CN106892355A - 一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置 - Google Patents

一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置 Download PDF

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陈曦
徐为民
陈天宇
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Abstract

本发明公开了一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，一对涡流信号处理装置、一PC机、一对摆角检测装置和一用于显示摆角信息的显示装置，摆角检测装置包括轻质旋转摆架、非金属滑动螺旋杆、金属导体和涡流传感器；轻质旋转摆架一端与螺旋杆一端相连接，螺旋杆上设有金属导体，金属导体内侧与螺旋杆外侧相啮合；涡流传感器与螺旋杆的另一端相邻，涡流传感器与对应的涡流信号处理装置相连接；本发明基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置根据涡流效应原理，利用两个滑动螺旋传动机构和两个涡流传感器，通过滑动螺旋传动机构的机械传动从而得到涡流传感器的输出电压，对得到的输出电压经过相应的计算获得两个吊具的摆角信息。

Description

一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置
技术领域
本发明涉及双吊具桥吊摆角测量技术领域，特别是一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置。
背景技术
双起升双吊具桥式吊车是一种具有两个吊具的起重设备，双吊具可以同时负载工作从而加快工作效率。但在操作过程中，吊车的运动会引起负载的摆动，使其可能和周围的其他物体或操作人员发生碰撞.导致财物损失甚至人员伤亡，尤其是当台车到达指定位置停止运动后，负载的残余摆动不仅会带来安全隐患.同时也极大地降低了吊车的工作效率，因此，对双吊具进行摆角检测具有必要性。
现有的桥吊检测装置大多是针对单吊具桥吊设计的，它们对吊具摆角的检测均采用了较复杂或成本高的检测仪器，维护不方便且准确性低。目前一般是操作人员通过目测来估计吊具的摆角大小，这种方法不可靠且易受人为主观因素影响，从而降低工作效率与质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，采用了涡流效应原理，解决了双起升双吊具桥式吊车的摆角检测、摆角信息处理和信息显示问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在小车机构上，所述小车机构设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机包含一转轴，每一起升电机的转轴通过一吊绳连接一吊具，其特征在于，该摆角测量装置包含：
一对涡流信号处理装置，对称设置在所述小车机构的顶部；
一PC机，设置在所述驾驶室内，分别与一对涡流信号处理装置相连接；
一对摆角检测装置，对称设置在所述小车机构的底部，每一所述摆角检测装置与对应的涡流信号处理装置连接；每一吊绳穿过对应的摆角检测装置与相对应的吊具连接；
一用于显示摆角信息的显示装置，设置在桥吊驾驶室内，与所述PC机相连接；
所述摆角检测装置包括轻质旋转摆架、非金属滑动螺旋杆、金属导体和涡流传感器；所述轻质旋转摆架呈半圆形，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳穿过该开缝；所述轻质旋转摆架的一端与螺旋杆的一端相连接，螺旋杆上设置有金属导体，金属导体的内侧与螺旋杆的外侧相啮合；所述涡流传感器与螺旋杆的另一端相邻，涡流传感器与螺旋杆在一条水平直线上；所述涡流传感器与对应的涡流信号处理装置相电性连接。
优选地，所述摆角检测装置包括两个轻质旋转摆架、两个非金属滑动螺旋杆、两个金属导体和两个涡流传感器；所述两个轻质旋转摆架相互垂直，每个轻质旋转摆架延其圆周方向设有光滑开缝，吊绳先后从两个轻质摆架的开缝中穿过；每个轻质旋转摆架的一端均设置有螺旋杆，螺旋杆上设置有金属导体，金属导体的内侧与螺旋杆的外侧相啮合；螺旋杆的一侧设置有涡流传感器，每个涡流传感器与对应的涡流信号处理装置相电性连接。
优选地，所述涡流信号处理装置包括电压放大器、整流滤波器和数模转换器ADC，电压放大器的输入端与涡流传感器相连接，电压放大器的输出端依次连接整流滤波器、数模转换器ADC，数模转换器ADC的输出端与PC机相连接。
优选地，所述PC机与桥吊防摇控制装置连接。
优选地，所述小车机构通过第一驱动机构设置在大车机构的顶部。
优选地，所述大车机构的底部设置有第二驱动机构。
优选地，所述涡流传感器通过导线与对应的涡流信号处理装置相电性连接。
优选地，所述PC机通过通信电缆分别与一对涡流信号处理装置相连接。
本发明与现有技术相比，其显著优点：
本发明基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置根据涡流效应原理，利用两个滑动螺旋传动机构和两个涡流传感器，通过滑动螺旋传动机构的机械传动从而得到涡流传感器的输出电压，对得到的输出电压经过相应的计算获得两个吊具的摆角信息；本发明基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置成本低廉，结构简单，使用方便，不仅可用于集装箱操作员摆角的参考，而且可提供单吊具和双吊具桥式吊车自动控制系统的摆角信息，进而保证工作的效率与质量；本发明不仅适用于双起升双吊具桥吊摆角的检测，还适用于单起升单吊具桥吊摆角的检测。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊及摆角测量装置的结构示意图。
图2为本发明中摆角检测装置的结构示意图。
图3为本发明中金属导体和涡流传感器之间的工作原理图。
图4为本发明中轻质旋转摆架的结构示意图。
图5为本发明中摆角检测装置的工作原理图。
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在小车机构1上，所述小车机构1通过第一驱动机构10设置在大车机构11的顶部，所述大车机构11上设有桥吊驾驶室12，所述大车机构11的底部设置有第二驱动机构13；所述小车机构1上设有一对起升电机4，5，每一起升电机4，5包含一转轴18，每一起升电机4，5的转轴18通过一吊绳8连接一吊具9，该摆角测量装置包含：
一对涡流信号处理装置2,3，对称设置在所述小车机构1的顶部；
一PC机21，设置在所述驾驶室12内，所述PC机21通过通信电缆22分别与一对涡流信号处理装置2,3相连接；
一对摆角检测装置6,7，对称设置在所述小车机构1的底部，每一所述摆角检测装置6,7与对应的涡流信号处理装置2,3连接；每一吊绳8穿过对应的摆角检测装置与相对应的吊具9连接；
一用于显示摆角信息的显示装置20，设置在桥吊驾驶室12内，与所述PC机21相连接；
如图2和图4所示，所述摆角检测装置6,7包括两个轻质旋转摆架19、两个非金属滑动螺旋杆14、两个金属导体15和两个涡流传感器16；所述两个轻质旋转摆架19相互垂直，每个轻质旋转摆架19延其圆周方向设有光滑开缝，吊绳8先后从两个轻质摆架19的开缝中穿过；每个轻质旋转摆架19的一端均设置有螺旋杆14，螺旋杆14上设置有金属导体15，金属导体15的内侧与螺旋杆14的外侧相啮合；螺旋杆14的一侧设置有涡流传感器16，每个涡流传感器16与对应的涡流信号处理装置2,3相电性连接。
如图3所示，所述涡流传感器的探头头部线圈23中通有交变电流I1，由于电流的变化，在线圈周围就产生一个交变的磁场H1。当金属导体靠近这一磁场时，金属导体内便产生涡流I2，涡流也将产生一个方向与H1方向相反的新磁场H2，由于其反作用，则将抵消部分原磁场，使线圈的有效阻抗发生改变。涡流传感器线圈的物理性质参数包括磁导率μ、金属导体表面到传感器的距离s、线圈尺寸γ、电流强度I和频率f。线圈阻抗可以表示为Z＝F(μ,s,γ,I,f)函数来表示。当上述参数中s发生改变，其他参数不变时，线圈阻抗Z即为s的单值函数。因此当金属导体的位置发生改变时，传感器与金属导体的位移可转变为输出电压信号的变化。
如图5所示，所述涡流信号处理装置2,3包括电压放大器、整流滤波器和数模转换器ADC，电压放大器的输入端与涡流传感器16相连接，电压放大器的输出端依次连接整流滤波器、数模转换器ADC，数模转换器ADC的输出端与PC机21相连接；所述PC机21与桥吊防摇控制装置连接。当轻质旋转摆架19转动时，先是通过螺旋传动机构使金属导体15发生运动，且由于涡流效应使得金属导体15表面产生感应电流，接着电涡流中产生一个交变磁场使得涡流传感器16的探头线圈23中的阻抗发生变化，再通过传感器内部前置器电子线路的处理，将线圈阻抗的变化转化成电压的变化。但涡流传感器16输出的信号很弱，需要用电压放大器予以放大，故电压放大器先接收涡流传感器传来的输出信号，将此信号放大后引入整流滤波器中进行滤波处理，经过放大滤波后的信号再送入ADC中转换成数字信号传送至PC21中处理，其中电压放大器、整流滤波器和ADC属于涡流信号处理装置2。最后经过处理的信号可以送到显示装置20中供操作人员参考，也可以作为反馈信号送入到防摇控制装置。
所述涡流传感器16：涡流传感器是利用涡流效应原理，使得传感器中物理参数发生改变从而产生输出信号。当轻质旋转摆架19转动时，非金属滑动螺旋杆14也开始转动，使得金属导体15发生运动，由于涡流效应从而令传感器的探头线圈23阻抗发生变化，再通过传感器内部前置器电子线路的处理，将线圈阻抗的变化转化成输出电压信号，最后由导线17将输出信号传送至涡流信号处理装置2中。
所述涡流信号处理装置2：涡流信号处理装置2包括电压放大器、整流滤波器和数模转换器ADC；电涡流式传感器的输出信号很弱，需要用信号放大电路予以放大。通过摆角测量装置6、7将电压信号输送到放大器中，将输出信号放大后才能正常显示测量数据。之后为了便于PC 21对信号进行处理，信号需从电压放大器中输送到整流滤波器和数模转换器ADC中，使信号进一步的平滑且转化为直流恒定电压，然后将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号。
所述PC21机:PC21机位于吊车驾驶室12中，它含有计算处理模块，可以将从数模转换器ADC中转换出的数字信号进行计算比较处理，然后经过处理的信号可以送到驾驶室12的显示装置20中供操作人员进行参考，或者将PC21机中处理好的信号作为反馈直接送入到防摇控制装置中。
本发明基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置的工作过程：
桥吊小车运动时，吊绳8和吊具9开始摆动，吊绳8带动轻质旋转摆架19产生两个方向上轴向的转动，同时也带动滑动螺旋杆14转动，滑动螺旋传动机构将螺旋杆14的旋转运动转换成金属导体15的直线运动，使得涡流传感器16产生输出信号，通过导线17由涡流信号处理装置2接收，然后将接收到的两个模拟电压信号再经过放大滤波和整形，处理后将数字信号送入PC21机中进行运算分析最终得到摆角值。假设轻质旋转摆架产生在两个方向x和y上的轴向运动，若当摆架的x轴向发生运动时，金属导体将发生靠近或远离传感器的运动。其中设金属导体靠近传感器运动时所产生的角度方向为正，远离传感器运动时所产生的角度方向为负；同理y轴上的运动方向也如此。将两个方向上的分量值分别送入PC 21机合成运算分析后将得到最终的摆角值。与此同时，在另外一个吊具上将进行同样的过程，得到另一个吊具的摆角值。
当两个吊具工作在互锁模式时，得到的两个摆角值理论上应该相同；如果不同，那么将互相做为对照进行摆角的修订，此工作在PC21中进行。当两个吊具工作在独立模式下时，两个吊具的摆角互不影响，分别得到两个角度。两个吊具的信号经过PC21处理后送入驾驶室12中的显示装置20上或是直接送入到防摇控制装置中，操作人员可以根据显示直观地判断出当前时刻两个吊具的摆动情况，进而做出相应的调节。

Claims (8)

1.一种基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在小车机构(1)上，所述小车机构(1)设置在大车机构(11)上，所述大车机构(11)上设有桥吊驾驶室(12)，所述小车机构(1)上设有一对起升电机(4，5)，每一起升电机(4，5)包含一转轴(18)，每一起升电机(4，5)的转轴(18)通过一吊绳(8)连接一吊具(9)，其特征在于，该摆角测量装置包含：
一对涡流信号处理装置(2,3)，对称设置在所述小车机构(1)的顶部；
一PC机(21)，设置在所述驾驶室(12)内，分别与一对涡流信号处理装置(2,3)相连接；
一对摆角检测装置(6,7)，对称设置在所述小车机构(1)的底部，每一所述摆角检测装置(6,7)与对应的涡流信号处理装置(2,3)连接；每一吊绳(8)穿过对应的摆角检测装置与相对应的吊具(9)连接；
一用于显示摆角信息的显示装置(20)，设置在桥吊驾驶室(12)内，与所述PC机(21)相连接；
所述摆角检测装置(6,7)包括轻质旋转摆架(19)、非金属滑动螺旋杆(14)、金属导体(15)和涡流传感器(16)；所述轻质旋转摆架(19)呈半圆形，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳(8)穿过该开缝；所述轻质旋转摆架(19)的一端与螺旋杆(14)的一端相连接，螺旋杆(14)上设置有金属导体(15)，金属导体(15)的内侧与螺旋杆(14)的外侧相啮合；所述涡流传感器(16)与螺旋杆(14)的另一端相邻，涡流传感器(16)与螺旋杆(14)在一条水平直线上；所述涡流传感器(16)与对应的涡流信号处理装置(2,3)相电性连接。
2.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述摆角检测装置(6,7)包括两个轻质旋转摆架(19)、两个非金属滑动螺旋杆(14)、两个金属导体(15)和两个涡流传感器(16)；所述两个轻质旋转摆架(19)相互垂直，每个轻质旋转摆架(19)延其圆周方向设有光滑开缝，吊绳(8)先后从两个轻质摆架(19)的开缝中穿过；每个轻质旋转摆架(19)的一端均设置有螺旋杆(14)，螺旋杆(14)上设置有金属导体(15)，金属导体(15)的内侧与螺旋杆(14)的外侧相啮合；螺旋杆(14)的一侧设置有涡流传感器(16)，每个涡流传感器(16)与对应的涡流信号处理装置(2,3)相电性连接。
3.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述涡流信号处理装置(2,3)包括电压放大器、整流滤波器和数模转换器ADC，电压放大器的输入端与涡流传感器(16)相连接，电压放大器的输出端依次连接整流滤波器、数模转换器ADC，数模转换器ADC的输出端与PC机(21)相连接。
4.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述PC机(21)与桥吊防摇控制装置连接。
5.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述小车机构(1)通过第一驱动机构(10)设置在大车机构(11)的顶部。
6.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述大车机构(11)的底部设置有第二驱动机构(13)。
7.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述涡流传感器(16)通过导线(17)与对应的涡流信号处理装置(2,3)相电性连接。
8.根据权利要求1所述的基于涡流传感器的双起升双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述PC机(21)通过通信电缆(22)分别与一对涡流信号处理装置(2,3)相连接。
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