进一步建立了双线圈传感器系统的变压器模型,并提出了比值测量法以提高传感器性能。(2)为了研究套筒式结构对被测试件内部磁场分布的影响,建立了开环和套筒式传感器有限元模型,并进行了相应的仿真分析。在钢缆索的弹性范围内,提出了通过磁导率改变来模拟加载外力变化的等效方法,该方法将多场耦合问题简化,从而减少模型计算的复杂度。通过改变外接电阻值来探究外接导线长度变化对传感器输出结果的影响,以此证明比值测量法的优越性。仿真结果表明:套筒式结构的使用不但可以提高钢缆索内部磁通量密度,还可以减少外界电磁场对传感器内部磁场分布的影响;提出的测量指标和被测试件磁导率之间存在良好的线性关系;比值测量法的使用可以使得传感器测量结果更加准确。(3)在完善了传统的磁通量传感器理论系统和有限元模型的基础上,首次完成了单线圈索力测量方法的试验。最终,得到了加载外力和被测指标的拟合曲线。试验结果表明:在不同激励方式下,提出的索力测量指标和加载外力之间均存在良好的线性关系;套筒式结构的使用可提高传感器的灵敏度,减少传感器的重复性误差。为了便于传感器安装使用,设计了旁路式传感器,提出了磁导率转移理论,试验结果验证了旁路理论分析的准确性以及利用旁路式传感器进行索力监测的可行性。(4)基于嵌入式硬件平台开发了便携式多通道磁通量传感器采集仪,利用LabVIEW编程环境,将传感器参数配置、采集以及数据显示等功能集成,研发了磁通量传感器索力数据采集系统。通过对贵阳市开磷城和郑州市奥林匹克体育中心的标定试验数据以及张拉阶段测量结果进行分析,验证了基于比值测量法的磁通量传感器索力监测的优越性以及索力监测系统的稳定性。