[发明专利]一种储气柜活塞运行状态测量方法

摘要

本发明涉及一种储气柜活塞运行状态测量方法，首先搭建一测量平台，包括位于活塞中部的第一光源、位于储气柜顶中心且水平安装的第一光敏检测板、关于第一光轴圆周均布的多个测量单元，各测量单元结构相同，均分别由共第二光轴设置的第二光源、反射镜和第二光敏检测板构成；然后对搭建的测量平台进行调零，并基于各个第二光敏检测板设定相应的测量点；根据各测量点处光敏检测板上光斑的位置变化计算相应测量点测得的活塞倾斜角度和活塞中心与储气柜中心的水平偏移距离，据此拟合活塞所在平面，根据该平面分别计算活塞的倾斜角度、活塞形变和水平位移。本方法测量精度高、实现成本低、维护简单方便。

主权项

1.一种储气柜活塞运行状态测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在由活塞顶部和储气柜顶之间形成的容纳空间内搭建一测量平台，包括位于活塞中部的第一光源、位于储气柜顶中心且水平安装的第一光敏检测板、关于第一光轴圆周均布的n个测量单元，以及用于测量活塞与储气柜顶之间高差的柜位计；各测量单元结构相同，均分别由共第二光轴设置的第二光源、反射镜和第二光敏检测板构成；其中，所述第二光源位于所述第一光敏检测板周边，所述反射镜位于所述第一光源的周边且与活塞表面呈45°夹角设置，所述第二光敏检测板位于活塞边缘且垂直于活塞设置；设相邻第二光敏检测板所在光轴在活塞平面的投影线之间的夹角为β，设各测量单元内，反射镜与第二光敏检测板之间的沿活塞平面的投影距离为L；各光敏检测板均分别包括信号调理电路、单片机以及由多个对光强敏感的感光元件组成的圆形或方形平面阵列结构；当光束照射在感光元件上时，被照射的感光元件的光强发生变化，光敏元件将光强变化转换为电压变化，通过所述信号调理电路进行电压信号放大处理，最后通过所述单片机检测电压变化得到光斑位置；2)对搭建的测量平台进行调零，具体操作为：确保活塞处于水平状态，且活塞的中心与储气柜中心重合，以此作为活塞的初始状态；分别打开所有光源，将各光源所对应的光敏检测板上的光斑位置作为各光敏检测板的校准位置；以任意一个第二光敏检测板所在光轴在活塞表面的投影线方向作为X轴，通过右手定则建立坐标系XYZ，其中，以活塞中心作为坐标原点以竖直向上作为Z轴正向，将所有第二光敏检测板中心点在坐标系XYZ中的投影点依次记为测量点M₀、M₁、…、M_n‑1；3)对活塞运行状态进行实时测量，具体包括以下步骤：3.1)确定各测量点处活塞的倾斜角度和活塞中心与储气柜中心的水平偏移距离将第一光源、第二光源同时持续开启或周期性同时开启，经第一光敏检测板和相应的第二光敏检测板实时测量光斑位置，并计算光斑实时位置与校准位置的距离差，将第i个测量点处第二光敏检测板上光斑的实时位置较校准位置移动的竖直距离记为h_i、与该竖直距离对应的第一光敏检测板上光斑的实时位置较校准位置移动的水平距离记为l_i，利用柜位计的测量值实时计算储气柜顶中心第二光源与活塞中心相应第二光敏检测板中心之间的高度差为H，并根据三角关系计算第i个测量点和活塞中心的连线与水平面的夹角α_i以及活塞中心与储气柜中心的水平偏移距离m_i，计算公式如下：3.2)通过各测量点位置拟合活塞所在平面根据上述各测量点处的夹角α_i并利用三角函数可得每个测量点在坐标系XYZ中的坐标，表达式如下：M_i(L·cosα_icos(i·β)，L·cosα_isin(i·β)，L·sinα_i)设各测量点拟合的活塞平面在坐标系XYZ中的方程为：z＝a₀x+a₁y+a₂根据最小二乘算法确定上述拟合曲线的系数a₀、a₁、a₂；3.3)由以下公式计算得到拟合的活塞平面与水平面之间的夹角θ，即活塞平面的倾斜角度，为：3.4)计算所有测量点M_i与拟合的活塞平面的距离，记为D_i，公式如下：取其中最大值D_max作为表征活塞形变程度的指标；3.5)计算活塞的水平位移在XY平面坐标系内，设活塞水平移动后活塞中心位置点为A，则点A距离原点O的距离为m，令线段OA与X轴正方向之间的夹角为γ，γ∈[0，2π)，根据三角关系得到：根据最小二乘算法计算可得活塞水平位移m和位移方向角γ。