[发明专利]一种弧形闸门开度检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及闸门开度检测领域，特别是一种弧形闸门开度检测装置及方法。

背景技术

弧形闸门开度测量方法目前最广泛采用的主要有如下这些技术方案：

1、对于液压式弧形闸门，通过拉绳式位移传感器测量出驱动闸门开启、关闭的液压油缸活塞的位移，通过活塞位移间接换算弧门开度。该传感器本体安装在弧门液压油缸缸体上面，从传感器内拉出一根细钢丝绳，该钢丝绳拉出的一端固定在油缸活塞远端跟闸门铰接处附近，随着活塞的伸出和缩回，钢丝绳亦跟着被拉出和收回，钢丝绳拉出依靠活塞拉动，收回依靠传感器内部的涡卷弹簧的弹力，这个原理有些类似我们日常使用的能自动收回的钢卷尺。在传感器内部，钢丝绳盘绕在一个轮毂上，在钢丝绳拉出、收回的过程中，轮毂会跟着旋转，与轮毂同轴安装有一个绝对型编码器（过去也常用价格低廉的增量型编码器），该编码器用以检测轮毂的角位移，这个角位移信号一般通过RS422(SSI协议)接口、RS485（Modbus、Profibus等协议）接口、4-20mA电流环等方式传输至相应弧门电气控制柜中的PLC（可编程控制器）或开度检测仪表，由于传感器内轮毂角的位移和钢丝绳的线位移是线性对应关系，因此可通过简单的线性变换计算出钢丝绳的线位移也就是油缸活塞的位移，然后通过油缸活塞位移间接计算出闸门的开度。该技术虽使用普遍，但缺点明显，主要表现在：1）暴雨洪水季节，闸门上游水位较高，一些树枝、树根、杂草等各类漂浮物汇集在闸门上游的边沿，在风或浪的作用下经常会翻过闸门直接砸到下面的传感器钢丝绳上，造成钢丝绳被砸断导致开度测量失效，上游掉下来的杂物或由于下游水位过高漂浮过来的杂物也有可能会缠绕或悬挂在钢丝绳上对钢丝绳造成额外的扰动，给开度测量带来巨大偏差；2）钢丝绳在收回过程中一圈一圈有序的缠绕在轮毂上面，有时会出现叠绕的情况，这样会造成很大的测量偏差。3）传感器内部的涡卷弹簧时间久了可能会生锈或机械失效，会造成钢丝绳不能很好绷紧或正常收回、甚至被油缸活塞拉断。4）由于传感器是户外安装，如果防水做的不好，在大雨天气，雨水很容易通过传感器内编码器的转轴处进入编码器内部导致编码器损坏。5）活塞位移和闸门开度并非一个简单的数学关系，是一个比较复杂的函数关系，该函数的计算涉及到诸多闸门自身的机械尺寸和安装位置数据，在现场实际应用中，尤其对于后期装备的开度测量装置，这些数据往往难以准确获得，这给弧门开度计算带来很多困难，为了克服这个问题，实际应用中多是采取开度多点取样线性逼近的方法拟合实际开度函数曲线计算开度，但这样不仅会有较大的计算误差，而且调试标定非常麻烦，一般至少需要取样10个以上的开度点，每个取样点都需要用其他方法测量一次实际开度，作为开度标定的基础数据也需要保证一定的测量精度。

2、对于液压式弧形闸门，另外一种常用开度检测方法是测量油缸活塞位移间接换算开度，只不过所用位移传感器（如：磁致伸缩位移传感器）是安装在油缸内部。这种方案虽然没有上述拉绳式位移传感器的一些缺点，但它也有自身的缺点：1）由于位移传感器内置，这就需要位移传感器在油缸出厂前就在油缸内部安装就位，现场使用过程中位移传感器一旦出现故障，维修或更换将会及其困难，有时甚至需要拆下整个油缸返厂维修，而且维修周期长、代价大。2）活塞位移和闸门开度并非一个简单的数学关系，是一个比较复杂的函数关系，该函数的计算涉及到诸多闸门自身的机械尺寸和安装位置数据，在现场实际应用中，尤其对于后期装备的开度测量装置，这些数据往往难以准确获得，这给弧门开度计算带来很多困难，为了克服这个问题，实际应用中多是采取开度多点取样线性逼近的方法拟合实际开度函数曲线计算开度，但这样不仅会有较大的计算误差，而且调试标定非常麻烦，一般至少需要取样10个以上的开度点，每个取样点都需要用其他方法测量一次实际开度，作为开度标定的基础数据也需要保证一定的测量精度。