一种坝顶门机行程测距装置以及测距方法与流程

本发明涉及水坝顶部的门机部件技术领域，具体涉及一种坝顶门机行程测距装置及其方法。

背景技术

在水坝顶部通常设置有大型的门式起重器，俗称坝顶门机，在水坝的使用过程中，坝顶门机是非常关键的一部分，在水坝内部的部分电力设备、闸门启动、内部检修等工作中具有不可替代的作用。

为了保证坝顶门机在工作中的精确性，通常需要对坝顶门机的移动行程进行检测，即了解门机移动的准确距离。现阶段通常采用两种方式来进行检测：一种是在坝顶门机的行走轮上安装计程轮，通过编码器换算出行走距离；另一种则是通过激光测距。

但是这两种方法都存在一定的问题：第一种方法通过计程轮带动带动编码器中的小轮转动，很容易因为接触不好，导致小轮少转，最后测量数据不准；后一种方法中，激光容易受风沙或者阴雨天气影响，反光板的光滑程度也会对激光的强度造成影响，因此适用性很差，在很多情况下不够准确。

技术实现要素：

针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种坝顶门机行程测距装置，用以解决现有技术中计程轮容易因为接触不好导致测量数据不准的问题；以及激光测距容易受风沙、阴雨天气、反光板的光滑程度等外界因素影响，适用性差的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种坝顶门机行程测距装置，包括门机和用于门机移动的轨道，所述门机底部设有若干个与轨道相配合的滚轮，靠近门机端头的滚轮侧面设有rfid读取器，所述轨道下方的地面中设有若干个共线的rfid标签，所述的rfid标签之间等间距设置，且全部rfid标签所在的直线与所述轨道在竖直方向上平行；

所述rfid读取器的识别半径大于rfid读取器和rfid标签之间的垂直高度，小于相邻两个rfid标签间距的二分之一。

一种用于上述装置的坝顶门机行程测距方法，包括以下步骤：

(1)通过rfid读取器分别经过某一个rfid标签时的两个时间点来设定所述两个时间点之间的位移差；

(2)因步骤(1)中位移差的一半、rfid读取器至rfid标签竖直高度差、rfid读取器的识别半径之间形成直角三角形，可得该位移差数值；

(3)调节rfid读取器的高度，从而改变步骤(2)中的位移差数值，当该位移差的数值趋近于无穷小时，rfid读取器的识别半径与rfid读取器至rfid标签竖直高度差相等，此时rfid读取器在经过某一rfid标签时仅读取一次数值，该时间点即为rfid读取器从rfid标签正上方通过的时间点；

(4)当步骤(2)中的位移差数值与相邻两个rfid标签间距的比值小于等于5％时，误差判定在许可范围内，取rfid读取器第一次读取rfid标签的时间点为rfid读取器从rfid标签正上方通过的时间点；

(5)根据步骤(3)中rfid读取器经过的rfid标签的序号以及rfid标签的间距可知rfid读取器以及门机的行程。

本发明中，当门机在轨道上移动时，rfid读取器会从rfid标签上方依次经过，因所述rfid读取器的识别半径大于rfid读取器和rfid标签之间的初始垂直高度，小于相邻两个rfid标签间距的二分之一，所以rfid读取器对于每一个rfid标签有一个持续的读取时间段，相应的会分别产生开始读取和结束读取两个时间点。通过调整rfid读取器的安装高度即于rfid读取器和rfid标签之间的垂直高度，可以使得上述的两个时间点间隔变短，当该间隔小于一定数值时，可认为在误差范围内，取其中第一个时间点作为于rfid读取器处于rfid标签正上方的时刻。

本发明将上述时间差转换为位移差，通过该位移差与相邻rfid标签之间的间隔比值来确定误差范围，最终通过调试得到合适的rfid读取器安装高度，并通过rfid读取器所经过的最后一个rfid标签的序号以及相邻rfid标签之间的间隔来计算出rfid读取器也就是坝顶门机的行程。

相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过rfid技术来实现距离检测，因rfid标签位置固定，rfid读取器在高度调整完毕后，在误差范围内可以精确的说明其与任意rfid标签的位置关系，因此可以通过所读取rfid标签的序号来判断rfid读取器以及坝顶门机的行程，具有较好的准确度；

2、本发明中rfid标签安装在坝顶表面下方的混凝土中，不容易损坏，同时rfid标签本身防水防潮，rfid读取器的识别也不受任何天气因素的影响，具有较好的适用性，在恶劣环境下仍然能保持精确度；

3、本发明中rfid标签造价低，安装方便，生产成本和安装成本均较低，同时使用方便，维护也只需要简单的替换即可，具有简单、便捷、便宜的优点。

附图说明

图1为本发明的侧面结构示意图；

图2为本发明rfid读取器和rfid标签的调试位置图；

图3为本发明的几何计算原理图；

图中：门机1、轨道2、rfid读取器3、rfid标签4。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。

实施例：

如图1-2所示，本发明提出了一种坝顶门机1行程测距装置，包括门机1和用于门机1移动的轨道2，所述门机1底部设有若干个与轨道2相配合的滚轮，通常的设计中，门机1的两端分别安装有两个滚轮，本实施例中采用其中一端滚轮的行程来代表门机1的整体行程。靠近门机1端头的滚轮侧面设有rfid读取器3，该rfid读取器3沿轨道2方向的位移等同于滚轮，因此rfid读取器3的形成即可视作门机1的形成。至此，本实施例中门机1行程的检测转化为对rfid读取器3的行程检测。

轨道2下方的地面中设有若干个共线的rfid标签4，所述的rfid标签4之间等间距设置，且全部rfid标签4所在的直线与所述轨道2在竖直方向上平行；当rfid读取器3随着门机1在轨道2上移动时，若rfid标签4进入rfid读取器3的识别范围，则会被rfid读取器3rfid读取器3信息。并通过rfid读取器3所经过的最后一个rfid标签4的序号以及相邻rfid标签4之间的间隔来计算出rfid读取器3也就是坝顶门机1的行程。

进一步的方案中，rfid读取器3的识别半径大于rfid读取器3和rfid标签4之间的垂直高度，小于相邻两个rfid标签4间距的二分之一。因此rfid读取器3在移动过程中有且仅有一个rfid标签4会被读取，因此不会产生重复信号。但是在这种情况下，同一个rfid标签4也会产生进入和离开两次信号，且这两个信号都不是rfid读取器3正好通过rfid标签4上方时的信号；因rfid读取器3的识别范围并不是那么精准，即很难直接调整rfid读取器3的识别范围正好为rfid读取器3和rfid标签4之间的垂直高度，因此需要先调试rfid读取器3的位置，使得其识别范围大致与rfid读取器3和rfid标签4之间的垂直高度相似，数据在误差范围内之后，在进行行程测距。

本实施例中，rfid标签4之间的间距为10cm。且rfid标签4的规格为2cm*2cm，其信号天线长度小于0.1cm。信号天线长度相对rfid标签4之间的间距可忽略不计，即认为rfid标签4的信号发出源为点状。

一种坝顶门机1行程测距方法，包括以下步骤：

(1)通过rfid读取器3分别经过某一个rfid标签4时的两个时间点来设定所述两个时间点之间的位移差；

(2)因步骤(1)中位移差的一半、rfid读取器3至rfid标签4竖直高度差、rfid读取器3的识别半径之间形成直角三角形，可得该位移差数值；

(3)调节rfid读取器3的高度，从而改变步骤(2)中的位移差数值，当该位移差的数值趋近于无穷小时，rfid读取器3的识别半径与rfid读取器3至rfid标签4竖直高度差相等，此时rfid读取器3在经过某一rfid标签4时仅读取一次数值，该时间点即为rfid读取器3从rfid标签4正上方通过的时间点；

(4)当步骤(2)中的位移差数值与相邻两个rfid标签4间距的比值小于等于5％时，误差判定在许可范围内，取rfid读取器3第一次读取rfid标签4的时间点为rfid读取器3从rfid标签4正上方通过的时间点；

(5)根据步骤(3)中rfid读取器3经过的rfid标签4的序号以及rfid标签4的间距可知rfid读取器3以及门机1的行程。

根据图3所示，将rfid读取器3在进入和离开某一rfid标签4读取范围的两个时刻所在的位置点和rfid标签4的位置点简化为平面图。下面由图3的标示来进行rfid读取器3的高度调试计算。

所述步骤(2)中位移差的计算式为：

①式中，δx为rfid读取器3分别经过某一个rfid标签4时的两个时间点之间的位移差，r为rfid读取器3的识别半径，h为rfid读取器3至rfid标签4竖直高度差。

所述步骤(4)中的误差范围计算式为：

②式中，δ为百分误差，d为相邻两个rfid标签4间距。

所述步骤(5)中的门机1行程的计算式为：

s＝n*d③

③式中，s为门机1行程，n为该时刻门机1所经过的最后一个rfid标签4的序号。

根据上述算式带入rfid标签4之间的间距为10cm即d＝10cm，带入②式得，δx＝0.5cm，即当rfid读取器3在进入和离开某一rfid标签4读取范围的两个时刻的位移差小于0.5cm时，可认为rfid读取器3从rfid标签4正上方通过的时间点，取rfid读取器3第一次读取rfid标签4的时刻为rfid读取器3从rfid标签4正上方通过的时刻。

若该rfid标签4为第5个，则n＝5，带入③式，s＝50cm，即此时门机1行程为50cm。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。