CN108946480B - 基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法，包含：第一类步误差测量装置，设置有源线圈；第一类步误差测量装置与供电装置连接，有源线圈产生感应磁场；两个第二类同步误差测量装置，分别设置在双吊具上；第二类同步误差测量装置设有无源线圈，产生感应电压；信号测量整合装置，与第二类同步误差测量装置连接，处理感应电压信号；同步误差处理计算机装置，接收信号测量整合装置输出的感应电压数字信号，计算得出双吊具的同步误差具体值。本发明解决了双吊具桥式吊车中双吊具在工作状态中的同步误差的大小的检测、误差信息的处理及显示问题；具有结构简单、成本低、可靠性高、便于维护、对工作环境的适应性强等特点。

Description

基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法

技术领域

本发明涉及信息技术中的电磁效应领域，特别涉及一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法。

背景技术

双吊具桥式吊车是一种新型的港口集装箱场地起重设备，它具有两个起升吊具，一次可以吊起两个四十英尺或者四个二十英尺的集装箱，与传统的单吊具桥吊相比，大幅度地提高了集装箱的装卸效率。双吊具桥吊具有负载互锁的性能，在装卸载货物时要求双吊具同步协调运行。但由于桥吊的起升电机具有不同的特性，以及吊具之间的耦合作用以及外部的干扰及摩擦，使得双吊具之间产生误差，无法同步进行装卸工作，影响桥吊的安全性及装卸效率。

控制双吊具同步的关键问题之一就是对双吊具的不同步误差进行检测。由于双吊具桥吊的装卸是人为操作，对于双吊具之间的误差通常是由人眼估计。这种方法存在一定的视觉误差，使桥吊的操作技术员无法很好的到双吊具之间不同步误差的精确值。现有的双吊具桥吊都是利用码盘装置测量双吊具之间的误差，即通过码盘测得起升电机旋转的圈数，再根据与转轴的周长相乘得到吊绳下降的长度，最后将两个吊绳下降的长度相减得到同步误差。这种测量方式存在很多弊端，例如没有考虑到吊绳的弹性变形，也没有考虑吊绳缠绕在转轴上后，每一圈吊绳的周长都不直接等于转轴的周长。所以可以通过采用非接触式的检测方法，可以更有效更精确地测量出同步误差，克服上述缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法，可以通过采用非接触式的检测方法，可以更有效更精确地测量出同步误差，克服上述缺点。本发明基于电磁感应中的互感效应的特性，根据有源线圈在无源线圈中产生的感应电动势与两线圈的距离之间的关系，通过相应的计算获得两吊具之间的绳长误差信息。此误差信息不仅可在桥吊操作室的屏幕上显示，供桥吊操作员参考，还可以传输到控制中心，为桥吊控制系统提供可靠参数。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，包含：

第一类同 步误差测量装置，其设置有源线圈；所述第一类同 步误差测量装置与向所述有源线圈提供电流的供电装置连接，以使所述有源线圈产生感应磁场；

两个第二类同步误差测量装置，分别设置在双吊具上；所述第二类同步误差测量装置设置有无源线圈，所述无源线圈处于所述有源线圈的感应磁场中产生适配的感应电压；

信号测量整合装置，其与所述第二类同步误差测量装置连接，处理所述无源线圈发送的感应电压信号后，输出对应的感应电压数字信号；

同步误差处理计算机装置，其接收所述信号测量整合装置输出的所述感应电压数字信号，计算得出双吊具的同步误差具体值。

优选地，每个吊具分别设有起升电机转轴，其与该吊具的起升电机连接，每个吊具与吊绳的一端连接，吊绳的另一端与该吊具的起升电机转轴连接，实现吊具的起升或降落。

优选地，所述第一类同 步误差测量装置设置在两根起升电机转轴之间；所述第一类同 步误差测量装置设置在至各个吊具上的第二类同步误差测量装置之间的距离相等或不相等。

优选地，所述信号测量整合装置包含：

电压装置，其通过I/O接口部件接收所述无源线圈的感应电压信号，测量该感应电压信号；

信号处理电路，接收并处理所述电压装置所发送的感应电压信号，；

前置放大电路，接收所述信号处理电路的感应电压的处理信号，并进行前置放大处理；

滤波整形电路，接收所述前置放大电路的前置放大信号，并进行滤波整形处理；

A/D转换电路，接收所述滤波整形电路的滤波整形信号，并进行A/D转换，将输出的无源线圈感应电压所对应的数字信号传递至所述同步误差处理计算机装置进行数据分析。

优选地，所述无源线圈产生的感应电压大小与所述有源线圈的匝数、有源线圈的电流和无源线圈与有源线圈之间的距离相适配。

优选地，所述无源线圈和/或所述有源线圈通过若干根导线绕制而成，外部设置为绝缘，内部设有可导电物质；所述若干根导线绕制方式为蜂房式绕法，绕制平面与旋转面相交成适配的角度。

优选地，所述供电装置包含：交流电发电装置，设置有定子绕组与转子绕组；避免电磁发热影响供电的排风装置，保证发电过程有序进行操作的电磁操纵机构。

优选地，所述同步误差处理计算机装置 计算双吊具的同步误差的方法包含以下步骤：

S1、接收所述信号处理装置传递的数字信号；

S2、计算有源线圈与无源线圈之间的距离d：

已知互感系数M和有源线圈与无源线圈之间的距离d的线性关系为 M＝k·d，k为系数，且根据互感原理的磁路关系：式中， U₂₁为信号测量整合装置测出的第二类同步误差测量装置中的感应电压大小，为第二类同步误差测量装置感应出的磁通量，i₁为感应电流；

则再根据公式d＝M/k可得出有源线圈与各个吊具的无源线圈之间的距离L1和L2；

S3、假设A点为第一类同步误差测量装置 安装的位置，B点为第一吊具运动后所在位置，C点为第二吊具运动后所在的位置，L1＝AB，L2＝AC；

其中，已知第一吊具至第一类同步误差测量装置 中心轴的距离BE等于第二吊具至第一类同步误差测量装置 中心轴的距离DC；

根据勾股定理，可得和计算出双吊具的同步误差AE-AD＝DE；

S4、同步误差处理计算机装置根据计算出的同步误差输入信号判断出距离信息分别对应于双吊具的各个吊具，再将该判断结果信息反馈至桥吊操作人员的显示屏幕，以及传送至同步误差处理计算机装置 的同步控制系统，使同步控制系统根据距离信息发出准确的控制信号。

本发明还提供了一种采用如上文所述的基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置的双吊具桥吊同步误差测量方法，该方法包含以下过程：

当桥吊驾驶室发出吊具的起升或降落信号后，双吊具开始运动；

第一 吊具运动至第一位置点，第二 吊具运动至第二位置点；

每个第二类同步误差测量装置中的无源线圈受到第一类同步误差测量装置中的有源线圈产生磁场的左右，分别产生大小不同的感应电压；

信号测量整合装置处理无源线圈发送的感应电压信号后，输出对应的感应电压数字信号，

同步误差处理计算机装置接收感应电压数字信号，并计算得出双吊具的同步误差具体值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明涉及的同步误差检测装置利用电磁感应中的互感效应的特性，解决了双吊具桥式吊车中双吊具在工作状态中的同步误差的大小的检测、误差信息的处理及显示问题。

(2)本发明不需要其他的传感器或检测装置，只需要一个有源线圈在另外两个无源线圈中产生互感电压，将无源线圈产生的感应电压反馈至计算机处理，显示出同步误差信息给桥吊的操作人员，可以很好地为桥吊操作人员提供同步误差的精确信息，还可以为双吊具同步控制提供控制反馈信息。

(3)本发明基于电磁感应中有源线圈对无源线圈产生感生电动势的特性，利用此特性实现了对双吊具桥吊中双吊具的同步误差的检测及显示，具有结构简单、成本低、可靠性高、便于维护、对工作环境的适应性强等特点，同步误差检测装置在检测过程中，不会对其他的物品造成磨损和伤害，使用寿命长，而且还具有实时检测、检测精度高等优点。

附图说明

图1本发明的基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差的测量装置的整体结构示意图；

图2本发明的同步误差测量装置安装具体位置示意图；

图3a本发明的同步误差测量装置A的具体结构示意图；

图3b本发明的同步误差测量装置B的具体结构示意图；

图4发明的同步误差测量装置的测量示意图；

图5本发明的同步误差测量流程图。

其中，1.小车的驱动机构；2.一对双吊具的起升电机；3.大车机构；4.负载；5.信号测量整合装置；6.吊具的吊绳；7.第二类同步误差测量装置；8.第一类同 步误差测量装置；9.小车机构；10.第一吊具；11.吊具的起升电机转轴； 14.电压装置；15.供电装置；16.大车的驱动机构；17.有源线圈；19.同步误差处理计算机装置；20.无源线圈；22.第二类同步误差测量装置；23.第二吊具。

具体实施方式

本发明提供了一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置及其方法，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置包含信号测量整合装置5、第一类同 步误差测量装置8、第二类同步误差测量装置 7和第二类同步误差测量装置22。本发明的双吊具桥吊包含大车机构3、小车机构9、负载4、第一吊具10、第二吊具23。第二类同步误差测量装置7 和第二类同步误差测量装置22分别设置在第一吊具10、第二吊具23上。

其中，大车机构3通过下部设置的大车驱动机构16来驱动大车在轨道上左右行走，实现整机沿着轨道作水平运动。小车机构9通过上部设置的小车驱动机构1带动卷筒卷取和释放钢丝绳来完成小车在轨道上移动，最终使集装箱或吊具实现水平往复运动。小车机构9是第一类和第二类同步误差测量装置以及吊具的起升电机2的搭载平台。

吊具的起升电机2用于驱动并负责吊具与负载4的起升与降落。第一吊具10和第二吊具23各自设置有用于起吊的吊绳6。本发明的双吊具桥吊既可以互锁工作，也可以单独进行负载起升的工作。双吊具桥吊可以一次性同时装载或卸载两个40英尺或者四个20英尺的集装箱。

如图2所示，本发明的双吊具各自设有起升电机转轴11，吊具的起升电机转轴11与吊具的起升电机2连接，且吊绳6一端与对应的吊具连接，另一端与该吊具的起升电机转轴11连接，实现吊具的起升和降落。

第一类同 步误差测量装置8安装在两根起升电机转轴11的正中间，且连接在小车机构9下端，这样使得在吊具不工作即处于静止状态时，第一类同 步误差测量装置8分别至第一吊具10上的第二类同步误差测量装置7和第二吊具 23上的第二类同步误差测量装置23的距离是相等的。

如图3a所示，第一类同 步误差测量装置8通过导线与供电装置15连接，为第一类同 步误差测量装置8上设置的有源线圈17提供合适的电流，使得无论双吊具如何升降，位于双吊具上的第二类同步误差测量装置7和23都可以感应出稳定的电压。将第一类同步误差测量装置8的线圈通电后，在线圈周围的空间将产生圆形磁场，线圈中流过的电流越大，产生的磁场越强。

其中，供电装置15由24V交流电源、排风装置以及电磁操纵机构等组成，由于供电装置15需要给有源线圈17供给变化的电流才能产生感应磁场，所以供电装置15需要提供交流电。交流电发电装置由传统的定子绕组与转子绕组组成，排风装置是避免电磁发热影响供电。而电磁操纵机构保证了供电装置各部件有序进行发电操作。

如图3b所示，第二类同步误差测量装置7或22上设置有无源线圈20，第二类同步误差测量装置7通过导线与信号测量整合装置5连接，使得无论产生何种情况，都可以准确的测出无源线圈20中产生的感应电压，并将此感应电压信号进行滤波整形与A/D转换等处理。由互感原理可知，第二类同步误差测量装置7和22中的无源线圈20处于有源线圈17产生的磁场中，会产生感应电压。而感应电压的大小同有源线圈17的匝数、有源线圈17的电流以及无源线圈20与有源线圈17之间的距离大小有关。

由上所述可知，本发明利用电磁感应特性，有源线圈与无源线圈相隔的距离远，则无源线圈产生的感生电动势数值就大，若有源线圈与无源线圈相隔的距离近，则无源线圈产生的感生电动势数值就小。当吊具工作时，无源线圈将从有源线圈中感应出电动势，将距离误差信息转换为电压信号。

其中，无源线圈20由导线制成，导线一根根绕起，并且外部绝缘，内部包含一些可导电物质，例如铁粉或磁铁粉等。本发明的线圈采用蜂房式绕法，即其绕制平面与旋转面不平行，而是相交成一定的角度。这样的绕法不仅使得线圈体积小，而且产生的电感量大。本发明的有源线圈17与无源线圈20 均采用上述线圈材质与绕法。

如图4和图5所示，当桥吊驾驶室发出起升或下降信号后，第一吊具10、第二吊具23开始移动，第一吊具10运动至A点，第二吊具23运动至B点，即两个吊具不在同一水平面上。第二类同步误差测量装置7、22中的无源线圈20受到第一类同步误差测量装置8的有源线圈17产生的磁场的影响，分别产生了大小不等的感应电压。信号测量整合装置5测得感应电压信号，并经过一系列的放大、滤波、整形、A/D转换等操作后，将此感应电压数字信号传递至同步误差处理计算机装置19，该同步误差处理计算机装置19经过一系列的操作计算后得出双吊具的同步误差的具体值，并将此同步误差具体值信息送入桥吊操作室与同步误差处理计算机装置19的同步控制系统，同步控制系统可以根据精确的距离信息发出准确的控制信号。

其中，信号测量整合装置5包含CPU、存储器、电压装置14、信号处理电路以及用于将无源线圈20产生的感应电压信号传递到该信号测量整合装置的I/O接口部件。

当电压装置14实时测量出无源线圈20内产生的感应电压后，将此测量出的感应电压的信号直接传递给信号处理电路，依次经过信号测量整合装置 5中的前置放大电路、滤波整形电路和A/D转换电路后，再将输出的数字信号传递至同步误差处理计算机装置19进行进一步的数据分析。

本发明的信号处理装置5可以同时处理两路测量信号，即两个吊具上各自的第二类同步误差测量装置中的无源线圈与有源线圈产生感应电压的测量信号。

如图4所示为同步误差处理计算机装置 19的测量示意图。当同步误差处理计算机19接收了来自信号处理装置5传递的数字信号后，在已知互感系数M 和有源线圈与无源线圈之间的距离d的线性关系为M＝k·d(k为该线性关系的系数)，根据互感原理的磁路关系：则再根据公式 d＝M/k可得出有源线圈与无源线圈的距离d(即图4中的线段AB和线段 AC)。

式中，U₂₁为信号测量整合装置5测出的第二类同步误差测量装置7、22 中感应出的电压大小，为第二类同步误差测量装置7、22感应出的磁通量， i₁为感应电流。其中，已知感应电压U₂₁和感应电流i₁。

同步误差处理计算机装置19根据互感原理计算出具体的距离信息后，再假设A点为第一类同步误差测量装8安装的位置，B点为第一吊具10运动至的点，C点为第二吊具23运动至的点。

如图4所示，已知BE＝DC(如图1所示，第一吊具10和第二吊具23关于第一类同步误差测量装8的中心线轴对称，可知BE＝DC)，并根据图4可得：

AE-AD＝DE；

则由AE-AD＝DE可计算得出双吊具的同步误差。

本发明计算双吊具的同步误差过程中，第一吊具和第二吊具可以关于第一类同步误差测量装8的中心线轴对称，或者不对称，只要线段BE和线段 DC距离可测即可，本发明对此不做限制。

当计算出双吊具的同步误差之后，同步误差处理计算机装置19可根据计算出的同步误差输入信号的不同串口判断出距离信息分别对应属于第一吊具 10或者第二吊具23，最后再将该判断结果信息反馈至桥吊操作人员的显示屏幕，以及将信息传送至同步误差处理计算机装置 19的同步控制系统，使同步控制系统可以根据精确的距离信息发出准确的控制信号。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，包含：

第一类同步误差测量装置(8)，其设置有源线圈(17)；所述第一类同步误差测量装置(8)与向所述有源线圈(17)提供电流的供电装置(15)连接，以使所述有源线圈(17)产生感应磁场；

两个第二类同步误差测量装置，分别设置在双吊具上；所述第二类同步误差测量装置设置有无源线圈(20)，所述无源线圈(20)处于所述有源线圈(17)的感应磁场中产生适配的感应电压；

信号测量整合装置(5)，其与所述第二类同步误差测量装置连接，处理所述无源线圈(20)发送的感应电压信号后，输出对应的感应电压数字信号；

同步误差处理计算机装置(19)，其接收所述信号测量整合装置(5)输出的所述感应电压数字信号，计算得出双吊具的同步误差具体值。

2.如权利要求1所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

每个吊具分别设有起升电机转轴(11)，其与该吊具的起升电机(2)连接，每个吊具与吊绳(6)的一端连接，吊绳(6)的另一端与该吊具的起升电机转轴(11)连接，实现吊具的起升或降落。

3.如权利要求2所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

所述第一类步误差测量装置(8)设置在两根起升电机转轴(11)之间；

所述第一类步误差测量装置(8)至各个吊具上的第二类同步误差测量装置之间的距离相等。

4.如权利要求1所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

所述信号测量整合装置(5)包含：

电压装置(14)，其通过I/O接口部件接收所述无源线圈(20)的感应电压信号，测量该感应电压信号；

信号处理电路，接收并处理所述电压装置(14)所发送的感应电压信号；

前置放大电路，接收所述信号处理电路的感应电压的处理信号，并进行前置放大处理；

滤波整形电路，接收所述前置放大电路的前置放大信号，并进行滤波整形处理；

A/D转换电路，接收所述滤波整形电路的滤波整形信号，并进行A/D转换，将输出的无源线圈(20)感应电压所对应的数字信号传递至所述同步误差处理计算机装置(19)进行数据分析。

5.如权利要求1所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

所述无源线圈(20)产生的感应电压大小与所述有源线圈(17)的匝数、有源线圈(17)的电流和无源线圈(20)与有源线圈(17)之间的距离相适配。

6.如权利要求1所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

所述无源线圈(20)和/或所述有源线圈(17)通过若干根导线绕制而成，外部设置为绝缘，内部设有可导电物质；

所述若干根导线绕制方式为蜂房式绕法，绕制平面与旋转面相交成适配的角度。

7.如权利要求1所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，所述供电装置(15)包含：

交流电发电装置，设置有定子绕组与转子绕组；

避免电磁发热影响供电的排风装置，

保证发电过程有序进行操作的电磁操纵机构。

8.如权利要求1或4所述的一种基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置，其特征在于，

所述同步误差处理计算机装置(19)通过接收所述信号测量整合装置(5)传递的数字信号并计算有源线圈与无源线圈之间的距离d来计算双吊具的同步误差；

其中，已知互感系数M和有源线圈与无源线圈之间的距离d的线性关系为M＝k·d，k为系数，且根据互感原理的磁路关系：式中，U₂₁为信号测量整合装置(5)测出的第二类同步误差测量装置中的感应电压大小，为第二类同步误差测量装置感应出的磁通量，i₁为感应电流；

则再根据公式d＝M/k可得出有源线圈与各个吊具的无源线圈之间的距离L1和L2；

假设A点为第一类同步误差测量装置(8)安装的位置，B点为第一吊具(10)运动后所在位置，C点为第二吊具(23)运动后所在的位置，L1＝AB，L2＝AC；

其中，已知第一吊具(10)至第一类同步误差测量装置(8)中心轴的距离BE等于第二吊具至第一类同步误差测量装置(8)中心轴的距离DC；

根据勾股定理，可得和计算出双吊具的同步误差AE-AD＝DE；

同步误差处理计算机装置(19)根据计算出的同步误差输入信号判断出距离信息分别对应于双吊具的各个吊具，再将该判断结果信息反馈至桥吊操作人员的显示屏幕，以及传送至同步误差处理计算机装置(19)的同步控制系统，使同步控制系统根据距离信息发出准确的控制信号。

9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的基于电磁感应的双吊具桥吊同步误差测量装置的双吊具桥吊同步误差测量方法，其特征在于，该方法包含以下过程：

当桥吊驾驶室发出吊具的起升或降落信号后，双吊具开始运动；

第一吊具运动至第一位置点，第二吊具运动至第二位置点；

每个第二类同步误差测量装置中的无源线圈受到第一类同步误差测量装置中的有源线圈产生磁场的左右，分别产生大小不同的感应电压；

信号测量整合装置处理无源线圈发送的感应电压信号后，输出对应的感应电压数字信号，

同步误差处理计算机装置接收感应电压数字信号，并计算得出双吊具的同步误差具体值。