CN103033384A - 一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置及其检定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置及其检定方法，包括标准测力仪，其特征是，还包括数据采集和控制模块、嵌入式控制平台以及远程控制模块；数据采集和控制模块电性连接在嵌入式控制平台与标准测力仪之间；远程控制模块通过有线或无线的方式与嵌入式控制平台通信，传达操作员指令。该检测系统由力传感器、带触摸屏嵌入式控制平台、高速数据采集模块、远程控制单元、远程记录查询与证书打印设备组成，对被检千斤顶输出的力值信号或示值图像进行采集、识别、比较、数据处理，最后获得检定结果，形成检定记录和检定报告。本发明具有可快速、高效地自动完成对各类千斤顶进行智能化检定等优点。

Description

一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置及其检定方法

技术领域

本发明涉及千斤顶自动计量检定技术领域，特别涉及一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置及其检定方法。

背景技术

5000N千斤顶检定指示装置主要用于检定带指示装置的千斤顶。

目前，国内外商家大多未对上述设备未使用计算机和触摸屏进行控制，只是常规的根据千斤顶的指示器（一般为0.4级压力表）的读数而在测力仪表上相应的读数，然后再通过数据处理得到相关技术指标及校准方程，不能进行人机对话，由于整个加载检定是一个动态的过程，要按照常规的检定方法，一般检定一个千斤顶要安排起码二名检定员。

而少数使用PC机控制的千斤顶检定指示装置，存在体积庞大、安装不方便、操作繁杂、速度缓慢、容易遭受病毒侵扰等问题，而运用了嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置目前未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种具有可快速、高效地自动完成对各类千斤顶进行智能化检定的的基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置及其检定方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，包括标准测力仪，其特征是，还包括数据采集和控制模块、嵌入式控制平台以及远程控制模块；数据采集和控制模块电性连接在嵌入式控制平台与标准测力仪之间，负责接收标准测力仪的力值模拟量信号和远程控制模块的远程控制模块数字量信号、并对力值模拟量信号放大处理和模数转换后输送至嵌入式控制平台；嵌入式控制平台为带触摸屏的嵌入式控制平台，负责将数据采集和控制模块的信号进行滤波、线性化处理以及分段校准，另外，接受用户的操控指令，负责对数据采集和控制模块输出的数据采集、信息的内部处理和分析，测试结果的输出；远程控制模块通过有线或无线的方式与嵌入式控制平台通信，传达操作员指令。

本发明的目的还可以采用以下技术措施解决：

作为更具体的一种方案，所述远程控制模块通过I/O继电器与嵌入式控制平台通信。

所述远程控制模块通过蓝牙或红外与嵌入式控制平台通信。

还包括远程记录查询设备和证书打印设备，远程记录查询设备与嵌入式控制平台电性连接，证书打印设备与远程记录查询设备电性连接。

一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，包括以下步骤：首先把千斤顶安放在检定框架底座中间、与标准测力仪串接，同时，要使得千斤顶、标准测力仪与检定框架对中，标准测力仪通过数据采集和控制模块与嵌入式控制平台连接；然后启动油泵将千斤顶加荷到最大力值，预压二次，同时，所述数据采集和控制模块开始持续采集力值模拟量信号和远程控制模块数字量信号，力值模拟量信号在经过模数转换后，进入数据缓冲区，通过嵌入式控制平台内软件进行数字滤波、线性化处理和分段校正后，再提供给嵌入式控制平台的主控软件使用、并将所采集的力值显示在界面上；当嵌入式控制平台接到远程控制模块信号时，将执行锁定操作，将当前力值记录下来，并形成力值和对应千斤顶指示器读数的曲线图，数据采集过程结束以后，自动生成报表，并计算出理论值曲线公式，与实际曲线进行比对。

上述标准测力仪为应变式标准测力仪，应变式标准测力仪与千斤顶之间放置下垫块，应变式标准测力仪与检定框架内顶面之间放置上垫块。实际应用中可根据需要放置垫块调整空间高度，使千斤顶活塞伸出量接近工作状态。

上述锁定操作中锁定的数据可以进行修改和重置。

上述校准被检千斤顶的过程采取逐步加压，检定千斤顶示值，检定点的选取从千斤顶力值量程的20%至最大力值，一般取均匀分布的5点，从初始点开始，驱动千斤顶主动加压，按递增顺序施加力，直到额定力值后退回初始点，示值检定时施加试验力要平稳，加到检定点前应缓慢施加，便于准确采样读数，重复本步骤测量三次（根据送检单位的要求，可增加千斤顶回程检定）。

上述检定报告中包括三个有关技术指标，各指标的计算方法为：

第一个指标，示值重复性R；

以标准测力仪（嵌入式测力仪）指示表标准值为依据，在千斤顶压力指示表读数，按公式（1）计算

                 （1）

以千斤顶压力指示表读数为依据，在标准测力仪指示表读数，按公式（2）计算

               （2）

第二个指标，负载效率η；

                  （3）

第三个指标，内插误差I；

                （4）

式中：

P_imax——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最大值；

P_imin——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的算术平均值；

X_imax——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最大值；

X_imin——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的算术平均值；

F_i——对应于第i个检定点的力值；

W_i——对应于第i个检定点千斤顶输出力理论值，可由千斤顶活塞的有效面积与对应于第i个检定点时压强示值计算得出；

P_ci——由校准方程求出的与负荷相对应的示值直线拟合值。

本发明的有益效果如下：

与现有技术相比，本发明具有以下显著效果：

（1） 嵌入式系统在测量精度、环境、噪声指标等方面与PC系统一致，在工业环境适应方面单片机系统更胜一筹。

（2）在功能方面，嵌入式系统具备PC机所有功能，定制的触摸屏软件可以比PC机更快完成操作流程，大大超出单片机所提供的功能。

（3）由于采用嵌入式软件，嵌入式系统的开机速度、可靠性、安全性、稳定性都高于PC机；因为嵌入式系统的CPU比单片机更加强大，即使系统比较复杂，上述性能接近单片机的的水平。

（4）嵌入式系统的硬件小巧节能，体积和重量都接近单片机系统，远比PC机小巧。嵌入式系统在功能和性能之间取得了良好的平衡，极具市场竞争力，是试验机未来的重要发展方向。

（5）实现计量检定过程的自动化。

（6）一般情况一个检定员就能完成千斤顶的检定工作，节约了人力物力，提高了效率。

本发明完全符合各种温度仪表国家检定规程的要求，遵循的规程有：中华人民共和国计量检定规程JJG 144-2007《标准测力仪》、JJG 621-2005《液压千斤顶》等。在这些检定规程中，包括了不同设备使用阶段的多个不同检定项目，这些检定项目的过程检定点多，检定次数不一，或者需要换向控制，过程复杂，检定过程持续时间很长，数据采样间隔各不相同；通过软件方法将相关技术融入基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置中，通过触摸屏和计算机完成对标准和各被检仪器的数据准确采集和检定过程的控制。

综上所述，本发明利用了嵌入式技术，通过使用触摸屏智能和高精度数据采集技术，使整个检测过程自动化；通过软件和自动计量检定的技术，实现了多种仪表（计）检定过程全自动化智能化。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明数据采集及数据比较流程控制示意图。

图3为本发明中千斤顶及标准测力仪结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，包括标准测力仪（原有的硬件，包括传感器等）、数据采集和控制模块、嵌入式控制平台以及远程控制模块；数据采集和控制模块电性连接在嵌入式控制平台与标准测力仪之间，负责接收标准测力仪的力值模拟量信号和远程控制模块的远程控制模块数字量信号、并对力值模拟量信号放大处理和模数转换后输送至嵌入式控制平台；嵌入式控制平台为带触摸屏的嵌入式控制平台（是整个系统的核心部份），负责将数据采集和控制模块的信号进行滤波、线性化处理以及分段校准，另外，接受用户的操控指令，负责对数据采集和控制模块输出的数据采集、信息的内部处理和分析，测试结果的输出；远程控制模块通过有线或无线的方式与嵌入式控制平台通信，传达操作员指令。该检测系统由力传感器、 带触摸屏嵌入式控制平台、高速数据采集模块、远程控制单元、远程记录查询与证书打印设备组成，对被检千斤顶输出的力值信号或示值图像进行采集、识别、比较、数据处理，最后获得检定结果，形成检定记录和检定报告。

所述远程控制模块通过I/O继电器与嵌入式控制平台通信。或者，所述远程控制模块通过蓝牙或红外与嵌入式控制平台通信。

还包括远程记录查询设备和证书打印设备，远程记录查询设备与嵌入式控制平台电性连接，证书打印设备与远程记录查询设备电性连接。远程记录查询与证书打印设备，用于从嵌入式控制平台获取数据，形成、并打印最终检定记录和检定报告，记录查询与证书打印设备可以通过有线或无线网络与嵌入式控制平台联网。

千斤顶工作系统主要由千斤顶及相应的油路和千斤顶指示器（一般是压力表）组成。其工作原理是油泵对千斤顶供油，千斤顶对施力体施加作用力，通过与千斤顶连通的压力表指示所施加的力值。千斤顶广泛使用于桩基工程和结构工程的力值控制。千斤顶的启动油压应小于额定油压的4%，在额定油压下保压5min，压降值应小于额定油压的5%，模拟指示式压力表准确度等级一般不低于0.4级。

结合图2和图3，以下是一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，包括以下步骤：首先把千斤顶1安放在检定框架5底座中间、与标准测力仪3串接，同时，要使得千斤顶、标准测力仪与检定框架对中，标准测力仪通过数据采集和控制模块与嵌入式控制平台连接；然后启动油泵将千斤顶加荷到最大力值，预压二次，同时，所述数据采集和控制模块开始持续采集力值模拟量信号和远程控制模块数字量信号，力值模拟量信号在经过模数转换后，进入数据缓冲区，通过嵌入式控制平台内软件进行数字滤波、线性化处理和分段校正后，再提供给嵌入式控制平台的主控软件使用、并将所采集的力值显示在界面上，为使产品具有通用性，数字滤波、线性化处理和分段校正的参数是可以随时灵活调整的。考虑到嵌入式处理器的处理能力有限，数据采集速度过快，可能导致用户界面反应缓慢；过慢，则影响检测效果，系统必须具备智能调节采集数据速度的能力（模拟量和数字量分开调节）。当嵌入式控制平台接到远程控制模块信号时，将执行锁定操作，将当前力值记录下来，并形成力值和对应千斤顶指示器读数的曲线图，数据采集过程结束以后，自动生成报表，并计算出理论值曲线公式，与实际曲线进行比对。

上述标准测力仪为应变式标准测力仪，应变式标准测力仪与千斤顶之间放置下垫块2，应变式标准测力仪与检定框架内顶面之间放置上垫块4。

上述锁定操作中锁定的数据可以进行修改和重置。

上述用本嵌入式指示仪表校准被检千斤顶的过程采取逐步加压，检定千斤顶示值，检定点的选取从千斤顶力值量程的20%至最大力值，一般取均匀分布的5点，从初始点开始，驱动千斤顶主动加压，按递增顺序施加力，直到额定力值后退回初始点，示值检定时施加试验力要平稳，加到检定点前应缓慢施加，便于准确采样读数，重复本步骤测量三次（根据送检单位的要求，可增加千斤顶回程检定）。

上述检定前首先要确保千斤顶油泵加卸力平稳，无妨碍读数的压力波动，无冲击和颤动现象；液压系统工作正常，反应灵敏，油路无渗漏，液压油清洁纯净；电气部分灵敏可靠，绝缘良好。

本实例对液压千斤顶进行校准，根据规程，应该校准的主要项目为示值重复性、负载效率、内插误差，各项目指标的计算方法为：

第一个指标，示值重复性R；

以标准测力仪指示表标准值为依据，在千斤顶压力指示表读数，按公式（1）计算

                 （1）

以千斤顶压力指示表读数为依据，在标准测力仪指示表读数，按公式（2）计算

               （2）

第二个指标，负载效率η；

                  （3）

第三个指标，内插误差I；

                （4）

式中：

P_imax——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最大值；

P_imin——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的算术平均值；

X_imax——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最大值；

X_imin——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的算术平均值；

F_i——对应于第i个检定点的力值；

W_i——对应于第i个检定点千斤顶输出力理论值，可由千斤顶活塞的有效面积与对应于第i个检定点时压强示值计算得出；

P_ci——由校准方程求出的与负荷相对应的示值直线拟合值。

最后，嵌入式控制平台自动进行数据处理，并出具原始记录及报告。

上述千斤顶检定装置，性能指标满足JJG144-2007《标准测力仪》0.3级测力仪的要求：

回零差：±0.15%FS；

重复性：0.3%；

示值误差：±0.3%。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，包括标准测力仪，其特征是，还包括数据采集和控制模块、嵌入式控制平台以及远程控制模块；

数据采集和控制模块电性连接在嵌入式控制平台与标准测力仪之间，负责接收标准测力仪的力值模拟量信号和远程控制模块的远程控制模块数字量信号、并对力值模拟量信号放大处理和模数转换后输送至嵌入式控制平台；

嵌入式控制平台为带触摸屏的嵌入式控制平台，负责将数据采集和控制模块的信号进行滤波、线性化处理以及分段校准，另外，接受用户的操控指令，负责对数据采集和控制模块输出的数据采集、信息的内部处理和分析，测试结果的输出；

远程控制模块通过有线或无线的方式与嵌入式控制平台通信，传达操作员指令。

2.根据权利要求1所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，其特征是，所述远程控制模块通过I/O继电器与嵌入式控制平台通信。

3.根据权利要求1所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，其特征是，所述远程控制模块通过蓝牙或红外与嵌入式控制平台通信。

4.根据权利要求1或2或3所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置，其特征是，还包括远程记录查询设备和证书打印设备，远程记录查询设备与嵌入式控制平台电性连接，证书打印设备与远程记录查询设备电性连接。

5.一种根据权利要求4所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，包括以下步骤：首先把千斤顶安放在检定框架底座中间、与标准测力仪串接，同时，要使得千斤顶、标准测力仪与检定框架对中，标准测力仪通过数据采集和控制模块与嵌入式控制平台连接；然后启动油泵将千斤顶加荷到最大力值，预压二次，同时，所述数据采集和控制模块开始持续采集力值模拟量信号和远程控制模块数字量信号，力值模拟量信号在经过模数转换后，进入数据缓冲区，通过嵌入式控制平台内软件进行数字滤波、线性化处理和分段校正后，再提供给嵌入式控制平台的主控软件使用、并将所采集的力值显示在界面上；当嵌入式控制平台接到远程控制模块信号时，将执行锁定操作，将当前力值记录下来，并形成力值和对应千斤顶指示器读数的曲线图，数据采集过程结束以后，自动生成报表，并计算出理论值曲线公式，与实际曲线进行比对。

6.根据权利要求5所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，标准测力仪为应变式标准测力仪，应变式标准测力仪与千斤顶之间放置下垫块，应变式标准测力仪与检定框架内顶面之间放置上垫块。

7.根据权利要求5所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，锁定操作中锁定的数据可以进行修改和重置。

8.根据权利要求5所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，校准被检千斤顶的过程采取逐步加压，检定千斤顶示值，检定点的选取从千斤顶力值量程的20%至最大力值，一般取均匀分布的5点，从初始点开始，驱动千斤顶主动加压，按递增顺序施加力，直到额定力值后退回初始点，示值检定时施加试验力要平稳，加到检定点前应缓慢施加，便于准确采样读数，重复本步骤测量三次。

9.根据权利要求5所述基于嵌入式平台的智能千斤顶检定指示装置的检定方法，其特征是，检定报告中包括三个有关技术指标，各指标的计算方法为：

第一个指标，示值重复性R；

以标准测力仪指示表标准值为依据，在千斤顶压力指示表读数：

                 ；

     以千斤顶压力指示表读数为依据，在标准测力仪指示表读数：

               ；

第二个指标，负载效率η：

                  ；

第三个指标，内插误差I：

                ；

式中：

P_imax——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最大值；

P_imin——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点千斤顶压力表三次示值的算术平均值；

X_imax——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最大值；

X_imin——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的最小值；

——对应于第i个检定点标准测力仪三次示值的算术平均值；

F_i——对应于第i个检定点的力值；

W_i——对应于第i个检定点千斤顶输出力理论值，可由千斤顶活塞的有效面积与对应于第i个检定点时压强示值计算得出；

P_ci——由校准方程求出的与负荷相对应的示值直线拟合值。

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