船闸运行状态下门体水平跳变实时监测装置及其监测方法与流程

技术特征：

1.船闸运行状态下门体跳变实时监测装置，其特征在于：包括倾角传感器(2)、人字门旋转角度与水位传感器(3)、倾角传感器数据获取与发送模块(4)、人字门旋转角度与水位传感器数据获取与发送模块(5)、计算机分析处理模块(6)，所述的人字门旋转角度与水位传感器(3)包括人字门旋转角度传感器和水位传感器(3)，所述的人字门旋转角度传感器包括罗经或编码器；倾角传感器(2)和人字门旋转角度与水位传感器(3)将采集的模拟信号分别经倾角传感器数据获取与发送模块(4)和人字门旋转角度与水位传感器数据获取与发送模块(5)进行AD转换、数据存储与高速串行接口数据发送，并通过计算机分析处理模块(6)接收和保存，并在计算机分析处理模块(6)中进行数据的分析和处理；

所述的倾角传感器数据获取与发送模块(4)包括AD转换电路、嵌入式控制单元、存储单元和高速串行数据接口；

所述的人字门旋转角度与水位传感器数据获取与发送模块(5)包括AD转换电路、嵌入式控制单元、存储单元和高速串行数据接口；

所述的倾角传感器(2)有一个，沿平行于门体上表面长边的方向水平安装在门体的上表面处；

所述的人字门旋转角度传感器水平安装在门体的上表面处；

所述的水位传感器安装在船闸最低水位以下2-3米处的闸壁上；

所述的倾角传感器数据获取与发送模块(4)集成在倾角传感器(2)自身的嵌入式控制系统中，人字门旋转角度与水位传感器数据获取与发送模块(5)集成在自身的嵌入式控制系统中，计算机分析处理模块(6)集成在主控计算机中。

2.船闸运行状态下门体水平跳变实时监测装置的监测方法，其特征在于：包含以下步骤：

A、安装倾角传感器(2)

船闸人字门门体由于运行时承受巨大的载荷，导致门体容易出现结构性损伤，其中门体的水平跳变幅度是门体运行状态的一个重要指标，故采用倾角传感器(2)实时监测人字门门体的水平跳变幅度来监测人字门门体当前的安全运行状态；选定人字门顶部(1)为倾角传感器(2)的安装位置，在平行于门体的水平方向安装一个倾角传感器(2)，并使用工业胶水将倾角传感器(2)固定在规定位置；

B、安装人字门旋转角度与水位传感器(3)

由于船闸人字门门体出现水平跳变的过程是一个动态的过程，水平跳变的幅度也随人字门工作运行的状态而改变，所以要实时监测船闸人字门门体当前的开合角度以及船闸内的水位高度这些运行状态信息；将人字门旋转角度传感器平行于人字门门体安置在人字门门体的上表面处，从而获取人字门与船闸墙体的夹角并实时上传到计算机；将水位传感器安装在船闸最低水位以下2-3米处的闸壁上；

C、采集人字门门体倾角数据

倾角传感器(2)本质上是运用惯性原理的一种加速度传感器，倾角传感器(2)重力加速度方向的重力垂直轴与加速度传感器灵敏轴之间的夹角即为倾角；倾角传感器数据获取与发送模块(4)通过模数转换电路将倾角传感器(2)采集到的电学模拟量转化为数字量，并通过计算得到船闸人字门门体的倾角，最后通过通讯接口上传至计算机分析处理模块(6)进行存储并显示；所述的倾角传感器(2)属于二维倾角传感器，具有两个测量方向，分别测量得到平行于门体长边方向的倾角θ_x与垂直于门体长边方向的倾角θ_y；

D、通过人字门门体的倾角数据计算人字门门体的跳变量

人字门的跳变量是人字门的重要健康指标之一，通过倾角值计算人字门静态跳变量具有准确快速的优点，平行于门体长边方向的跳变量计算公式如下：

h_x＝r tanθ_x

式中：θ_x为平行于门体长边方向倾角值，r为人字门门体被测点与门轴之间的距离，h_x为平行于门体长边方向的人字门的跳变量；

垂直于门体长边方向的跳变量计算公式如下：

$h_y={\mathrm{r\β}}_0{\∫}_0^{{\mathrm{\β}}_0}{\mathrm{\θ}}_y\left(\mathrm{\β}\right)d\mathrm{\β}$

式中：θ_y(β)为旋转角度是β时的垂直于门体长边方向的倾角值，β₀为人字门旋转末时刻的角度值，h_y为垂直于门体长边方向的人字门的跳变量；

人字门门体的总跳变量计算公式如下：

$h=\sqrt{{h_x}^2+{h_y}^2}$

式中：h为人字门门体的总跳变量；

通过分别计算倾角传感器平行于门体长边方向与垂直于门体长边方向的跳变量，进而计算得到人字门的总跳变量；

E、分析并处理人字门门体的动态跳变量数据

通过主控计算机处理人字门门体的跳变量数据，将人字门旋转角度与水位传感器(3)所得到的水位信息和开合角信息与人字门门体的跳变量信息进行整合，得到人字门跳变值的开关门和船闸充放水时段的二维信息，对信息进行逐个判断，得到跳变量数据在不同条件下的取值范围并确定倾角在不同工作条件下的安全阈值，当此时段跳变量的最大值大于安全阈值就说明此时段人字门处于异常运行位置，当此时段跳变量的最小值小于安全阈值说明此时人字门处于正常运行位置，公式如下：

$S=\left\{\begin{array}{c}1(h_r\>h_t)\\ 0(h_r\≤h_t)\end{array}\right.$

式中S表示当前安全状态值，值为1时代表此时段人字门处于异常运行状态，值为0时代表此时段人字门处于安全运行状态，h_r表示当前时段总跳变量的长度值，h_t表示当前人字门工作状态的跳变量的安全阈值，并以此判断当前人字门运行的安全工作状态。