CN103592093B - 消防车臂架末端振动测量设备、方法、系统、以及消防车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种消防车臂架末端振动测量设备、方法、系统、以及消防车。该设备包括：接收装置，用于接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及计算装置，用于确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。本发明可以通过借助消防车所配置的倾角传感器和加装的陀螺仪得以实施，能够动态和实时地测量振动角度，规避了累积误差。
Description
技术领域
本发明涉及消防车，具体地，涉及一种消防车臂架末端振动测量设备、方法、系统、以及消防车。
背景技术
消防车臂架末端的检测对于保证消防车的正常工作具有重要的意义，但目前尚无针对消防车臂架的检测方案。虽然现有技术中存在长臂架工程机械（例如泵车）的振动测量方案，但应用于消防车臂架的话，会存在一些缺陷。现有技术中长臂架工程机械的振动测量方案大部分采用单一传感器进行信息采集和处理，例如用加速度传感器进行两次积分、采用末端标示进行测量、以及采用油缸压力进行对应等方案。
加速度传感器两次积分测量在短时间内使用精度较高，随时间推移误差会增加，需要进行校正以避免过大的积误差。采用末端标示法进行测量，需要设计良好的标示安装结构和标示变化读取装置，测量精度高并且使用起来非常复杂。采用油缸压力进行对应需要建立庞大的专家库，且一般只能适用一些固定的工况和固定的机械。
总而言之，现有技术中长臂架工程机械的振动测量方案均存在缺陷，不易直接应用于消防车臂架。
发明内容
本发明的目的是提供一种消防车臂架末端振动测量设备、方法、系统、以及消防车，以检测消防车臂架末端的振动角度。
为了实现上述目的，本发明提供一种消防车臂架末端振动测量设备，该设备包括：接收装置，用于接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及计算装置，用于确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。
相应地，本发明提供了一种消防车臂架末端振动测量方法，该方法包括：接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。
相应地，本发明提供了一种消防车臂架末端振动测量系统，该系统包括所述的设备；该系统还包括：倾角传感器，用于检测所述消防车臂架根部变幅角度，其中所述倾角传感器安装于所述消防车臂架根部；以及陀螺仪，用于检测所述消防车臂架末端角速度，其中所述陀螺仪安装于所述消防车臂架末端。
相应地，本发明提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。
本发明可以通过借助消防车所配置的倾角传感器和加装的陀螺仪得以实施，能够动态和实时地测量振动角度，规避了累积误差。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明提供的消防车臂架末端振动测量设备示意图；
图2是本发明提供的消防车臂架末端振动角度示意图；
图3是本发明提供的消防车臂架振动角速度曲线；
图4是本发明提供的消防车臂架末端振动测量方法示意图；
图5是本发明提供的消防车臂架末端振动测量系统示意图。
附图标记说明
1倾角传感器2陀螺仪
100接收装置200计算装置
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
为了能够准确地测量消防车臂架末端的振动角度，本发明提供了如图1所示的消防车臂架末端振动测量设备。在本发明中，振动角度是消防车臂架末端相对于消防车比较平衡位置偏移的角度，消防车可以是常见的云梯消防车。在图1中，消防车臂架末端振动测量设备包括接收装置100，用于接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及计算装置200，用于确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而测量出振动角度。所用到的参数，例如消防车臂架根部变幅角度以及消防车臂架末端角速度可以分别通过倾角传感器1和陀螺仪2得到，其安装位置如图2所示。倾角传感器1可以安装于所述消防车臂架根部，陀螺仪2可以安装于所述消防车臂架末端。
从图2中可以看出，消防车臂架末端在作业过程中会在消防车臂架平衡位置附近振动，从而产生振动角度。通过确定积分零点，可以对消防车臂架末端角速度进行积分，从而计算出从一个积分零点到相邻的另一个积分零点所经历的角度，通过该角度与作为积分零点的时刻对应的消防车臂架根部变幅角度相减，可以得到消防车臂架末端的振动角度。由于消防车臂架末端在消防车臂架平衡位置附近振动，因此振动角度可以有正值，也可以有负值。
图3示出了消防车臂架末端的角速度曲线，在角速度到达A点时，其速度达到最大值，对应于振动过程中的平衡点向上振动的位置，在角速度到达B点时，振动速度开始由正变负，对应于消防车臂架末端振动达到最大振幅的位置，角速度到达C点时，速度达到最小值，对应臂架末端达到平衡点向下振动，到达D点时，臂架末端速度由负变正，对应于最小振幅的位置。可以在在平衡点B、D处读取倾角传感器数值，并在此时置零重新开始积分，消除前面的累积误差。
在实施的过程中，为了确定积分零点，可以对所述消防车臂架根部变幅角度进行微分得到所述消防车臂架根部变幅角速度。
例如，所述消防车臂架根部变幅角度函数可以表示为k＝0,1,2,...,n，fsample为采样频率，n为正整数。
通过对上述的所述消防车臂架根部变幅角度函数进行微分，可以得到消防车臂架根部的角速度，例如通过微分处理后，可以得到需要计算的时刻的角速度。进一步地，还可以形成角速度曲线。
陀螺仪可以直接得到角速度，可以表示为k＝0,1,2,...,n，fsample'为采样频率，n为正整数。fsample'一般为fsample的2倍以上，优选地，fsample'为fsample的10倍以上。
通过对角速度进行积分，可以得到消防车臂架末端的角度，例如ts为积分零点，te为积分终点，te一般为Δt'的正整数倍。
可以通过相对角速度来确定积分零点。相对角度是可以定义为所述消防车臂架末端角速度与所述消防车臂架根部角速度之差。可以先对相对角度取绝对值，当该绝对值比前面一小段时间和后面一小段时间的绝对值都大，也就是说在某一时间段内，存在最大的相对角度绝对值，那么该最大值对应的时刻可以作为积分零点。实际上由于陀螺仪的频率远高于倾角频率，在所选择的的一段时间内倾角几乎没有变化，因此这一时间段内的任意时刻都可以作为积分零点，从而可以得到积分零点所在时刻的所述消防车臂架根部倾角值。
简而言之，为了确定积分零点，在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值为最大值时，该最大值对应的时刻为积分零点。若消防车臂架末端角速度的采样速率相对于臂架根部变幅角度的采样频率足够高（一般情况下消防车臂架末端角速度的采样速率一般大于或等于所述消防车臂架根部变幅角度的采样频率的2倍时），在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值在预定的时间段内为最大值的情况下，可以将该预定的时间段内的任意时刻确定为积分零点。为了更准确地进行检测，可以规定所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的一半。也就是说，对所述消防车臂架末端角速度的积分区间长度小于所述消防车臂架末端角速度周期（即所述消防车臂架振动周期）的一半。优选地，可以规定所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的1/8或1/16，以保证在该时间段内所述消防车臂架根部角度变化不大。
此外为了确定积分零点，还可以利用加速度曲线。例如，可以根据所述消防车臂架末端的角速度，进而可以得到所述消防车臂架末端的速度曲线，通过微分处理，可以得到所述消防车臂架末端的加速度曲线。根据牛顿力学原理，在加速度为零之处，其处于平衡状态。因此，加速度为零的时刻即为积分零点。
相应地，本发明提供了一种消防车臂架末端振动测量方法，该方法包括：接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。为了详细地说明该方法的实现方式，图4给出了一个具体的实施流程。
在图4中，给出的测量方案是实时测量的方案。需要说明的是，也可以通过非实时的测量方案来得到，例如可以先得到在若干时刻所述消防车臂架根部角度和在若干时刻所述消防车臂架末端角速度，随后再对这些数据进行处理，例如找到积分零点，并通过所述消防车臂架末端角速度得到所述消防车臂架末端角度，并将该角度与积分零点对应的所述消防车臂架根部角度相减得到振动角度。
图4中显示了两个测试流程，即倾角测试流程和陀螺仪测试流程。在倾角测试流程中，倾角传感器会实时地获取所述消防车臂架根部角度，在采样时间到达的情况下，更新所述消防车臂架根部角度。在采样时间没有到达的情况下，倾角传感器仍然继续实时地获取所述消防车臂架根部角度。在倾角测试流程中，还示出了可以根据所述消防车臂架根部角度的变化来更新消防车臂架根部角速度，这个过程可以通过对所述消防车臂架根部角度进行微分得到。更新后的消防车臂架根部角速度可以用来计算相对角速度。在测试完成的情况下，可以结束整个倾角测试流程，否则还需要再从倾角传感器获得所述消防车臂架根部角度，重新进行一轮计算。
在陀螺仪测试流程中，陀螺仪可以实时检测消防车臂架末端角速度，在到达采样时间以后可以更新消防车臂架末端角速度，在没有到达采样时间的情况下，陀螺仪继续实时检测消防车臂架末端角速度。在得到更新后的消防车臂架末端角速度后，可以用更新后的消防车臂架末端角速度减去更新后的消防车臂架根部角速度得到更新后的消防车臂架末端相对角速度，然后判断相对角速度的绝对值是否为极大值，在相对角速度的绝对值为极大值的情况下，可以更新积分零点，在相对角速度的绝对值非极大值的情况下，可以进行角度积分计算。如果测试完毕，则结束整个陀螺仪测试流程，否则继续从陀螺仪得到消防车臂架根部角速度，重新进行一轮计算。
通过上述的流程可以得到消防车臂架根部角度以及在通过积分得到该消防车臂架根部角度时所使用的积分零点对应的消防车臂架根部角度，二者相减便可以得到振动角度。
相应地，本发明提供了一种消防车臂架末端振动测量系统，如图5所示，包括接收装置100、计算装置200、倾角传感器1、以及陀螺仪2。倾角传感器1，用于检测所述消防车臂架根部变幅角度，其中所述倾角传感器安装于所述消防车臂架根部；以及陀螺仪2，用于检测所述消防车臂架末端角速度，其中所述陀螺仪安装于所述消防车臂架末端。此外，由于本发明在确定积分零点时还可以通过加速度曲线来判定，因此还可以利用检测所述消防车臂架末端的角速度得到速度曲线，进而根据速度曲线得到加速度曲线，从而可以确定积分零点。
相应地，本发明还提供了一种消防车，该消防车包括所述的系统。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (12)
1.一种消防车臂架末端振动测量设备，其特征在于，该设备包括：
接收装置，用于接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及
计算装置，用于确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述确定积分零点包括：
根据所述消防车臂架根部变幅角度得到所述消防车臂架根部变幅角速度；
在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值在预定的时间段内为最大值的情况下，该预定的时间段内的任意时刻为积分零点；所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的一半；
其中，所述消防车臂架末端角速度的采样速率大于或等于所述消防车臂架根部变幅角度的采样频率的2倍。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的1/8或1/16。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述确定积分零点包括：
根据所述消防车臂架根部变幅角度得到所述消防车臂架根部变幅角速度；
在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值在预定的时间段内为最大值的情况下，所述最大值对应的时刻为所述积分零点。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述确定积分零点包括：
所述计算装置根据所述消防车臂架末端的角速度得到所述消防车臂架末端的速度曲线，并对所述速度曲线求微分得到所述消防车臂架末端的加速度曲线，加速度为零的时刻即为积分零点。
6.一种消防车臂架末端振动测量方法，其特征在于，该方法包括：
接收所述消防车臂架根部变幅角度以及所述消防车臂架末端角速度；以及
确定积分零点，并根据所述积分零点对所述消防车臂架末端角速度进行积分得到所述消防车臂架末端角度，并将所述消防车臂架末端角度与所述积分零点对应的所述消防车臂架根部变幅角度相减，从而计算出振动角度。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定积分零点包括：
根据所述消防车臂架根部变幅角度得到所述消防车臂架根部变幅角速度；
在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值在预定的时间段内为最大值的情况下，该预定的时间段内的任意时刻为积分零点；所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的一半；
其中，所述消防车臂架末端角速度的采样速率大于或等于所述消防车臂架根部变幅角度的采样频率的2倍。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述预定的时间段小于所述消防车臂架振动周期的1/8或1/16。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定积分零点包括：
根据所述消防车臂架根部变幅角度得到所述消防车臂架根部变幅角速度；
在所述消防车臂架根部变幅角速度与所述消防车臂架末端角速度之差的绝对值在预定的时间段内为最大值的情况下，所述最大值对应的时刻为所述积分零点。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述确定积分零点包括：
根据所述消防车臂架末端的角速度得到所述消防车臂架末端的速度曲线；
对所述速度曲线求微分得到所述消防车臂架末端的加速度曲线，加速度为零的时刻即为积分零点。
11.一种消防车臂架末端振动测量系统，其特征在于，该系统包括根据权利要求1-5任意一项所述的设备；该系统还包括：
倾角传感器，用于检测所述消防车臂架根部变幅角度，其中所述倾角传感器安装于所述消防车臂架根部；以及
陀螺仪，用于检测所述消防车臂架末端角速度，其中所述陀螺仪安装于所述消防车臂架末端。
12.一种消防车，其特征在于，该消防车包括根据权利要求11所述的系统。
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