CN220772150U - 一种臂架应变监测系统及工程机械 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种臂架应变监测系统及工程机械，臂架应变监测系统包括：多个感知单元，用于采集所述臂架的各个监测点的特征参数；每个所述感知单元均包括第一Wi‑Fi子单元；传感器集采控制单元，包括第二Wi‑Fi子单元，用于对所述多个感知单元进行控制；每个所述感知单元均通过所述第一Wi‑Fi子单元与所述传感器集采控制单元的第二Wi‑Fi子单元进行无线连接。由此，可以方便快捷地动态采集臂架的伸缩几何尺寸、倾斜角度和臂架随车运动载荷等参数。

Description

一种臂架应变监测系统及工程机械

技术领域

本实用新型属于设备安全监测技术领域，具体地涉及一种臂架应变监测系统及工程机械。

背景技术

目前在国内传统的臂架设计过程中为保证安全计算较为保守，臂架安全设计依赖于前期静态安全系数法分析。而在臂架实际运动过程中，臂架运动过程数据与臂架应变间相互关系也对臂架的安全性能至关重要，现有技术忽略了实际运行过程中的工况参数的随机波动对结构安全性能的影响，使得当前臂架结构无法得到满意的性能参数，同时臂架长度从数米至数百米不等，传统的有线布局方式对于频繁动作的臂架系统固然不便。

可见，现有的臂架存在工况数据采集不便的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例的目的是提供一种臂架应变监测系统及工程机械，能够解决现有的臂架工况数据采集不便的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供了一种臂架应变监测系统，包括：

多个感知单元，用于采集所述臂架的各个监测点的特征参数；

每个所述感知单元均包括第一Wi-Fi子单元；

传感器集采控制单元，包括第二Wi-Fi子单元，用于对所述多个感知单元进行控制；

每个所述感知单元均通过所述第一Wi-Fi子单元与所述传感器集采控制单元的第二Wi-Fi子单元进行无线连接。

在本实用新型实施例中，所述多个感知单元还包括安装于所述臂架的根部的激光测量感知单元，所述激光测量感知单元包括：

激光测距传感器，用于测量所述臂架的伸缩长度。

在本实用新型实施例中，所述多个感知单元还包括安装于所述臂架的节臂耦合点的应变感知单元，所述应变感知单元包括：

应变监测传感器，用于测量所述臂架的应变参数。

在本实用新型实施例中，所述多个感知单元还包括安装于车辆执行机构处的载荷感知单元，所述载荷感知单元包括：

压力传感器，用于测量所述臂架的载荷。

在本实用新型实施例中，所述多个感知单元还包括安装于所述臂架上的倾角感知单元，所述倾角感知单元包括：

双轴倾角传感器，用于测量所述臂架的倾斜角度。

在本实用新型实施例中，所述每个感知单元均包括：

供电单元，用于为所述感知单元供电；

模数转换单元，与所述供电单元连接，用于采集所述供电单元的电量；

电源转换单元，与所述供电单元连接，用于对所述供电单元提供的电能进行转换。

在本实用新型实施例中，所述每个感知单元还包括：

加速度传感器，用于采集所述感知单元的加速度。

在本实用新型实施例中，所述每个感知单元还包括：

LED，用于显示所述感知单元的工作状态。

在本实用新型实施例中，所述传感器集采控制单元还包括：

三色灯，用于显示所述传感器集采控制单元的自身状态信息；

CAN接口，用于与车载ECU连接。

第二方面，本实用新型提供了一种工程机械，包括根据第一方面中任一项所述的臂架应变监测系统。

本实用新型的上述实施例提供一种臂架应变监测系统及工程机械。通过分布在臂架各个部位的感知单元分别采集臂架不同的工况数据，并由传感器集采控制单元对各个感知单元统一进行控制，从而可以方便快捷地动态采集臂架的伸缩几何尺寸、倾斜角度和臂架随车运动载荷等参数。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施例，但并不构成对本实用新型实施例的限制。在附图中：

图1示出了本实用新型实施例提供的臂架应变监测系统的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例提供的臂架应变监测系统中感知单元的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例提供的臂架应变监测系统中传感器集采控制单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在下文中，可在本实用新型的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本实用新型的各种实施例中被清楚地限定。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的臂架应变监测系统示意图，如图1所示，该系统包括：

多个感知单元100，用于采集所述臂架的各个监测点的特征参数；

每个所述感知单元均包括第一Wi-Fi子单元101；

传感器集采控制单元200，包括第二Wi-Fi子单元210，用于对所述多个感知单元进行控制；

每个感知单元100均通过第一Wi-Fi子单元101与传感器集采控制单元200的第二Wi-Fi子单元210进行无线连接。

可以理解的是，由于臂架上的各个监测点分布在臂架的各个部位，因此各个感知单元100也需采取分布式布局，即相应的安装在臂架的各个监测点上。且臂架的长度从数米到数百米不等，传统的有线布局方式在这种情况下并不适用，为了确保数据的及时获取和可靠传输，采用无线通信方式进行通信。其中Wi-Fi无线通信方式能够提供稳定且高速的数据传输，保障采集数据的精确采集和传送，因此在本实用新型实施例中，选用Wi-Fi(Wireless Fidelity，无线保真)无线通信方式，即为各个感知单元100及传感器集采控制单元200均配置Wi-Fi子单元。所述第一Wi-Fi子单元101元与各个感知单元100的微控制单元(MCU，Micro Control Unit)通过TTL(Transistor Transistor Logic，晶体管逻辑)接口连接。

具体的，在一示例中，当需要开始进行臂架特征参数的采集工作时，传感器集采控制单元200下发采集指令，通过第二Wi-Fi子单元210与第一Wi-Fi子单元101将采集指令无线传输至分布于臂架各个监测点的感知单元100，各个感知单元100开始进行臂架各个监测点的特征参数采集，采集完成后各个感知单元100通过第一Wi-Fi子单元101与第二Wi-Fi子单元210将采集到的数据传输至传感器集采控制单元200，传感器集采控制单元200还可以通过第二Wi-Fi子单元210将采集到的数据传输至无线终端进行显示。当采集工作完成后，传感器集采控制单元200下发采集完成指令，通过第二Wi-Fi子单元210与第一Wi-Fi子单元101将采集完成指令无线传输至各个感知单元100，各个感知单元100结束臂架特征参数的采集工作。

无线终端的示例包括但不限于手机、计算机、平板电脑等，本实用新型实施例对此不做限定。

与分布于臂架各个监测点的感知单元相对应的，待采集的臂架的特征参数包括多种，每个感知单元分别采集一种特征参数，在本实用新型实施例中，待采集的臂架的特征参数包括臂架的伸缩长度、应变参数、载荷与倾斜角度。

在本实用新型实施例中，多个感知单元100还可以包括安装于臂架的根部的激光测量感知单元110，所述激光测量感知单元110包括激光测距传感器111，用于测量臂架的伸缩长度。

激光测距传感器111是一种用于测量被测物到传感器之前距离的装置。相较于传统的测量方式，采用激光测距传感器111进行测量，无需与测量对象进行直接接触，避免了直接接触可能带来的干扰问题，且能够在短时间内进行高精度和远距离的测量。

具体的，在一示例中，激光测距传感器111首先发射激光束，并测量激光束从激光测距传感器111发射到臂架节臂伸缩根部后反射回激光测距传感器111所需的时间，结合光速计算出激光束在空气中传播的距离，从而可以确定臂架节臂的伸缩长度。当臂架包含多个节臂时，每个节臂均需安装单独的激光测量感知单元110，用于测量臂架每个节臂的长度。

在本实用新型实施例中，多个感知单元100还可以包括安装于臂架的节臂耦合点的应变感知单元120，所述应变感知单元120包括应变监测传感器121，用于测量臂架的应变参数。

应变监测传感器121可以包括电阻应变检测传感器、光纤应变监测传感器和振弦式应变传感器等。其中振弦式应变监测传感器稳定性强且价格低廉，其输出的不是电压信号而是频率信号，而频率信号可以用电缆远距离(大于2000米)传输，信号的传输基本不受导线电阻变化、温度波动以及绝缘电阻变化的影响。因此在本实用新型实施例中，采用振弦式应变监测传感器，进行臂架的应变监测。

具体的，在一示例中，当臂架收到外力应变时，应变监测传感器121内部的振弦受到应变作用，导致其振动频率发生变化，应变监测传感器121通过测量振动频率的变化，从而可以间接测量出臂架的应变参数。当臂架包含多个节臂时，需要在每个节臂的两两耦合点均需安装单独的应变感知单元120，如果单独某个节臂过长，则需要在节臂的中间位置安装额外的应变感知单元120，用于更准确地测量臂架节臂的应变参数。

在本实用新型实施例中，多个感知单元100还可以包括安装于车辆执行机构处的载荷感知单元130，所述载荷感知单元130包括压力传感器131，用于测量臂架的载荷。

具体的，压力传感器131可以包括压阻式压力传感器、陶瓷压力传感器以及压电式压力传感器等，本实用新型实施例对此不做限定。

在一示例中，激光测距传感器111、应变监测传感器121与压力传感器131分别与激光测量感知单元110、应变感知单元120与载荷感知单元130的微控制单元通过第一RS485(Recommended Standard 485，推荐标准485)总线连接。

在本实用新型实施例中，多个感知单元100还可以包括安装于臂架上的倾角感知单元140，所述倾角感知单元140包括双轴倾角传感器141，用于测量臂架的倾斜角度。

双轴倾角传感器141是一种用于测量物体相对水平面倾斜角度的测量设备。具体的，在一示例中，双轴倾角传感器141与倾角感知单元140的微控制单元通过第二RS485总线连接，双轴倾角传感器141内部包含两个敏感轴，用于分别测量臂架节臂在水平平面内的两个不同方向的倾斜角度。当臂架包含多个节臂且每个节臂的自由度动作一致时，可仅在其中一个节臂上安装倾角感知单元140，当臂架包含多个节臂但每个节臂的自由度动作不一致时，每个节臂均需安装单独的倾角感知单元140，用于测量臂架每个节臂的倾斜角度。所述臂架节臂的自由度动作是指节臂可自由进行的不同类型的动作。在本实用新型实施例中，双轴倾角传感器141包括板载双轴倾角传感器。板载双轴倾角传感器集成在倾角感知单元140的主板上，减少了复杂的布线，可以更快更直接地将传感器数据传递至倾角感知单元140的微控制单元中。

请参阅图2，在本实用新实施例中，每个感知单元100均包括：

供电单元102，用于为感知单元100供电；

模数转换单元103，与供电单元102连接，用于采集供电单元102的电量；

电源转换单元104，与供电单元102连接，用于对供电单元102提供的电能进行转换。

在一示例中，每个感知单元100还包括控制单元105，用于将各个感知单元100的微控制单元发出的控制信号传输至各个感知单元100所包含的各个传感器及供电单元102，所述控制信号用于控制所述传感器以及所述供电单元102的启闭。

具体的，在一示例中，当各个感知单元100接收到传感器集采控制单元200下发的采集指令后，模数转换单元103开始采集供电单元102的电量，并将电量转换成百分比，可以通过显示器显示电量，以使用户直观地观察当前供电单元102的电量，所述供电单元102可以为锂电池。各个感知单元100的微控制单元通过控制单元105传输控制信号至各个感知单元100所包含的各个传感器及供电单元102，开启各个感知单元100所包含的各个传感器及供电单元102。供电单元102开始进行供电，电源转换单元104对供电单元102输出的电能进行转换，以供感知单元100使用。当各个感知单元100接收到传感器集采控制单元200下发的采集完成指令后，各个感知单元100的微控制单元通过控制单元105传输控制信号至各个感知单元100所包含的各个传感器及供电单元102，关闭各个感知单元100所包含的各个传感器及供电单元102，供电单元102停止供电，从而使供电单元102不会一直处于供电状态，仅在感知单元100工作时进行供电，使感知单元100具备了自供电且低功耗的功能。

在本实用新型实施例中，每个感知单元100还包括加速度传感器106，用于采集所述感知单元100的加速度。

具体的，在一示例中，加速度传感器106与感知单元100的微控制单元通过IIC(Inter-Integrated Circuit，集成电路)总线连接，手动摇晃加速度传感器106的手柄，则感知单元100的xyz三向加速度均或者单独变化，当其变化绝对值大于预设阈值时，加速度传感器106输出电平信号，并传输至感知单元100的微控制单元，感知单元100的微控制单元接收到电平信号后，唤醒感知单元100完成初始化，使其自身达到准备工作状态，并通过第一Wi-Fi子单元101与第二Wi-Fi子单元210将准备信号传输至传感器集采控制单元200，当传感器集采控制单元200接收到所有感知单元100的准备信号时，表示各个感知单元100已全部完成初始化并达到准备工作状态，传感器集采控制单元200向各个感知单元100下发采集指令。具体的，所述预设阈值可以根据实际需求设定，例如，选取预设阈值为0.1g。在本实用新型实施例中，加速度传感器106包括板载加速度传感器。板载加速度传感器集成在感知单元100的主板上，减少了复杂的布线，可以更快更直接地将传感器数据传递至感知单元100的微控制单元中。

在本实用新型实施例中，每个感知单元100还包括LED107，用于显示每个感知单元100的工作状态。

LED(Light Emitting Diode，发光二级管)107是一种常用的发光器件，极小的电流就可以让它发光，且寿命长，能够长时间闪烁而不损坏，因此广泛用于电子产品的指示灯。

在本实用新型实施例中，当LED107发光时表示感知单元100正处于工作状态中，LED107灯灭时表示感知单元100正处于休息状态中，当在采集工作进行中发现LED107灯灭时，可以快速直观地得知该感知单元100出现了某些故障而停止了采集工作，从而及时地做出相应的应急措施。

请参阅图3，在本实用新型实施例中，传感器集采控制单元200还包括：

三色灯220，用于显示传感器集采控制单元200的自身状态信息；

CAN接口230，用于与车载ECU连接。

具体的，三色灯220可以通过三种颜色表示传感器集采控制单元200不同的三种自身状态信息，红色表示传感器集采控制单元200处于异常状态，黄色表示传感器集采控制单元200处于等待状态，绿色表示传感器集采控制单元200处于工作状态。通过使用三色灯220来观察传感器集采控制单元200的工作状态，可以在一个简单的视觉表示中迅速了解工作情况并做出相应决策，从而提高臂架特征参数采集工作的稳定性与工作效率。

CAN(Controller Area Network，控制局域网络)接口是一种用于车辆电子设备之间通信的标准化通信协议接口，通过CAN接口不同的ECU(Electronic Control Unit，电子控制单元)之间可以进行实时数据交换。在一示例中，当传感器集采控制单元200接收到所有感知单元100的准备信号后，通过CAN接口230向车载ECU下发臂架控制运动指令，从而实现实时动态采集臂架运动参数。

在一示例中，传感器集采控制单元200与车载电源进行有线连接。

本实用新型提供的一种臂架应变监测系统，通过分布在臂架各个部位的感知单元分别采集臂架不同的工况数据，并由传感器集采控制单元对各个感知单元统一进行控制，从而可以方便快捷地动态采集臂架的伸缩几何尺寸、倾斜角度和臂架随车运动载荷等参数。

本实用新型实施例还提供一种工程机械，包括上述实施例所述的臂架应变监测系统。

可以理解的是，本实用新型实施例提供的工程机械包括上述实施例提供的臂架应变监测系统，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式，但是，本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施例的技术构思范围内，可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型实施例的思想，其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种臂架应变监测系统，其特征在于，包括：

多个感知单元，用于采集所述臂架的各个监测点的特征参数；

每个所述感知单元均包括第一Wi-Fi子单元；

传感器集采控制单元，包括第二Wi-Fi子单元，用于对所述多个感知单元进行控制；

每个所述感知单元均通过所述第一Wi-Fi子单元与所述传感器集采控制单元的第二Wi-Fi子单元进行无线连接。

2.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述多个感知单元包括安装于所述臂架的根部的激光测量感知单元，所述激光测量感知单元包括：

激光测距传感器，用于测量所述臂架的伸缩长度。

3.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述多个感知单元包括安装于所述臂架的节臂耦合点的应变感知单元，所述应变感知单元包括：

应变监测传感器，用于测量所述臂架的应变参数。

4.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述多个感知单元包括安装于车辆执行机构处的载荷感知单元，所述载荷感知单元包括：

压力传感器，用于测量所述臂架的载荷。

5.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述多个感知单元包括安装于所述臂架上的倾角感知单元，所述倾角感知单元包括：

双轴倾角传感器，用于测量所述臂架的倾斜角度。

6.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述每个感知单元均包括：

供电单元，用于为所述感知单元供电；

模数转换单元，与所述供电单元连接，用于采集所述供电单元的电量；

电源转换单元，与所述供电单元连接，用于对所述供电单元提供的电能进行转换。

7.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述每个感知单元还包括：

加速度传感器，用于采集所述感知单元的加速度。

8.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述每个感知单元还包括：

LED，用于显示所述感知单元的工作状态。

9.根据权利要求1所述的臂架应变监测系统，其特征在于，所述传感器集采控制单元还包括：

三色灯，用于显示所述传感器集采控制单元的自身状态信息；

CAN接口，用于与车载ECU连接。

10.一种工程机械，其特征在于，包括根据权利要求1至9任一项所述的臂架应变监测系统。