CN107783142A - 数字化三向位移测量装置及其安装误差控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于热力设备膨胀监测的数字化三向位移测量装置，由固定在被监测物体上的相互垂直的三个平板组成的三向反射器、固定在相对静止点上的三向激光测距传感器、软防尘护罩组成，实现了检测过程的数字化、精确化，检测过程基本不受环境因素变化的影响，测量精度高且数据稳定可靠，长期运行无零点飘移问题；同时还提供了控制现场安装时的误差的方法。

Description

数字化三向位移测量装置及其安装误差控制方法

技术领域

本发明申请涉及三向位移测量技术，具体是一种可用于热力设备膨胀测量的数字化三向位移测量装置及其安装误差控制方法。

背景技术

热力设备由于温度压力的变化会发生胀缩变形现象，变形的具体数值可以反应出设备是否出现异常，因此需要对膨胀的具体数值进行监测。然而，目前电站的运行人员主要采用巡检手动测量并记录的方式监测，不仅费时费力，且无法做到及时监测，更不方便记录显示一段较长时间的膨胀变化趋势。

专利申请201521101932.1公开了由底座、导轨、中心滑座、编码器和齿条等组成的三维定位机构，用于锅炉膨胀自动监测；专利申请 201510338893 .5公开了一种具有在线监测功能的膨胀指示器，包括水平托盘，在托盘边缘上固装四根滑竿，在托盘一角固装X/Y方向位移传感器，在滑竿上套装X/Y轴膨胀指示杆，Z方向滑竿顶端安装Z方向位移传感器；专利申请 201621057765 .X 公开了一种电站热力设备膨胀指示器，包括：电机、杆件和位移感知面板；所述电机与所述热力设备的外壁固定连接，用于驱动所述杆件做轴向延伸运动；以及所述位移感知面板被设置以使所述杆件在轴向延伸运动过程中能够触碰所述位移感知面板，以及所述位移感知面板用于感知所述杆件的触碰位置。这三项专利技术都采用有机械运动的监测元件，在实际现场工作环境中易出现运动部件卡涩问题。

专利申请 201620448254 .4 公开了一种三向位移传感器与固定在被监测部件上的三面体组成的监测与数据转换系统，其中的三向位移传感器采用电感式位移传感器，无机械传动部件。在现场安装过程中，电感传感器的精确定位校准也存在困难。由于采用传统模拟量形式的检测技术，在长时间连续工作、现场环境条件多变等条件下，不可避免地存在零点飘移、抗干扰能力差的问题。

发明内容

本发明申请的目的是提供一种用于热力设备膨胀监测的数字化三向位移测量装置及其安装误差控制方法。数字化测量技术的应用，可消除模拟量测量结果的零点漂移等误差，大幅度提高技术的适用性。

为了实现上述目的，本发明申请提供一种用于热力设备膨胀监测的数字化三向位移测量装置，由固定在被监测物体上的相互垂直的三个平板组成的三向反射器2、固定在相对静止点上的三个相互垂直的数字化激光测距传感器4与三向固定器3组成的三向激光测距传感器、软防尘护罩组成。

所述的三向激光测距传感器是由三个数字化激光测距传感器4与一个三向固定器3组成的一个整体，一般应经过校准激光方向才能实际应用。所述三向激光测距传感器的测量光束与所述三向反射器2的三个反射面相互垂直，且激光照射点位于反射面板的适当位置，以保证膨胀过程的所有阶段激光测距传感器可以正常工作。如果被监测物体振动很小，也可以将三向激光测距传感器固定在被监测物体上，将三向反射器2固定在静止点上。

软防尘护罩采用耐久性能好的塑料薄膜或密实的布料制作，在防尘的同时保证三向激光测距传感器与三向反射器2之间的相对运动不受影响。

优选地，所述的激光测距传感器4采用人眼可见的激光，如常用的为红色激光，便于在现场安装时调整校验其三维方向的准确度，以及与三向反射器的相互垂直度。

优选地，所述的三个激光测距传感器4在固定成为三个相互垂直的方向时，应对激光射出的方向进行校准，保证激光方向相互垂直，且使激光射出方向相交于一点或其反向延长线相交于一点，这一交点在本文中称为激光交点。校准过程通常在工厂或实验室完成。

优选地，所述的三向反射器2的反射面带有像坐标纸一样的网格标尺，以便在安装现场校准三向激光检测传感器与三向反射器的相对位置，减小安装误差。同时，在个别激光传感器故障时，也便于根据标记的位置校准更新的三向激光检测传感器的安装位置。

优先地，所述的单向反射器的水平板可设置在顶部而不是图1所示的底部，相应地调整垂直方向的激光向上射出，可以简化防尘软罩的加工制作难度。

本发明申请提出的数字化三向位移测量装置，实现了检测过程的数字化、精确化，容易控制现场安装时的误差。激光测距传感器为全数字化测量技术，优点是抗干扰能力强，检测过程基本不受环境因素变化的影响，测量精度高且数据稳定可靠，长期运行无零点飘移问题。

三向位移测量装置的测量结果可通过数据传输单元传送到工业控制计算机。数据传输单元是指数据传输网络，通常为有线或无线网络，包括数据接收与发送器、网线及网络交换器等，其作用是把多个测点的测量的结果传送到数据储存与自动分析诊断单元。

数据储存与自动分析诊断单元通常是工业控制计算机，工业控制计算机通常接入到工厂的控制网络系统。工业控制计算机通过对数据储存与分析，可以在检测到膨胀异常时及时发出警报，提醒运行操作人员及时进行处理；通过对历史数据的对比分析，可以观察膨胀变化的趋势，尽早发现潜在的异常问题。

本发明提出的安装误差控制方法的原理是，在三向反射器2、三向激光距离传感器都经过前面描述的校准的情况下，如果激光相互垂直且有激光交点，照射在三向反射器的三个面的光点的网格坐标分别为如附图1所示的 (a，b)、(b，c)、(a，c)，也就是坐标数值两两相等，则说明激光照射的角度与三向反射器的反射面垂直。这样可以很方便地调整好三向反射器与三向距离测量装置的相对位置，容易控制现场安装的误差。

附图说明

附图1是本发明申请实施的数字化三向位移测量装置的主要部分。图1中，a,b,c分别为激光交点到三个反射面的距离，（a，b） (b，c) （a，c）均为激光照射点在反射平面内的坐标。

附图编号标记说明：

1 三向反射器的安装固定部分

2 带有网格标尺的三向反射器

3 三向固定器

4 激光测距传感器

5 激光测距传感器的安装固定部分

具体实施方式

以下结合附图对本发明申请的具体实施方式进行详细说明。

图1示出了本发明申请提供的数字化三向位移测量装置的主要部分，防尘软罩在图中未画出。

其中的三向反射器2 是由三块带有网格标尺的方形反射面板固定在一起，由三向反射器2的安装固定部分1固定在需要检测膨胀位移的被测物上，习惯上三向反射器2的平面通常与厂房的前后左右方向平行，另一方向为垂直方向。热力设备上需要检测膨胀位移的被测物通常有冷壁集箱、下降管、高温过热器入口集箱、高温过热器出口集箱、屏过入口集箱、屏过出口集箱、低温过热器入口集箱、低温过热器出口集箱、减温器集箱、省煤器入口集箱、省煤器入口集箱等部位。三个数字化激光测距传感器4固定在激光测距传感器三向固定器3上，通过校准使测量激光的方向在空间的三个方向上相互垂直，且三个激光测量仪射出的激光相交于一点或其反向延长线相交于一点。激光测距传感器安装部分5则起到连接固定的作用，它一端连接三向固定器3，另一端牢固地连接膨胀测点的静止点。静止点通常为牢固的厂房基础或柱子、硬化地面。激光测距仪的电源线与数据线、数据采集与传送的网络通讯模块通常也固定在激光测距传感器安装部分5上面或其附近。

现场安装时，观察激光测量时激光点在三向反射器2的网格位置，可以很方便地调整激光测距传感器的位置与角度，使激光测距传感器的光线与三向反射器2的反射面垂直，消除安装误差。

防尘软罩的作用是防止灰尘在激光测距传感器4、三向反射器2的反射面沉积，干扰测量工作。防尘软罩由骨架与软布或软塑料布制成，在防尘密封的同时，不遮挡激光干扰测量，且不影响三向反射器2的相对移动。为了便于防尘软罩的制作安装，可以把三向反射器的水平方向的反射板设置在顶部，反射面向下，垂直方向的数字化激光测距传感器4向上发射激光进行测量。

为保证数字化激光测距传感器4可靠工作，数字化激光测距传感器4的镜头可以加装压缩空气吹扫除尘装置。

完整的热力设备膨胀的数字化监测设备还包括数字化检测数据传输单元、数据储存与自动分析诊断单元，使测量结果技术传入工业控制网络系统，进行储存、分析、诊断，从而实现及时发现膨胀问题并报警处理。

具体实施案例

以下结合具体实施例详细说明实施的详细方案。

由于三向反射器的平面需要高的平整度来保证测量结果的准确性，采用玻璃钢网格加强材料制作，以保证反射面平整且不易变形。在反射面印刷上网格标尺以便于校正激光测距传感器的安装位置。三向反射器的大小根据膨胀位移量的大小来选择，通常为边长为20cm~60cm的方形。

选用带有RS485信号输出的某型号数字化激光测距传感器，激光波长为650nm，测量精度：±1mm，量程0.05-2m，分辨率：0.1mm，供电电压：5V，功率消耗：< 1W。防护等级：IP65，使用寿命：≥ 50000h。

三个数字化激光测距传感器在初步固定在三向固定器上后，需经过校准，使三个数字化激光测距传感器射出的激光相互垂直，且相交于一点或其反向延长线相交于一点。

现场安装时，多个膨胀测点的数字化激光测距传感器用一个稳压电源供电，约十个测点的RS485数据线组成一个RS485通讯网络接入到工业控制计算机。每台工业控制计算机可以与多个RS485通讯网络连接，实现对一台或多台大型热力设备的膨胀监测。工业控制计算机与工厂的信息网络系统连接，可以把测量结果与报警信息上传。

在工业控制计算机中可以对测量数据进行存储、数据分析，可设置零点、报警值，起到实时监测与报警的作用。

本实施案例中的三向位移测量装置可以对热力设备膨胀量实现高精度、长时间的连续检测，并将数据上传而实现完全自动化的监测与报警处理。

Claims (5)

1.一种数字化三向位移测量装置，其特征是所述的数字化三向位移测量装置由固定在被监测物体上的相互垂直的三个反射面组成的三向反射器、固定在相对静止点上的三向激光测距传感器、软防尘护罩组成，所述激光测距传感器的测量激光方向与所述三向反射器的三个反射面相互垂直。

2.如权利要求1所述的数字化三向位移测量装置，其特征是所述的三向反射器的三个反射面有网格标尺。

3.如权利要求1所述的数字化三向位移测量装置，其特征是所述的三向激光测距传感器采用可见光波段的激光进行测量。

4.如权利要求3所述的数字化三向位移测量装置，其特征是所述的三向激光测距传感器发出的测量激光在空间方向相互垂直，且相交于一点或其反向延长线相交于一点。

5.一种数字化三向位移测量装置的安装误差控制方法，所述的数字化三向距离测量装置由固定在被监测物体上的相互垂直的三个反射面组成的三向反射器、固定在相对静止点上的三向激光测距传感器、软防尘护罩组成，所述的三向反射器的三个反射面表面有网格标尺，所述的三向激光测距传感器采用可见光波段的激光进行测量，所述的三向激光测距传感器由三个数字化激光测距传感器与三向固定器组成，激光测距传感器在初步固定在三向固定器上后，需经过校准使三个数字化激光测距传感器射出的激光方向相互垂直，且三个数字化激光测距传感器射出的激光相交于一点或其反向延长线相交于一点，所述的安装误差控制方法的特征是在现场安装调试时，根据照射在三向反射器的三个激光点的网格标尺坐标调整三向激光测距传感器与三向反射器的相对位置，坐标两两相同时即表明激光与反射面垂直。