CN112014043A - 一种数字式大板梁挠度测量装置及方法 - Google Patents

一种数字式大板梁挠度测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于安全监测技术领域，涉及一种数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，包括：光电位移传感器、数字角度传感器、传感器适配器、数据采集与处理系统、存储与显示单元；所述光电位移传感器测量沿梁方向的位移；所述数字角度传感器测量该装置从梁的一端开始运动到一段距离时梁与水平面的夹角；所述传感器适配器将位移、角度传感器的信号转换为系统可读数据；所述数据采集处理系统将采集的数据通过设定算法计算出梁的挠度；所述存储与显示单元将所得到的数据存储并显示，记录下挠度最大值。本发明采用数字式采集装置，测试精度高，抗干扰能力强。

Description

一种数字式大板梁挠度测量装置及方法
技术领域
本发明涉及一种挠度测量装置，具体涉及一种火电厂大板梁挠度测量装置，属于安全监测技术领域。
背景技术
火力发电厂的设备主要采用悬吊方式，通过吊架将设备自重荷载传递到钢结构，形成设备、梁、柱、基础这样一个荷载的传递路径。顶板结构由主梁、次梁以及各角钢支撑共同组成一个刚性平面，大板梁作为锅炉设备的最主要承重结构之一，其刚度直接关系整个构架和机组设备的安装精度，如果梁的挠度超出一定界限，将会带来严重的安全隐患。机组长时间的运行，设备的更换等会造成荷载的改变。因而在安装前、承重后、机组运行一定时间后的大修期间，以及水压试验后，都必须进行大板梁挠度的测量。锅炉定期检验规则中规定大板梁挠度不应大于其跨度的1/850，因此开展精确便捷的测量工作十分必要。
数字式代替机械式，精度上不断提高，测量更加便捷是测量工具发展的必然趋势。目前大板梁挠度测量的方法主要有拉线法、水准法、全站仪等测量方法，而工程实际中多采用前两种，其存在测量误差大、测量不方便等诸多问题。为此，本发明提出一种基于便携的挠度测量装置及方法。
发明内容
为了克服现有大板梁挠度测量技术中存在的诸多不足，本发明提供一种基于数字式的便携大板梁挠度测量装置及方法，所述装置及测量方法精度高、使用便捷。
一种数字式大板梁挠度测量装置，包括：光电位移传感器、数字角度传感器、传感器适配器、数据采集与处理系统、存储与显示单元；所述光电位移传感器测量沿梁方向的位移；所述数字角度传感器测量该装置从梁的一端开始运动到一段距离时梁与水平面的夹角；所述传感器适配器将位移、角度传感器的信号转换为系统可读数据；所述数据采集处理系统将采集的数据通过设定算法计算出梁的挠度；所述存储与显示单元将所得到的数据存储并显示，记录下挠度最大值。
进一步的，所述光电位移传感器，包括光学组件、光电图像处理器、数字信号处理器；所述光电位移传感器，采集图像，并将图像上的位移量转换为物理空间的位移量，并通过接口将数据传送给传感器适配器。
进一步的，所述数字角度传感器包括至少一个基准轴，感测所述数字角度传感器本体绕所述基准轴的旋转角度。
进一步的，所述的数据采集与处理系统集成在一个微型电子设备中，所述数据采集与处理系统包括CPU处理器、软件模块；数据采集与处理系统实时采集位移数据，系统内部软件对测量数据进行计算分析，并通过存储与显示单元显示出计算结果。
进一步的，所述存储与显示模块包括LED显示屏、操作按键；所述存储与显示模块存储数据采集处理系统传输的挠度数据，并将挠度最大值显示于显示屏上。
一种数字式大板梁挠度测量方法，包括以下步骤：将上述测量装置靠在待测大板梁上，从大板梁的一端单向滑向另一端，通过光电位移传感器实时测定并记录所述装置在大板梁局部坐标系下沿梁方向的位移s，所述测量装置中的数字角度传感器记录装置在位移s处时梁与水平面的夹角；根据所述位移和夹角，通过公式转换到笛卡尔直角坐标系下装置所处的物理空间位置，通过数据处理系统计算出梁的挠度，并将测量和计算的结果存储。
进一步的，计算方法如下：
当仪器在大板梁上移动时，在任意一段都存在ds2＝dx2+dy2，此外，由于
Figure BDA0002639777210000021
再分别对ds和dy进行积分，得到大板梁在s处的挠度：
Figure BDA0002639777210000022
其中ω为大板梁在s处的挠度，s为装置沿大板梁从(x0,y0)起点端至(x1,y1) 终点端单向移动的实时行程，k(s)为梁在s处的斜率，x、y为梁s处的坐标，ds、 dx、dy分别为梁在s处沿梁方向、水平和竖直方向的微小位移增量。
有益效果
本发明提供的一种数字式大板梁挠度测量装置及方法，可解决在大板梁挠度测量不够精确便捷的困难。具有以下优点：
1)测量方式简便、高效，实时测量梁每一点的挠度并记录最大值；
2)采用数字式采集装置，测试精度高，装置中没有采用无线传输设备，抗干扰能力强，其中光电位移传感器精度可达1微米，数字角度传感器精度可达0.001度，结合本装置采用的挠度计算方法进行转换，可进一步提高测量精度，本发明装置安全，充分发挥社会、经济等效益；测试系统简单精准，解决了火电厂大板梁挠度测试繁琐和误差大的困难。
附图说明
图1为本发明在大板梁下的装置正视图；
图2为本发明所涉及计算数值示意图；
图3为本发明装置的工作流程图；
图中：(x0,y0)为大板梁的起点端坐标，(x1,y1)为大板梁的终点端坐标，s为装置沿梁单向移动的行程，θ为梁在s处与水平面的夹角，k(s)为梁在s处的斜率。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
如图1至3所示，为一种数字式大板梁挠度测量装置，包括：光电位移传感器、数字角度传感器、传感器适配器、数据采集与处理系统、存储与显示单元。光电位移传感器测量沿梁方向的位移；数字角度传感器测量该装置从梁的一端开始运动到距离为s处时梁与水平面的夹角；传感器适配器将位移、角度传感器的信号转换为系统可读数据；数据采集处理系统将采集的数据通过设定算法计算出梁的挠度；存储与显示单元将所得到的数据存储并显示，记录下挠度最大值。
所述光电位移传感器，包括光学组件、光电图像处理器、数字信号处理器；所述光电位移传感器，采集图像，并将图像上的位移量转换为物理空间的位移量，并通过接口将数据传送给传感器适配器。所述光电位移传感器精度可达1 微米。
所述数字角度传感器包括至少一个基准轴，感测所述数字角度传感器本体绕所述基准轴的旋转角度。所述数字角度传感器精度可达0.001度。
所述的数据采集与处理系统集成在一个微型电子设备中，所述数据采集与处理系统包括CPU处理器、软件模块；数据采集与处理系统实时采集位移数据，系统内部软件对测量数据进行计算分析，并通过存储与显示单元显示出计算结果。
所述存储与显示模块包括LED显示屏、操作按键；所述存储与显示模块存储数据采集处理系统传输的挠度数据，并将挠度最大值显示于显示屏上。
一种数字式大板梁挠度测量方法，包括以下步骤：将测量装置靠在待测大板梁上，从大板梁的一端单向滑向另一端，通过装置中的位移传感器模块可实时测定并记录下所述装置在大板梁局部坐标系下沿梁方向的位移s，所述测量装置中的数字角度传感器模块记录装置在位移s处时梁与水平面的夹角；根据所述位移和夹角，通过公式转换到笛卡尔直角坐标系下装置所处的物理空间位置，通过数据处理系统计算出梁的挠度，并将测量和计算的结果存储。
本发明所述测量方式简便、高效，只需将所述数字式大板梁挠度测量装置1 靠在待测大板梁2上，从一端单向滑向另一端，即可实时测量出大板梁每一点的挠度以及记录下挠度最大值；采用数字式采集装置，测试精度较传统方法有显著提高，装置中没有采用无线传输设备，抗干扰能力强，其中光电位移传感器精度可达1微米，数字角度传感器精度可达0.001度；测试系统简单精准，解决了火电厂大板梁挠度测试繁琐和误差大的困难。此外，该装置可以实时计算得到大板梁挠度，亦可先记录存储数据，后期再进行计算对比，有利于进一步排除人为偶然误差，提高准确性。
本发明的所涉及的计算公式如下：
当仪器在大板梁上移动时，在任意一段都存在ds2＝dx2+dy2，此外，由于
Figure BDA0002639777210000041
再分别对ds和dy进行积分，得到大板梁在s处的挠度：
Figure BDA0002639777210000042
其中ω为大板梁在s处的挠度，s为装置沿大板梁从(x0,y0)起点端至(x1,y1) 终点端单向移动的实时行程，k(s)为梁在s处的斜率，x、y为梁s处的坐标，ds、 dx、dy分别为梁在s处沿梁方向、水平和竖直方向的微小位移增量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，包括：光电位移传感器、数字角度传感器、传感器适配器、数据采集与处理系统、存储与显示单元；所述光电位移传感器测量沿梁方向的位移；所述数字角度传感器测量该装置从梁的一端开始运动到一段距离时梁与水平面的夹角；所述传感器适配器将位移、角度传感器的信号转换为系统可读数据；所述数据采集处理系统将采集的数据通过设定算法计算出梁的挠度；所述存储与显示单元将所得到的数据存储并显示，记录下挠度最大值。
2.根据权利要求1所述的数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，所述光电位移传感器，包括光学组件、光电图像处理器、数字信号处理器；所述光电位移传感器，采集图像，并将图像上的位移量转换为物理空间的位移量，并通过接口将数据传送给传感器适配器。
3.根据权利要求1所述的数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，所述数字角度传感器包括至少一个基准轴，感测所述数字角度传感器本体绕所述基准轴的旋转角度。
4.根据权利要求1所述的数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，所述的数据采集与处理系统集成在一个微型电子设备中，所述数据采集与处理系统包括CPU处理器、软件模块；数据采集与处理系统实时采集位移数据，系统内部软件对测量数据进行计算分析，并通过存储与显示单元显示出计算结果。
5.根据权利要求1所述的数字式大板梁挠度测量装置，其特征在于，所述存储与显示模块包括LED显示屏、操作按键；所述存储与显示模块存储数据采集处理系统传输的挠度数据，并将挠度最大值显示于显示屏上。
6.一种数字式大板梁挠度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：将权利要求1～5任一项所述的测量装置靠在待测大板梁上，从大板梁的一端单向滑向另一端，通过光电位移传感器实时测定并记录所述装置在大板梁局部坐标系下沿梁方向的位移s，所述测量装置中的数字角度传感器记录装置在位移s处时梁与水平面的夹角；根据所述位移和夹角，通过公式转换到笛卡尔直角坐标系下装置所处的物理空间位置，通过数据处理系统计算出梁的挠度，并将测量和计算的结果存储。
7.根据权利要求6所述的数字式大板梁挠度测量方法，其特征在于，计算方法如下：
当仪器在大板梁上移动时，在任意一段都存在ds2＝dx2+dy2，此外，由于
Figure FDA0002639777200000021
再分别对ds和dy进行积分，得到大板梁在s处的挠度：
Figure FDA0002639777200000022
其中ω为大板梁在s处的挠度，s为装置沿大板梁从(x0,y0)起点端至(x1,y1)终点端单向移动的实时行程，k(s)为梁在s处的斜率，x、y为梁s处的坐标，ds、dx、dy分别为梁在s处沿梁方向、水平和竖直方向的微小位移增量。
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