专利名称：一种基于位移传感器的角度监测系统的工作方法
技术领域：
本发明涉及一种角度监测系统，尤其涉及一种基于位移传感器的角度监测系统的工作方法。
背景技术：
苏州河挡潮减灾应急工程新建一应急挡潮闸门，为保证安全可靠且保护闸门的美观，设计采用浮体式一字间门，简称浮体门。浮体门是在浮箱式河间的基础上发展起来的， 适合动水中运用，可以很好的解决河闸和交通的矛盾。浮体门一端利用铰支固定在河岸闸墩的门柱上，另一端利用螺旋桨推动浮体门启闭，平时下沉于门库的闸底板。浮体门关闸过程为关间指令下达，启动浮体门压载水箱排水，导致浮体门上浮，上浮到位后，启动浮体门的旋转；开始关闸，关闸到位后向压载水箱充水，使浮体门下沉。开闸过程是关闸过程的逆过程。浮体门旋转驱动采用双螺旋桨驱动，根据实时监测的浮体门旋转角度或角速度， 在浮体门旋转过程中，来自动调节螺旋桨的转速。由于浮体门采用铰支结构，浮体门轴固定不能够随浮体门的旋转而旋转，现在市场上常见的角度传感器主要有两种类型电位器式和光电编码器式。这两种类型的角度传感器的工作原理均为通过监测轴的旋转测出实时角度值，都无法在这种情况下使用，所以拟采用角速度传感器监测浮体门旋转角速度。但是浮体门的纵倾角变化过于频繁，对角速度传感器的测量值影响很大，不能反映浮体门真实的角速度值。因此急需一种能实时监测浮体门角度，同时又能降低浮体门纵倾角对测量值的影响的角度监测系统。
发明内容
本发明提供一种能实时监测浮体门角度，同时又能降低浮体门纵倾角对测量值的影响的基于位移传感器的角度监测系统的工作方法。为实现上述目的，所述述基于位移传感器的角度监测系统包括数据处理单元、执行单元和信号采集单元；所述信号采集单元包括，扇形角度转换机构，包括用于固定在河岸上的安装支架；扇形板，其通过销轴与所述安装支架配合连接，所述扇形板的圆弧面具有弧形凹槽；以及，挡杆，其与所述扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连；用于固定在河岸上的拉线式位移传感器，其与数据处理单元通讯连接，所述拉线式位移传感器具有拉线和出线孔，所述拉线与扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连；以及，拨动机构，包括用于固定在浮体门上部的固定板；拨杆座；拨杆，所述拨杆嵌入拨杆座内，并与所述拨杆座配合连接；所述拨杆和挡杆的相对位置关系使所述拨杆在随浮体门转动时可拨动所述挡杆。所述基于位移传感器的角度监测系统控制浮体门关闭速度的方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统进行标定；标定后当浮体门旋转关闭时，固定板带动拨杆围绕浮体门轴同步旋转；拨杆拨动挡杆，以带动扇形板同步旋转，拉线式位移传感器的拉线沿扇形板的弧形凹槽拉出；所述拉线式位移传感器将拉出的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元中，数据处理单元将电信号转化为角度值并进行误差修正，将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而控制执行单元的动作，以控制浮体门的关闭速度。所述基 于位移传感器的角度监测系统控制浮体门开启速度的方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统进行标定；标定后当浮体门旋转关开启时，固定板带动拨杆围绕浮体门轴同步旋转；借助拉线的自动回复力，挡杆跟随拨杆回转，同时扇形板同步回转，拉线式位移传感器的拉线沿扇形板的弧形凹槽收回；所述拉线式位移传感器将收回的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元中；所述数据处理单元将所述电信号转化为角度值并进行误差修正，将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而控制执行单元的动作，以控制浮体门的开启速度。优选地，所述基于位移传感器的角度监测系统的标定方法为，首先将浮体门置于完全开启状态，此时所述拉线式位移传感器输出电压值设置为零；其次将所述浮体门置于完全关闭状态，此时读取所述拉线式位移传感器输出电压值，从而确定所述拉线式位移传感器输出电压的变化范围；最后手动旋转所述浮体门，从浮体门完全开启位置开始，所述浮体门每旋转5度，记录一次所述拉线式位移传感器输出的电压值，将所记录的电压值和其对应的浮体门旋转角度列表计算，得到所述基于位移传感器的角度监测系统的灵敏度，从而完成所述基于位移传感器的角度监测系统的标定。优选地，所述数据处理单元将电信号转化为角度值的工作方法为，根据所述灵敏度调整数据处理单元中的控制程序，输入至数据处理单元的拉线式位置传感器的输出电压值经所述控制程序转换为相应的角度值。本发明的有益效果在于，所述基于位移传感器的角度监测系统结构简单、安装方便且操作灵活；所述监测系统，可应用于常规的角度传感器和角速度传感器无法使用或使用有困难、测量精度要求高的浮体门角度实时监测的情况，同时又可以降低浮体门纵倾角对测量值的影响。
图1示出了基于位移传感器的角度监测系统的原理示意图。图2示出了信号采集单元的结构示意图。图3(a)和图3(b)示出了误差修正原理图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。图1示出了基于位移传感器的角度监测系统100的原理示意图。所述基于位移传感器的角度监测系统100包括数据处理单元20和与所述数据处理单元20通讯连接的执行单元30 ；所述数据处理单元20包括PLC22和与所述PLC22通讯连接的显示器23 ；所述执行单元30包括与所述PLC22通讯连接的驱动装置33，所述驱动装置33与电机32电连接以控制电机32的转动，所述电机32与螺旋桨31配合连接，以带动螺旋桨31转动；所述螺旋桨 31具有转速传感器，所述转速传感器与所述驱动装置33通讯连接；所述基于位移传感器的角度监测系统100还包括信号采集单元10 ；所述信号采集单元10具有与所述PLC22通讯连接的拉线式位移传感器13、扇形角度转换机构12和拨动机构11。图2示出了信号采集单元10的结构示意图。所述拨动机构11包括固定板8、拨杆6和拨杆座7 ；所述固定板固定在在浮体门上部，且所述固定板8中心点布设在浮体门的中心线上；拨杆座7采用螺栓安装方式固定在所述固定板8的中心位置；拨杆6垂直嵌入拨杆座7内与所述拨杆座7配合连接，采用螺钉固定，并且拨杆6与浮体门上部平面的垂直度不大于0. 2mm。所述扇形角度转换机构12包括安装支架2、扇形板4、销轴3和弧形凹槽； 所述安装支架2采用膨胀螺栓固定在河岸9上，并且所述扇形板4的圆心位于浮动门轴的轴线上且偏差不大于0. 2mm,以确保扇形板4旋转角度与浮体门的旋转角度基本相同；扇形板4通过销轴3与所述安装支架2配合连接；挡杆5采用螺栓与所述扇形板4靠近浮体门关闭方向的一端固连；所述扇形板4的圆弧面具有防止所述挡杆5滑出所述圆弧面的弧形凹槽；所述拨杆6和挡杆5的相对位置关系使所述拨杆6在随浮体门转动时可拨动所述挡杆5。所述固定在河岸9上的拉线式位移传感器13包括出线孔和拉线，并且其出线孔与所述扇形板4圆弧面的弧形凹槽中线等高，且偏差不大于0. 2mm ；拉线与所述扇形板4靠近浮体门关闭方向的一端固连，所述拉线具有1千克的自动回复力。所述基于位移传感器的角度监测系统100的标定方法为，首先将浮体门置于完全开启状态，此时所述拉线式位移传感器13输出电压值设置为零；其次将所述浮体门置于完全关闭状态，此时读取所述拉线式位移传感器13输出电压值，从而确定所述拉线式位移传感器13输出电压的变化范围；最后手动旋转所述浮体门，从浮体门完全开启位置开始，所述浮体门每旋转5度，记录一次所述拉线式位移传感器13输出的电压值，将所记录的电压值和其对应的浮体门旋转角度列表计算，得到所述基于位移传感器的角度监测系统100的灵敏度，从而完成所述基于位移传感器的角度监测系统100的标定。 所述PLC22将电信号转化为角度值的工作方法为，根据所述灵敏度调整PLC22的控制程序，输入至PLC22内的拉线式位置传感器的输出电压值经所述控制程序转换为相应的角度值。所述基于位移传感器的角度监测系统100控制浮体门关闭速度的工作方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统100进行标定；标定后当浮体门旋转关闭时，固定板8带动拨杆6围绕浮体门轴同步旋转；拨杆6拨动挡杆5，以带动扇形板4同步旋转， 拉线式位移传感器13的拉线沿扇形板4的弧形凹槽拉出；所述拉线式位移传感器13将拉出的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元20的PLC22中；所述PLC22将接收到的电信号转化为角度值并进行误差修正，修正后的角度值经显示器23显示，PLC22将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而转化成期望的螺旋桨31转速，结合检测螺旋桨31转速的转速传感器得到电机32的控制信号，最终控制螺旋桨31按期望的转速转动，从而控制浮体门的关闭速度。所述基于位移传感器的角度监测系统100控制浮体门开启速度的工作方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统100进行标定；标定后当浮体门旋转关开启时， 固定板8带动拨杆6围绕浮体门轴同步旋转；借助拉线的自动回复力，挡杆5跟随拨杆6回转，同时扇形板4同步回转，拉线式位移传感器13的拉线沿扇形板4的弧形凹槽收回；所述拉线式位移传感器13将收回的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元20的PLC22 中；所述PLC22将接收到的电信号转化为角度值并进行误差修正，修正后的角度值经显示器23显示，PLC22将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而转化成期望的螺旋桨31转速，结合检测螺旋桨31转速的转速传感器得到电机32的控制信号，最终控制螺旋桨31按期望的转速转动，从而控制浮体门的开启速度。 图3(a)和图3(b)示出了误差修正原理图。所述PLC22修正浮体门纵倾角引起的误差的方法为，浮体门在启闭过程中发生纵倾的同时会引起所述拨杆6的摆动。如图3(a) 所示由浮体门纵倾角引起的弦长表示为L，L由公式Z = 2xSin(3/2)确定，其中χ表示固定板 8到挡杆5的距离，3表示浮体门的纵倾角。如图3(b)所示对于拨杆6和扇形板4来说浮体门纵倾角引起的弦长是相等的，同样表示为L，L也可由公式L = 2ysin(i3 /2)，其中y表示扇形板4中心到挡杆5的距离，β表示扇形板4的波动角。上述两公式可推出Xsin(CiA) =ysin(i3/2)，由此扇形板4波动角β由公式Xsin(a/2) = ysin ( β/2)确定，具体会受到x、y和α三个因素的影响。其中χ值在浮体门启闭过程中时变随水位变化的，其可实时地由公式χ = ζ-Δχ 确定，ζ为浮体门在水位最低点时的水位最低值，Δχ为浮体门启闭过程中水位上涨的幅度值，所述水位上涨幅度值Δ χ可通过液位传感器测得；y值为扇形板4中心孔至挡杆5的距离，此值在系统安装完成以后已经确定；浮体门纵倾角a值在浮体门启闭过程中也可通过双轴倾角传感器进行测量。综上，所述浮体门纵倾角引起的误差，即扇形板4波动角β可由上述方法确定，进而PLC22根据此修正值对实时测量的角度值进行修正。以上所述，仅为本发明的优选的具体实施方式
，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干变形和改进，比如对机械传动结构的变更，也属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种基于位移传感器的角度监测系统的工作方法，其特征在于所述基于位移传感器的角度监测系统包括数据处理单元、执行单元和信号采集单元；所述信号采集单元包括，扇形角度转换机构，包括用于固定在河岸上的安装支架；扇形板，其通过销轴与所述安装支架配合连接，所述扇形板的圆弧面具有弧形凹槽；以及，挡杆，其与所述扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连；用于固定在河岸上的拉线式位移传感器，其与数据处理单元通讯连接，所述拉线式位移传感器具有拉线和出线孔，所述拉线与扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连；以及，拨动机构，包括用于固定在浮体门上部的固定板；拨杆座；拨杆，所述拨杆嵌入拨杆座内，并与所述拨杆座配合连接；所述拨杆和挡杆的相对位置关系使所述拨杆在随浮体门转动时可拨动所述挡杆；所述基于位移传感器的角度监测系统控制浮体门关闭速度的方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统进行标定；标定后当浮体门旋转关闭时，固定板带动拨杆围绕浮体门轴同步旋转；拨杆拨动挡杆，以带动扇形板同步旋转，拉线式位移传感器的拉线沿扇形板的弧形凹槽拉出；所述拉线式位移传感器将拉出的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元中，数据处理单元将电信号转化为角度值并进行误差修正，将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而控制执行单元的动作，以控制浮体门的关闭速度；和/或者，所述基于位移传感器的角度监测系统控制浮体门开启速度的方法为，首先对所述基于位移传感器的角度监测系统进行标定；标定后当浮体门旋转关开启时，固定板带动拨杆围绕浮体门轴同步旋转；借助拉线的自动回复力，挡杆跟随拨杆回转，同时扇形板同步回转，拉线式位移传感器的拉线沿扇形板的弧形凹槽收回；所述拉线式位移传感器将收回的拉线长度转化为电信号并传输至数据处理单元中；所述数据处理单元将所述电信号转化为角度值并进行误差修正，将修正后的角度值与期望的角度值对比得出角度差值，进而控制执行单元的动作，以控制浮体门的开启速度。
2.根据权利要求1所述基于位移传感器的角度监测系统的工作方法，其特征在于所述基于位移传感器的角度监测系统的标定方法为，首先将浮体门置于完全开启状态，此时所述拉线式位移传感器输出电压值设置为零；其次将所述浮体门置于完全关闭状态，此时读取所述拉线式位移传感器输出电压值，从而确定所述拉线式位移传感器输出电压的变化范围；最后手动旋转所述浮体门，从浮体门完全开启位置开始，所述浮体门每旋转 5度，记录一次所述拉线式位移传感器输出的电压值，将所记录的电压值和其对应的浮体门旋转角度列表计算，得到所述基于位移传感器的角度监测系统的灵敏度，从而完成所述基于位移传感器的角度监测系统的标定。
3.权利要求2述基于位移传感器的角度监测系统的工作方法，其特征在于所述数据处理单元将电信号转化为角度值的工作方法为，根据所述灵敏度调整数据处理单元中的控制程序，输入至数据处理单元的拉线式位置传感器的输出电压值经所述控制程序转换为相应的角度值。
全文摘要
本发明公开了一种基于位移传感器的角度监测系统，其包括数据处理单元、执行单元和信号采集单元；所述信号采集单元包括扇形角度转换机构，用于固定在河岸上的拉线式位移传感器和拨动机构；所述扇形角度转换机构包括固定在河岸上的安装支架；扇形板，其通过销轴与所述安装支架配合连接，其圆弧面具有弧形凹槽；以及挡杆，其与扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连。所述拉线式位移传感器与数据处理单元通讯连接，其具有拉线和出线孔，拉线与扇形板靠近浮体门关闭方向的一端固连。所述拨动机构包括用于固定在浮体门上部的固定板；拨杆座；拨杆，拨杆嵌入拨杆座内与拨杆座配合连接；拨杆和挡杆的相对位置关系使拨杆在随浮体门转动时可拨动所述挡杆。
文档编号G01B21/22GK102168416SQ201010621970
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者匡俊, 周伟新, 汪键, 郭建志, 马峥, 马玉顺, 黄国富 申请人:上海市东方海事工程技术有限公司, 中国船舶科学研究中心上海分部