专利名称：闸门光纤开度仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种准确检测与控制船闸闸门开度运行的控制仪。
船闸大坝和发电厂是组成大型水电站的主要工程，船闸闸门的准确，稳定与可靠地运行对船运畅通至关重要。目前国内通常采用机械式或电子式开度仪检测与控制船闸闸门的运行，其测量精度低，抗干扰能力弱，可靠性差，特别对多级闸门系统，更无法满足精确检测与控制的要求。
光纤传感技术是七十年代末发展起来的一项高科技技术，其精度高、可远距离传输、不怕腐蚀，不怕电磁干扰，在石油、化工、核工业等传统传感器不能使用的场合已广泛使用，但至今还未用于船闸闸门的开度检测及控制。
本实用新型的目的旨在将光纤传感技术应用于船闸闸门开度检测及控制中，设计一种操作简便、显示直观、控制可靠、可用于单级或多级船闸闸门的船闸闸门开度仪。
本实用新型目的实现方式为，船闸闸门光纤开度仪包括探头、检测绳轮1，测量钢丝6，转换及控制单元。测量钢丝绕过检测绳轮，一端接闸门，一端吊平衡锤。光纤传感单元主要由光纤探头4，光码盘5，耦合磁块2，检测绳轮1构成，光纤探头由入射光纤9，回光光纤12及两凸透镜10、11构成，凸透镜焦距6-10mm，间距10-15mm，中间置光码盘。光电转换单元光源红外发光二极管LED发出连续光给光纤探头，光电二极管PIN将检测回光信号变为电信号，经放大器线性放大，二极管D1D2整流，放大器再线性放大，整形后变成电脉冲信号经电缆送给控制单元信号接口板，信号接口板对信号进行电平转换后送入可编程控制器PLC，对脉冲信号计数、处理、运算后显示，同时输出模拟电流信号至后级控制单元。
下面参照
本实用新型图1本实用新型光纤传感单元结构示意图图2光纤探头结构示意图图3光纤探头与光码盘位置关系示意图图4、5转换单元原理框图，电原理图图6控制单元结构框图图7控制单元信号接口板电原理图
图8闸门开度控制系统示意图本实用新型光纤探头有二组，探头结构如图2所示。图中A.b分别为入射光纤9，回光光纤12，端面a，b分别在凸透镜10、11的聚焦点附近。光纤采用四芯铠装光缆，光纤直径为62.5um，数值孔N，A＝0.275，传输损耗3db/km。两凸透镜间的光码盘5为金属薄盘，其边缘开有均匀的矩形槽。由入射光纤射入的光经凸透镜聚焦耦合进入回光光纤内，光码盘在二透镜中间旋转时，即可调制回光信号。
参照图1，当船闸闸门开度发生变化时，其位移量通过测量钢丝6送给耦合磁块2，经磁力耦合带动光码盘5转动，图4中的发光二极管LED发出两组连续红外光，通过光缆分别传输至两个探头上。同时光码盘因闸门变化转动，对二个光纤探头发出的红外光进行调制，调制后的二组光信号返回光电转换单元。
参照图4，5光电二极管(L2D，L2A)PTN1将两组光信号转变为电信号并经放大器放大，阻抗转换D1，D2，D3，D4，整形后变成电脉冲信号经电缆传给图6的控制单元信号接口板。信号接口板对信号进行电平转换、相位判别和信频处理后送至图8所示的系统可编程控制器的PLC内部高速计数单元对脉冲计数。PLC之中央处理单元(CPU)承担信号的处理、运算及输入输出控制工作，键盘用来设置左、右侧闸门开度初始值、全关位值、全开位值、纠偏动作值、最大偏差值及最大下滑值；继电器输出模块通过继电器接点信号与后级控制设备连接；晶体管输出模块控制三个显示表分别显示左、右侧闸门开度及偏差值；同时两路D/A转换单元分别输出与左、右侧闸门开度相对应的二路4～20mA模拟电流信号至中央控制室。本开度仪的测量范围0～19.999m分辨率1mm。
本实用新型采用两组光纤探头，其原因在于不仅要测闸门位移变化量，而且要判别闸门上、下移动的方向。当两组探头与光码盘间的位置关系处于图3位置时，A，B探头均无光，当光码盘按顺时针方向转动时，则依次出现A探头有光、B探头无光，A，B均有光、A无光、B有光、A，B均无光。当光码盘按逆时针方向转动时，A，B探头有、无光顺序相反。当闸门位置发生变化时，光码盘转动，光纤传感系统按上述方式进行有规律地调制，从而判向计数。
本实用新型将光纤传感技术应用于船闸闸门的开度检测，扩大了检测范围，提高了检测精度。全程检测范围高达20m，而误差小于4mm，完全可满足船闸闸门的开度要求。本实用新型将磁力耦合技术与光纤传感技术相结合，排除了船闸闸门周围恶劣环境对检测系统的影响，确保船闸闸门长期稳定开度。本实用新型控制单元选用日本三菱公司FX2系统可编程控制器(PLC)，并且PLC与光纤传感技术有机结合，测量范围大，精度高且反应灵敏，操作简便、显示直观、控制可靠、自动化程度高。本实用新型应用于湖南五强溪三级船闸闸门运行8个月，稳定可靠，未出任何故障，确保了船闸顺利运行。
权利要求1.闸门光纤开度仪，其特征在于包括光纤探头、检测绳轮1、测量钢丝6、光码盘5、耦合磁块2以及转换及控制单元，测量钢丝绕过检测绳轮一端接闸门，一端吊平衡锤，光码盘5，耦合磁块2，检测绳轮光纤探头由入射光纤9，回光光纤12、凸透镜10、11构成，凸透镜焦距6-10mm，间距10-15mm，中间置光码盘5，光电转换单元红外发光二极管LED发出连续光给光纤探头，光电二极管PIN将检测回光信号变为电信号，经放大器线性放大、二极管D1、D2整流，放大器再线性放大变成电脉冲信号经电缆送给控制单元信号接口板，信号接口板对信号进行电平转换后送入可编程控制器PLC，对脉冲信号计数、处理、运算同时输出模拟电流信号至控制单元。
2.根据权利要求1所述的开度仪，其特征在于光码盘5为金属薄盘，其边缘开有均匀矩形槽。
3.根据权利要求1所述的开度仪，其特征在于测量钢丝采用非接触式磁力耦合方式带动光码盘5。
4.根据权利要求1所述的开度仪，其特征在于可编程控制器PLC控制三个显示部份，两路D/A转换，检测单元分别输出与左、右闸门开度相对应的二路4-20mA模拟电流，测量范围0-19.999m，分辨率为1mm。
专利摘要闸门光纤开度仪,包括光纤传感单元、光电转换单元及控制单元。光纤探头由入射、回光光纤、两凸透镜构成。当船闸闸门开度发生变化时,通过测量钢丝将闸门开度变化量送至光纤探头,光电转换二极管将光信号转变为电信号,再经放大、整流、整形、电平转换、信频处理后送可编程控制器。本实用新型将光纤传感技术应用于船闸闸门开度检测与控制,操作方便、显示直观、控制可靠、测量范围大、精度高。本实用新型已成功用于湖南沅江五强溪三级船闸。
文档编号G01B11/14GK2283831SQ9720940
公开日1998年6月10日 申请日期1997年3月6日 优先权日1997年3月6日
发明者邓承伟, 陈洪波, 袁宏才, 冯崇清, 胡军, 姚少国, 干维国 申请人:武汉工业大学