CN101988865A - 一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法，首先将千斤顶和油泵连接，在通过力传感器采集千斤顶的张拉力，通过液压传感器采集油泵的液压，采集的力数据和液压数据实时通过数据采集卡传至具有标定功能模块的工控机，所述工控机的标定功能模块对同一时间点的力数据和液压数据进行线性回归并输出关于力数据和液压数据的一元线性回归模型，完成液压千斤顶的自动标定。本发明相对传统的标定方式，体积小、重量轻且准确性高，标定的过程全自动完成，无需人工进行。本发明所述的系统便于携带，特别适用于远离市区的野外作业使用。

Description

一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法

技术领域

本发明涉及测量标定领域，特别涉及一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法。

背景技术

在实际生产中，液压千斤顶需要进行标定，经过标定后的液压千斤顶才可以在生产中使用。液压千斤顶的标定一般是在试验室的万能试验机上进行，将液压千斤顶与油泵连接，由万能试验机测定千斤顶的张拉力，同时，在油泵的油压表4上读出油泵压力，之后，以油压为自变量，对千斤顶张拉力进行回归，得出油泵的油压与千斤顶张拉力的关系。

上述的这种传统的液压千斤顶的标定方式，存在以下几点缺陷：

1、地理空间限制。传统的液压千斤顶的标定方式对野外作业的预应力张拉机装置的标定和校验非常不利，因为无法实现野外的现场标定，野外的千斤顶和油泵必须运输到具有标定条件的试验室标定，运输时间的耽搁加上试验室标定的数据处理都需要一定的时间，往往导致工作的延误。

2、效率低下，未能实现全自动的标定。传统的液压千斤顶的标定方式中采用人工读取油泵压力表上的液压，这样一来效率低下。另外，传统的液压千斤顶的标定的控制方式为人工控制，其控制的精度和效率并不能令人满意。

发明内容

本发明的目的是提供一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法，可以方便快捷的实现了液压千斤顶的自动标定。

一方面，本发明提供一种液压千斤顶自标定系统，包括力传感器、液压千厅顶、油泵，所述力传感器的通过一高强度钢棒连接所述液压千斤顶的托座，所述油泵连接所述液压千斤顶的油缸，还包括液压传感器、数据采集卡以及具有标定功能模块的工控机，所述液压传感器连接所述油泵，所述力传感器和液压传感器的输出端分别连接所述数据采集卡，所述工控机连接所述数据采集卡，并通过其标定功能模块对所述数据采集卡采集的力数据和液压数据进行标定。

所述力传感器为轮辐式力传感器。

所述工控机通过所述标定功能模块以预定频率同时接收所述数据采集卡从所述力传感器和液压传感器采集的力数据和液压数据并记录，并对所述记录的数据进行线性回归并输出相关的一元线性回归模型。

所述数据采集卡为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡。

另一方面，本发明还提供一种液压千斤顶自标定方法，包括以下步骤：

5.1、将液压千斤顶的液压缸与一油泵连接，并准备通过一高强度钢棒与所述液压千斤顶托座连接的力传感器、与所述油泵连接的液压传感器、与所述力传感器和液压传感器连接的数据采集卡以及具有标定功能模块的工控机；

5.2、启动所述油泵并逐渐加压，驱动所述液压千斤顶进行张拉，同时所述数据采集卡实时从所述力传感器和液压传感器采集力数据和液压数据；

5.3、所述工控机通过标定功能模块接收所述数据采集卡在同一时间点采集的力数据和液压数据并记录和显示；

5.4、所述工控机通过标定功能模块对所述记录的力数据和液压数据进行线性回归并输出关于力数据和液压数据的一元线性回归模型。

所述步骤5.3还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据、液压数据与时间的关系曲线的步骤，所述步骤5.4还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据与液压数据的关系曲线的步骤。

所述步骤中的力传感器为轮辐式力传感器。

所述步骤中的数据采集卡为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡。

采用本发明所述的一种液压千斤顶自标定系统及自标定方法，首先将千斤顶和油泵连接，在通过力传感器采集千斤顶的张拉力，通过液压传感器采集油泵的液压，采集的力数据和液压数据实时通过数据采集卡传至具有标定功能模块的工控机，所述工控机的标定功能模块对同一时间点的力数据和液压数据进行线性回归并输出关于力数据和液压数据的一元线性回归模型，完成液压千斤顶的自动标定。本发明相对传统的标定方式，体积小、重量轻且准确性高，标定的过程全自动完成，无需人工进行。本发明所述的系统便于携带，特别适用于远离市区的野外作业使用。

附图说明

图1为本发明所述自标定系统的结构图；

图2为本发明所述自标定系统的原理图；

图3为本发明所述自标定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

参见图1并结合图2，本发明提供一种液压千斤顶自标定系统100，包括力传感器1、液压千斤顶2、油泵3，所述力传感器1的通过一高强度钢棒8螺纹连接所述液压千厅顶2的托座，所述油泵3连接所述液压千斤顶2的油缸，还包括液压传感器5、数据采集卡6以及具有标定功能模块7a的工控机7，所述液压传感器5以三通连接方式连接所述油泵3的压力表4的下面，所述力传感器1和液压传感器5的输出端分别连接所述数据采集卡6，所述工控机7连接所述数据采集卡6，并通过其标定功能模块7a对所述数据采集卡6采集的力数据和液压数据进行标定。

参见图2，图2显示了本发明所述系统100的原理图，图中可以看出，作为软件的标定功能模块7a装载在工控机7内，在标定功能模块7a的控制之下，力传感器1和液压传感器5配合数据采集卡6进行数据采集并发送数据至所述工控机7中，以作下一步分析。

作为一实施例，所述力传感器1为轮辐式力传感器1，所述数据采集卡6为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡6，相关的数据采集卡为较为通用的采集卡，可在市场上采购。所述工控机7通过标定功能模块7a以预定频率(可以选择1次/s，或1×10⁵次/s)同时接收所述数据采集卡6从所述力传感器1和液压传感器5采集的力数据和液压数据并记录(记录见下表)，所述工控机7的标定功能模块7a对所述记录的数据进行线性回归并输出相关的一元线性回归模型。

标定过程采集的数据表格：

油泵油压(液压数据)

X1

X2

X3

X4

Xi

Xn

千斤顶张拉力(力数据)

Y1

Y2

Y3

Y4

Yi

Yn

注：表中数值为三次采集的数据的平均值。

油泵油压(液压数据)和千斤顶张拉力(力数据)存在函数关系：

Y＝ax+b

则有，

$b=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}(x_i-\stackrel{\‾}{x})(y_i-\stackrel{\‾}{y})}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(x_i-\stackrel{\‾}{x})}^2}$

$a=\stackrel{\‾}{y}-b\stackrel{\‾}{x}$

通过线性回归，可以得出Y＝ax+b中的a和b值，从而输出一元线性回归模型。以上的线性回归过程均为所述标定功能模块7a完成的。

下面介绍一下此次标定中的一元线性回归：

1、一元线性回归预测法的概念：一元线性回归预测法是分析一个因变量与一个自变量之间的线性关系的预测方法。本实施中的千斤顶张拉力(力数据)就是因变量，而油泵油压(液压数据)就是自变量，系统采集它们的数据之后，就需要分析两者之间的线性关系，那么就需要分析得出一条具有代表性的直线。线性回归常用的统计指标包括平均数、增减量、平均增减量。

2、一元线性回归预测基本思想：在采集相关数据以后，确定直线的方法是最小二乘法最小二乘法的基本思想是最有代表性的直线应该是直线到各点的距离最近。然后用这条直线进行预测，比如上个实施例中的直线为Y＝ax+b，在得出a和b值后，当知道自变量油泵油压(液压数据)时，就能预测出因变量千斤顶张拉力(力数据)。

3、一元线性回归预测模型的建立过程：1)选取一元线性回归模型的变量；2)绘制计算表和拟合散点图；3)计算变量间的回归系数及其相关的显著性；4)回归分析结果的应用。

另一方面，参见图3，本发明还提供一种液压千斤顶自标定方法200，包括以下步骤：

201、准备油泵、力传感器、液压传感器、数据采集卡以及工控机。

将液压千斤顶的液压缸与一油泵连接，并准备通过一高强度钢棒与所述液压千斤顶托座连接的力传感器、与所述油泵连接的液压传感器、与所述力传感器和液压传感器连接的数据采集卡以及具有标定功能模块的工控机。

202、启动所述油泵并逐渐加压，采集力数据和液压数据。

启动所述油泵并逐渐加压，驱动所述液压千斤顶进行张拉，同时所述数据采集卡实时从所述力传感器和液压传感器采集力数据和液压数据。

203、控制工控机接收并记录同一时间点的力数据和液压数据。

控制所述具有标定功能模块的工控机接收所述数据采集卡在同一时间点采集的力数据和液压数据并记录和显示。

204、控制工控机对数据进行线性回归并完成标定。

控制所述工控机的标定功能模块对所述记录的力数据和液压数据进行线性回归并输出关于力数据和液压数据的一元线性回归模型。

作为一实施例，所述步骤203还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据、液压数据与时间的关系曲线的步骤，所述步骤204还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据与液压数据的关系曲线的步骤。

作为一实施例，所述步骤中的力传感器为轮辐式力传感器。所述步骤中的数据采集卡为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡。

需要指出的是，本发明所述的一种液压千斤顶自标定方法200与本发明所述的一种液压千斤顶自标定系统100在原理和实施例上是相同或类似的，故重复部分不再赘述。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种液压千斤顶自标定系统，包括力传感器、液压千斤顶、油泵，所述力传感器通过一高强度钢棒连接所述液压千斤顶的托座，所述油泵连接所述液压千斤顶的油缸，其特征在于，还包括液压传感器、数据采集卡以及具有标定功能模块的工控机，所述液压传感器连接所述油泵，所述力传感器和液压传感器的输出端分别连接所述数据采集卡，所述工控机连接所述数据采集卡，并通过其标定功能模块对所述数据采集卡采集的力数据和液压数据进行标定。

2.如权利要求1所述的自标定系统，其特征在于，所述力传感器为轮辐式力传感器。

3.如权利要求1或2所述的自标定系统，其特征在于，所述工控机通过所述标定功能模块以预定频率同时接收所述数据采集卡从所述力传感器和液压传感器采集的力数据和液压数据并记录，并对所述记录的数据进行线性回归并输出相关的一元线性回归模型。

4.如权利要求3所述的自标定系统，其特征在于，所述数据采集卡为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡。

5.一种液压千斤顶自标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.1、将液压千斤顶的液压缸与一油泵连接，并准备通过一高强度钢棒与所述液压千斤顶托座连接的力传感器、与所述油泵连接的液压传感器、与所述力传感器和液压传感器连接的数据采集卡以及具有标定功能模块的工控机；

5.2、启动所述油泵并逐渐加压，驱动所述液压千斤顶进行张拉，同时所述数据采集卡实时从所述力传感器和液压传感器采集力数据和液压数据；

5.3、所述工控机通过标定功能模块接收所述数据采集卡在同一时间点采集的力数据和液压数据并记录和显示；

5.4、所述工控机通过标定功能模块对所述记录的力数据和液压数据进行线性回归并输出关于力数据和液压数据的一元线性回归模型。

6.如权利要求5所述的自标定方法，其特征在于，所述步骤5.3还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据、液压数据与时间的关系曲线的步骤，所述步骤5.4还包括在所述工控机显示屏上输出所述力数据与液压数据的关系曲线的步骤。

7.如权利要求5或6所述的自标定方法，其特征在于，所述力传感器为轮辐式力传感器。

8.如权利要求7所述的自标定方法，其特征在于，所述数据采集卡为PCI接口、ISA接口以及USB接口中的任一接口数据采集卡。

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