CN219996095U - 一种伸缩节变形全参数检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种伸缩节变形全参数检测装置，包括与单片机连接的惯性传感器和直线位移传感器；所述直线位移传感器通过安装卡件与伸缩节两端的法兰连接，并与伸缩节的安装方向保持平行；所述惯性传感器设置于伸缩节的一端，用于获取伸缩节两端法兰的相对角度变化信息；所述单片机用于根据直线位移传感器和惯性传感器获取的长度和角度变化信息判断伸缩节变形状态，并将伸缩节的长度和角度数据以及判断结果发送给上位机。本实用新型通过惯性传感器和直线位移传感器，能够实现伸缩节变形在空间中的多维度变化监测，相比于单一的位移或长度变化监测更有利于分析变形原因和精细化过程监测，且本实用新型还具备结构紧凑、安装简单、成本低廉等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于伸缩节变形监测领域，尤其涉及一种伸缩节变形全参数检测装置。
背景技术
在电力GIS设备壳体、自来水主干管道等设施中由于受温度变化、各种冲击、安装位置沉降等各种因素的影响，可能会导致管路扭曲、变形等情况的发生，为了应对这种情况，通常会安装伸缩节作为缓冲、并为变形提供释放的空间。相当于管路的变形、位置偏移等会在伸缩节上体现。对伸缩节进行监测可以间接了解变形的情况，同时也可以通过对伸缩节的监测判断变形容忍极限，为即将出现的异常情况进行预警，有利于提高设备运维水平，起到事前维护的作用，减少甚至避免生产事故的发生。
目前的伸缩节变形监测产品基本只监测长度变化一种情况，并不能反应空间角度和方向的变化，而了解不同角度和方向的变化往往更有利于分析导致变形的因素，可以更精确的反应变形、分析原因。
实用新型内容
本实用新型以惯性传感器和直线位移传感器为主要部件，配合必要的机械结构设计，提供一种能够检测形变角度和位移的全面反映伸缩节变形情况的检测装置，具体的技术方案如下：
一种伸缩节变形全参数检测装置，包括与单片机连接的惯性传感器和直线位移传感器；所述直线位移传感器通过安装卡件与伸缩节两端的法兰连接，并与伸缩节的安装方向保持平行，用于获取伸缩节的长度变化信息；所述惯性传感器设置于伸缩节的一端，用于获取伸缩节两端法兰的相对角度变化信息；所述单片机与上位机通讯连接，用于根据上位机的控制指令设置初始参数，还用于根据直线位移传感器和惯性传感器获取的长度变化信息和角度变化信息判断伸缩节变形状态，并将伸缩节的长度数据和角度数据以及判断结果发送给上位机。
进一步地，与伸缩节其中一端的法兰固定连接的安装卡件的一端设置有关节轴承，与直线位移传感器固定连接的连接板的一端设置有相应的环状结构，所述环状结构活动套结在关节轴承上，并能沿关节轴承的周向灵活摆动；所述连接板上设置有惯性传感器。
进一步地，所述单片机还连接有通信接口电路和无线通讯模块，所述通信接口电路为有线串行通信转换电路，用于将单片机串口的TTL电平转换为RS-485或RS-232工业标准通信接口，所述无线通讯模块采用无线透传模块，用于将单片机串口的TTL电平转换为无线通讯方式。
进一步地，所述惯性传感器采用MEMS惯性传感器集成芯片，通过I2C或SPI接口与单片机连接；所述直线位移传感器的输出信号通过分压电路转换为电压信号后，与单片机的模数转换器ADC接口电路连接。
优选地，所述惯性传感器配置有惯性传感器安装盒，所述单片机及其外延电路设置于主控盒内。
进一步地，所述直线位移传感器采用基于拉杆式电阻尺原理的传感器实现，直线位移传感器的伸缩部分还设置有防尘罩。
本实用新型的有益效果：
相比于现有技术，本实用新型提供的伸缩节变形全参数检测装置，通过惯性传感器和直线位移传感器，能够实现伸缩节变形在空间中的多维度变化监测，相比于单一的位移或长度变化监测更有利于分析变形原因和精细化过程监测，而且本实用新型还具备结构紧凑、安装简单、成本低廉等特点。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。
图1是本实用新型一实施例提供的机械结构示意图；
图2是图1中A部分的放大显示图；
图3是本实用新型一实施例提供的模块组成示意图。
其中，各附图标记表示为：0-伸缩节，1-法兰，2-安装卡件A，3-主控盒，4-天线，5-连接板，6-关节轴承，7-惯性传感器安装盒，8-直线位移传感器，9-防尘罩，10-安装卡件B。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
如图1和2所示，为本实用新型检测装置的机械结构示意图，主要包括主控盒3、惯性传感器安装盒7和直线位移传感器8。直线位移传感器8通过两端的安装卡件与伸缩节0两端的法兰1连接，并与伸缩节0的安装方向保持平行。当伸缩节0发生变形时，将带动直线位移传感器8的伸缩部分伸长或缩短，从而获取伸缩节的长度变化信息。如果伸缩节变形的方向不平行于原有安装方向，则除了伸缩节长度发生变化外，还会存在空间角度的变化，即伸缩节会产生一定的弯曲。本实用新型以伸缩节的一端作为参照，安装卡件A的一端固定在法兰上，其另一端设置有关节轴承6，与直线位移传感器8固定连接的连接板5的一端设置有相应的环状结构，该环状结构活动套接在关节轴承6上，并能沿关节轴承6的周向灵活摆动。当伸缩节0两端的法兰的相对角度发生变化时，将带动连接板5发生一定的角度偏转，此时安装在连接板5上的惯性传感器安装盒7中的惯性传感器也将感知到该角度变化，从而获取伸缩节的角度变形信息。伸缩节的初始长度和角度均以安装时为准，实时测量的数据与初始数据进行对比分析作为形变判据。
在一些实施例中，为了减小体积方便安装，采用MEMS惯性传感器集成芯片实现角度的测量。长度通过直线位移传感器8获取，采用拉杆式电阻尺等原理的传感器实现，位移距离与输出电阻间具有确切的关系，通过测量其电阻变化获取长度(位移)数据。
在一些实施例中，直线位移传感器8的伸缩部分还设置有防尘罩9。
在一些实施例中，为降低电磁干扰对测量精度的影响，将装置的电路分为惯性传感器电路和主控电路分别安装在惯性传感器安装盒7和检测装置主控盒3内。
如图3所示，检测装置的电路系统主要由单片机、通信接口电路、无线模块、惯性传感器模块电路、数据存储模块、电源转换电路等组成。电源转换电路将外部供电转换为电路系统各功能模块所需的电压，典型的通过DC/DC模块配合低压差线性稳压器LDO将24V或12V转5V、3.3V。通信接口电路为有线串行通信转换，将单片机串口的TTL电平转换为RS-485、RS-232等工业标准通信接口。无线模块，将单片机串口的TTL电平转换为无线通信方式，一般应用中根据需求在无线模块和通信接口电路二选一，无线模块可为LoRa等无线透传模块。存储芯片，用于存放校准数据和初始数据。直线位移传感器输出信号为电阻等模拟信号，通过分压电路转换为电压信号与单片机的模数转换器ADC接口电路连接。惯性传感器采用MEMS惯性传感器集成芯片，其与单片机通过I2C或SPI接口连接，读取惯性传感器的加速度计、陀螺仪等数据，由单片机运行相应的程序实现角度的计算。
本装置的工作流程为：当单片机通过通信接口接受到上位机的通信指令后，判断是设置指令还是巡检指令，并进入相应的模式。设置模式用于装置的初始设置或定期校准确认，进入该模式时，单片机读取直线位移传感器和惯性传感器的数据，获得伸缩节当前的长度和角度信息，然后写入存储芯片，用于巡检模式的对比判断。巡检模式是状态的正常工作模式，进入该模式时，单片机读取直线位移传感器和惯性传感器的数据与系统的初始参数进行比对并判断是否越限，然后将长度、角度和是否越限的状态信息返回。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，包括与单片机连接的惯性传感器和直线位移传感器；所述直线位移传感器通过安装卡件与伸缩节两端的法兰连接，并与伸缩节的安装方向保持平行，用于获取伸缩节的长度变化信息；所述惯性传感器设置于伸缩节的一端，用于获取伸缩节两端法兰的相对角度变化信息；所述单片机与上位机通讯连接，用于根据上位机的控制指令设置初始参数，还用于根据直线位移传感器和惯性传感器获取的长度变化信息和角度变化信息判断伸缩节变形状态，并将伸缩节的长度数据和角度数据以及判断结果发送给上位机。
2.如权利要求1所述的一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，与伸缩节其中一端的法兰固定连接的安装卡件的一端设置有关节轴承，与直线位移传感器固定连接的连接板的一端设置有相应的环状结构，所述环状结构活动套结在关节轴承上，并能沿关节轴承的周向灵活摆动；所述连接板上设置有惯性传感器。
3.如权利要求1或2所述的一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，所述单片机还连接有通信接口电路和无线通讯模块，所述通信接口电路为有线串行通信转换电路，用于将单片机串口的TTL电平转换为RS-485或RS-232工业标准通信接口，所述无线通讯模块采用无线透传模块，用于将单片机串口的TTL电平转换为无线通讯方式。
4.如权利要求1或2所述的一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，所述惯性传感器采用MEMS惯性传感器集成芯片，通过I2C或SPI接口与单片机连接；所述直线位移传感器的输出信号通过分压电路转换为电压信号后，与单片机的模数转换器ADC接口电路连接。
5.如权利要求1或2所述的一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，所述惯性传感器配置有惯性传感器安装盒，所述单片机及其外延电路设置于主控盒内。
6.如权利要求1或2所述的一种伸缩节变形全参数检测装置，其特征在于，所述直线位移传感器采用基于拉杆式电阻尺原理的传感器实现，直线位移传感器的伸缩部分还设置有防尘罩。
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