CN103900461A - 一种检测闸门变形的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测闸门变形的装置与方法，属于测量技术领域。装置包括两对厚度不同的电磁铁、钢丝弦线、探头、钢板、导线、系统电源、信息条例电路、单片机、数据采集器和功率放大器；本发明主要运用涡流检测技术，通过测量探头与钢板之间的距离来检测闸门表面是否发生变形；运用电磁铁实现水下无人操作。两对厚度不同的电磁体按对角线放置，使得固定在其上的钢丝弦线处于异面位置，通过信息调理电路、单片机、数据采集器和功率放大器的运算处理，可以检测出弦线间距离并与两电磁铁厚度之差做比较，能够对闸门变形进行较为精确的测量，实现了不停航状态下的闸门变形检测，有效地保障了船闸快速高效运行。

Description

一种检测闸门变形的装置与方法

技术领域：

本发明涉及一种检测闸门变形的装置及方法，属于测量技术领域。

背景技术：

随着水运事业的发展，船舶运量及船型均呈逐渐加大的趋势，长期以来对于船闸的维护都是一项重要而艰巨的任务。闸门作为船闸中最重要的组成部分，在行船过程中容易受到船体的撞击而变形，影响了闸门的正常使用，如果不加以重视，可能会带来严重的后果。

现有工程中，对于闸门变形的检测方法主要是通过在闸门四角设置相同高度的垫块，在处于对角线位置的垫块表面拉直线，看两条直线能否平面相交。而这种方法由于无法远距离判断两条直线是否相交，从而要求在检测时一定要停航抽水，影响船闸正常运行，具有相当大的局限性。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述背景技术中存在的问题，提供一种检测闸门变形的装置及方法，能够在船闸正常运行时较为精确地确定闸门变形的程度，同时为闸门后期的维修工作提供准确可靠的信息。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种检测闸门变形的装置，包括两对厚度不同的电磁铁、钢丝弦线、探头、钢板、导线、系统电源、信息调理电路、单片机、数据采集器和功率放大器，其特征在于：电磁铁吸附于闸门四角；弦线末端连接处于对角线上的两对电磁铁，所述厚度不同的电磁铁包括10cm厚度电磁铁和15cm厚度电磁铁，其中与10cm厚度电磁铁相连的弦线中心处放置光滑钢板，与15cm厚度电磁铁相连的弦线中心放置探头；探头位于钢板正上方。

所述的与厚度为10cm的电磁铁相连的弦线不通电，中间与钢板悬挂相连，使钢板平面与弦线位于同一平面内。

所述的电磁铁置于闸门四角，厚度相同的电磁铁对角放置，弦线连接处于对角线上的两电磁铁，此时弦线平行于闸门表面，靠近闸门表面的弦线中央悬挂有光滑钢板，远离闸门表面的弦线中央连接探头，探头通过钢丝弦线、导线与控制箱体相连，形成通路，控制箱体内，系统电源、信息调理电路、单片机、数据采集器和功率放大器依次用导线连接，与控制箱体外部形成回路。

所述的钢丝弦线两端固定于位于对角位置的电磁铁上，通过调节电磁铁上的缠绕器固定螺栓，确保钢丝弦线拉直，探头和钢板均与相连接的钢丝弦线在同一平面内。

 

本发明的工作原理是通过涡流检测技术来测试船闸闸门的变形情况。

所述的探头包括两个组成部分：激励线圈和霍尔传感器。当带有交变电流的激励线圈接近金属导体材料时，激励线圈中产生的交变磁场会在金属导体中感应出变化的感生涡流，变化的感生涡流又会产生与原磁场成反向作用的涡流磁场，通过测量检测线圈中阻抗的变化或者磁敏传感器中磁场强度大小的变化就可以间接地得到金属导体中缺陷的有无情况。霍尔传感器则是把由激励线圈产生的信号传递给信号调理电路。

所述的控制箱体内含六个部分：系统电源、信号发生器、信息调理电路、单片机、数据采集器、功率放大器。其中，信号发生器负责发射脉冲信号，数据采集器负责接收信号并作分析。

所述的信号发生器包含MSP430单片机和功率放大电路。MSP430单片机在工作时可产生脉冲信号，脉冲信号通过数据采集器加以记录后，输入功率放大电路，通过电磁铁、导线和探头形成闭合回路。

所述的数据采集器采用PC机进行控制。

本发明还提出了一种检测闸门变形的装置的检测方法，包括如下步骤：

步骤A，将信号发生器与数据采集器按次序连接好，如说明书附图所示。

步骤B，安装钢板和探头。钢板一条对角线位置上的反对称位置设有大小相同的圆孔，与其相连接的钢丝弦线穿过圆孔系牢固定；同样方法固定探头。

步骤C，安装钢丝弦线和电磁铁。将钢丝弦线穿入电磁铁钢丝弦线卡槽内，并缠绕至钢丝弦线缠绕器；安装电磁铁时要分对沿闸门门板下方安装，每对电磁铁沿闸门对角线方向布置，接通电磁铁电源，使电磁铁吸附于闸门门板上，弦线两端经钢丝弦线缠绕器后在闸门顶端固定，使得弦线拉紧，保证钢板和探头静止稳定且垂直正对。

步骤D，接通电源，探头上的激励线圈与信号发生器相连，激励线圈中有脉冲信号，引起闸门表面产生涡流效应，由于线圈耦合作用，检测线圈中阻抗发生变化，通过霍尔传感器传送到信号调理电路中。

步骤E，观察数据采集器上显示的数据，即探头底部与钢板表面距离，与应有距离相比较，判断闸门变形情况。

本发明采用以上技术方案，具有以下技术效果：

1、本发明灵敏度较高，能够对闸门变形情况进行较为精确的测量。

2、本发明机械自动化程度高，能够迅速及时将闸门变形情况反馈到数据采集器中，具有很高的工作效率。

3、本发明对环境的适应性高，解决了闸门变形必须在停航时检测的条件制约问题，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明装置的整体结构示意图；

图2是本发明装置的模块连接示意图；

图3是本发明装置电磁铁部分的结构示意图；

图4是本发明装置控制箱体内各部分结构示意图；

图5是本发明装置探头部分的工作原理图。

图中标号解释：1、厚度为10cm的电磁铁，2、厚度为15cm的电磁铁，3、钢丝弦线，4、探头，5、钢板，6、导线，7、控制箱体，8、系统电源，9、信息调理电路，10、单片机，11、数据采集器，12、功率放大器，13、感应电流，1-1、钢丝弦线缠绕器，1-2、缠绕器固定螺栓，1-3、钢丝弦线卡槽，3-1、激励线圈。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1及图4所示，本发明一种检测闸门变形的装置包括2个厚度为10cm的电磁铁1、2个厚度为15cm的电磁铁2、钢丝弦线3、探头4、钢板5、导线6、控制箱体7；控制箱体内7包含系统电源8、信息调理电路9、单片机10、数据采集器11、功率放大器12、钢丝弦线缠绕器1-1、缠绕器固定螺栓1-2、钢丝弦线卡槽1-3。

在检测闸门变形的工作中，先将控制箱体7安装完毕，如图4所示。再安装电磁铁1和电磁铁2、钢丝弦线3、钢板5和探头4，位置如图1所示。钢板5一条对角线位置上的反对称位置设有大小相同的圆孔，每直角区域两个，与其相连接的钢丝弦线穿过圆孔系牢固定；同样方法固定探头。电磁铁1和电磁铁2要分别安装，沿闸门对角线方向，钢丝弦线3端部穿入电磁铁钢丝弦线卡槽1-3内，并缠绕至钢丝弦线缠绕器1-1，如图3所示；安装电磁铁1,2时要分对沿闸门门板下方安装，电磁铁1,2沿闸门对角线方向布置，接通电磁铁1,2电源，使电磁铁吸附于闸门门板上，钢丝弦线3两端经钢丝弦线缠绕器1-1后在闸门顶端固定，使得钢丝弦线3拉紧，钢板5和探头4垂直正对。

若探头4下方与其连接的钢丝弦线3的距离为1cm，则对于未变形闸门，其探头4距离钢板5的检测距离应为4cm。探头4与钢板5之间的距离可用如下方法检测：探头4靠近闸门表面的一端设有感应器，用来测量探头4到闸门表面的距离，距离在一定范围内。距离可以用如下公式计算：                                                

式中h：渗透深度(m)； 

：电流频率 (Hz)；

：材料相对磁导率；

：电导率(S/m)。

这个距离是为了最大程度上探测到钢闸门表面是否存在起伏或裂纹而不至使探头下端触到钢闸门板。探头上测得的数据通过探头上的导线连接到控制箱体内的信号调整电路，探头上测得的数据通过探头上的导线连接到控制箱体内的信号调整电路，在信号调理部分，信号首先通过一个以AD620为核心芯片的差分放大电路，之后通过一个截止频率为1.5KHz的二阶低通滤波器，大部分噪声被去除后再通过一个峰值电路和一个电压跟随电路，以满足单片机采集电压的要求。单片机与信号调理电路想连接，单片机采集到的实时电压通过RS232串口输入并保存到数据采集器中，供数据处理和显示软件的调用，在这里可以采用MSP430单片机。数据采集器一端与单片机相连接，一段与功率放大器相连，数据采集器可以使用PC机。PC机控MSP430单片机产生一个脉冲信号，该信号的频率和占空比均可调，然后输入到功率放大电路中。探头中的感应线圈通以方波发生器中产生的激励脉冲信号，如图5所示。由法拉第定律可知，会在被测试件表面产生涡流，同时被测试件上面又会产生一个由涡流感生出的磁场。接收线圈测量垂直的综合磁场。该磁场是激励线圈激发的磁场和试件产生的感生涡流导致的磁场的综合作用。检测完毕后，根据数据采集器上所得数据进行判断闸门变形情况。

如有需要，可以改变电磁铁作用位置，对闸门进行再次检测。

Claims (5)

1.一种检测闸门变形的装置，包括两对厚度不同的电磁铁、钢丝弦线、探头、钢板、导线、系统电源、信息调理电路、单片机、数据采集器和功率放大器，其特征在于：电磁铁吸附于闸门四角；弦线末端连接处于对角线上的两对电磁铁，所述厚度不同的电磁铁包括10cm厚度电磁铁和15cm厚度电磁铁，其中与10cm厚度电磁铁相连的弦线中心处放置光滑钢板，与15cm厚度电磁铁相连的弦线中心放置探头；探头位于钢板正上方。

2.根据权利要求1所述的一种检测闸门变形的装置，其特征在于：与厚度为10cm的电磁铁相连的弦线不通电，中间与钢板悬挂相连，使钢板平面与弦线位于同一平面内。

3.根据权利要求1所述的一种检测闸门变形的装置，其特征在于：电磁铁置于闸门四角，厚度相同的电磁铁对角放置，弦线连接处于对角线上的两电磁铁，此时弦线平行于闸门表面，靠近闸门表面的弦线中央悬挂有光滑钢板，远离闸门表面的弦线中央连接探头，探头通过钢丝弦线、导线与控制箱体相连，形成通路，控制箱体内，系统电源、信息调理电路、单片机、数据采集器和功率放大器依次用导线连接，与控制箱体外部形成回路。

4.根据权利要求1所述的一种检测闸门变形的装置，其特征在于：钢丝弦线两端固定于位于对角位置的电磁铁上，通过调节电磁铁上的缠绕器固定螺栓，确保钢丝弦线拉直，探头和钢板均与相连接的钢丝弦线在同一平面内。

5.一种基于权利1所述的检测闸门变形的装置的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A，将信号发生器与数据采集器按连接好；

步骤B，安装钢板和探，钢板一条对角线位置上的反对称位置设有大小相同的圆孔，与其相连接的钢丝弦线穿过圆孔系牢固定；同样方法固定探头；

步骤C，安装钢丝弦线和电磁铁，将钢丝弦线穿入电磁铁钢丝弦线卡槽内，并缠绕至钢丝弦线缠绕器；安装电磁铁时要分对沿闸门门板下方安装，每对电磁铁沿闸门对角线方向布置，接通电磁铁电源，使电磁铁吸附于闸门门板上，弦线两端经钢丝弦线缠绕器后在闸门顶端固定，使得弦线拉紧，保证钢板和探头静止稳定且垂直正对；

步骤D，接通电源，探头上的激励线圈与信号发生器相连，激励线圈中有脉冲信号，引起闸门表面产生涡流效应，由于线圈耦合作用，检测线圈中阻抗发生变化，通过霍尔传感器传送到信号调理电路中；

步骤E，观察数据采集器上显示的数据，即探头底部与钢板表面距离，与应有距离相比较，判断闸门变形情况。

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