一种用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置的制作方法

本实用新型涉及水利闸门运行保障设备领域，具体是一种用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置。

背景技术：

目前国内水利闸门的开启和关闭主要使用卷扬式启闭机和螺杆式启闭机，荷重传感器主要采用轴承座式传感器，安装和维护很不方便；而且螺杆式启闭机的荷重检测一直没有很好的解决方案，目前很多螺杆式启闭机应用工程中，由于没有荷重检测，常出现由于启闭机负载过大而导致螺杆顶弯等事故的发生。虽然目前出现了一些针对螺杆式启闭机荷重量检测方法，但效果都不是很好，比如：基于通过蜗杆的来回间隙攒动，带动曲轴机构的扭转来检测闸门实际荷重，但其存在着较大的缺陷，一是蜗杆的来回攒动将导致涡轮的磨损加快，甚至发生啃齿现象；二是该方法增加了一个曲轴机构，使荷重的传输路径增加了一个环节，影响系统精度；三是设备结构复杂化，安装及维护不便；四是荷重检测精度较低，其实际精度在5％左右。而安装简便、测量精确的用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置目前还没有出现。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置，荷重传感器连接于螺杆式启闭机和电动机之间，检测精度很高，增强了螺杆式启闭机运行时的安全性和稳定性。

本实用新型的技术方案为：

一种用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置，包括有连接于电动机的输出轴及螺杆式启闭机的动力输入轴之间的荷重传感器，输入端与荷重传感器输出端连接的信号调理单元，与信号调理单元的输出端连接的A/D转换单元，与A/D转换单元的输出端连接的单片机主控模块；所述的荷重传感器包括有管形的壳体、连接于壳体两端的端盖、设置于壳体内的弹性轴和固定设置于弹性轴外壁上的多个电阻应变片、以及信号传输单元，所述的弹性轴的两端分别与电动机的输出轴、螺杆式启闭机的动力输入轴连接，所述的多个电阻应变片组成惠斯登电桥，所述的信号传输单元包括有固定设置于弹性轴外壁上环形的红外发射板、以及连接于端盖上且与红外发射板相对设置的环形的红外接收板，所述的红外发射板上设置有一圈红外发射二极管，所述的红外接收板上设置有一圈与红外发射二极管相对的红外接收三极管，所述的一圈红外发射二极管与一圈红外接收三极管同直径设置，所述的惠斯登电桥的输出端与红外发射二极管连接，所述的信号调理单元的输入端与红外接收三极管连接；所述的单片机主控模块包括有单片机芯片、分别与单片机芯片连接的复位电路、退耦电路和存储器，所述的复位电路包括有钽电容C29和电阻R4，钽电容C29的一端与单片机芯片的电源引脚VCC连接，电阻R4的一端与接地，钽电容C29的另一端、电阻R4的另一端均与单片机芯片的RST引脚连接，所述的退耦电路包括有退耦电容，退耦电容的两端分别连接单片机芯片的电源引脚VCC和接地。

所述的荷重传感器还包括有旋转变压器，旋转变压器的初级线圈与荷重传感器的壳体内壁固定连接，次级线圈固定在弹性轴上和弹性轴一同旋转。

所述的弹性轴的外壁上固定设置有八个电阻应变片，每四个电阻应变片组成一个惠斯登电桥且沿弹性轴的圆周均匀分布，八个电阻应变片组成的两个惠斯登电桥的输出端均与红外发射二极管连接。

所述的红外发射板和红外接收板之间设置有环形的挡圈，所述的挡圈与红外发射板固定连接，所述的挡圈的外周设置有一圈齿槽，所述的齿槽的底板距离弹性轴圆心的距离小于红外发射二极管距离弹性轴圆心的距离，且齿槽的顶端距离弹性轴圆心的距离大于红外发射二极管距离弹性轴圆心的距离。

所述的信号调理单元选用滤波器。

所述的A/D转换单元包括有AD转换芯片，AD转换芯片的引脚22与单片机芯片的引脚7连接，AD转换芯片的引脚23与单片机芯片的引脚6连接，AD转换芯片的引脚24与单片机芯片的引脚5连接。

本实用新型的优点：

本实用新型结构简单、安装方便，通过旋转变压器耦合实现了荷重传感器内部旋转电路的供电，光电耦合方式实现荷重量电信号的非接触传输。由于荷重传感器的弹性轴与电动机的动力输出轴直接连接，在启闭机升降过程中，不但能精确检测荷重量变化，还能同时起到联轴器的作用，安装及维护方便，改变了现有螺杆式启闭机荷重量难以精确检测的状况。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型荷重传感器的安装结构示意图。

图3是本实用新型荷重传感器的结构示意图。

图4是本实用新型红外发射板的结构示意图。

图5是本实用新型红外接收板的结构示意图。

图6是本实用新型挡圈的结构示意图。

图7是本实用新型单片机主控模块的电路图。

图8是本实用新型A/D转换单元的电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通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。

见图1和图2，一种用于螺杆式启闭机的荷重量检测装置，包括有连接于电动机02的输出轴及螺杆式启闭机03的动力输入轴之间的荷重传感器01，输入端与荷重传感器01输出端连接的滤波器05，与滤波器05的输出端连接的A/D转换单元06，与A/D转换单元06的输出端连接的单片机主控模块07；其中，螺杆式启闭机03的动力输出端与闸门04连接；

荷重传感器01将螺杆式启闭机03工作时作用于弹性轴23上的总载荷近似按线性转换为标准的变送信号输出，输出的0-5V信号经滤波器05滤波变换处理后，由A/D转换单元06实现AD转换，计数脉冲信号经逻辑电平转换后接入单片机主控模块07的TIM1和TIM2定时计数器，通过设置全局脉冲计数变量实现对应的加/减计数，同时为实现检测系统对螺杆式启闭机03荷重信息的断电保持功能，采用存储器保存与荷重量相关的数据并用后备电池对存储器供电，同时配置必要的显示、键盘等人机接口及串行通信等功能。

见图3，荷重传感器01包括有管形的壳体21、连接于壳体21两端的端盖22、设置于壳体21内的弹性轴23和固定设置于弹性轴23外壁上的八个电阻应变片24、信号传输单元、以及旋转变压器，弹性轴23的两端分别与电动机02的输出轴、螺杆式启闭机03的动力输入轴连接，旋转变压器的初级线圈25与荷重传感器的壳体21内壁固定连接，次级线圈26固定在弹性轴23上和弹性轴23一同旋转，每四个电阻应变片24组成一个惠斯登电桥且沿弹性轴23的圆周均匀分布；信号传输单元包括有固定设置于弹性轴23外壁上环形的红外发射板27(见图4)、以及连接于端盖22上且与红外发射板27相对设置的环形的红外接收板28(见图5)，红外发射板27上设置有一圈红外发射二极管29，红外接收板28上设置有一圈与红外发射二极管29相对的红外接收三极管210，一圈红外发射二极管29与一圈红外接收三极管210同直径设置，八个电阻应变片24组成的两个惠斯登电桥的输出端均与红外发射二极管29连接，滤波器05的输入端与红外接收三极管210连接；其中，红外发射板27和红外接收板28之间设置有环形的挡圈211(见图6)，挡圈211与红外发射板27固定连接，挡圈211的外周设置有一圈六十个齿槽212，齿槽212的底板距离弹性轴23圆心的距离小于红外发射二极管29距离弹性轴23圆心的距离，且齿槽212的顶端距离弹性轴23圆心的距离大于红外发射二极管29距离弹性轴23圆心的距离，即红外发射二极管29发出的光信号通过挡圈211的齿槽212传递给红外接收三极管210，弹性轴23每旋转一圈，每个红外接收三极管210接收到六十个脉冲信号；

在弹性轴23上的8个金属的电阻应变片24用于感应弹性轴23所受的载荷，由电阻应变片24组成的惠斯登电桥将载荷线性变换为差动毫伏信号，通过幅值放大及电压/频率(V/F)转换为频率信号驱动红外发射二极管29发射脉冲频率红外光，多个红外接收三极管210接收红外发射二极管29发出的红外光，经过频率电压(F/V)转换将之转换为0—5V的电压信号对外输出。

见图7，单片机主控模块07包括有单片机芯片U1、分别与单片机芯片U1连接的复位电路、退耦电路和存储器U4；复位电路包括有钽电容C29和电阻R4，钽电容C29的一端与单片机芯片U1的电源引脚VCC连接，电阻R4的一端与接地，钽电容C29的另一端、电阻R4的另一端均与单片机芯片U1的RST引脚连接，实现单片机芯片U1的上电自动复位；退耦电路包括有退耦电容C1，是一个容量为0.1uF的陶瓷电容，退耦电容C1的两端分别连接单片机芯片U1的电源引脚VCC和接地，起到隔离噪声信号的作用，存储器U4为外部存储器24C16，目的是将一些和系统有关的参数进行保存，通过IIC总线和单片机芯片U1的P0.0(引脚39)和P0.1引脚(引脚38)相连并传输数据。

见图8，A/D转换单元包括有AD转换芯片U2,AD转换芯片U2采用的是24位CS1232，每秒钟最多能完成80次转换，通过串行总线与单片机芯片U1相连，AD转换芯片U2的引脚22与单片机芯片U1的引脚7连接，功能是控制AD芯片进入休眠模式，AD转换芯片U2的引脚23与单片机芯片的引脚6连接，功能是单片机芯片U1提供的时钟信号输出给AD转换芯片U2，AD转换芯片的引脚24与单片机芯片的引脚5连接，功能是当每次AD转换芯片U2AD转换完成后，将转换结果传输给单片机芯片U1。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。