一种双吊具桥吊摆角测量装置及其方法

摘要

本发明公开了一种双吊具桥吊摆角测量方法，包含以下步骤：初始设定摆角测量装置；当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，吊绳的摆动带动每一测量单元的轻质摆架发生摆动，从而带动电阻式液位传感器转动，电阻式液位传感器的转动产生对应角度的电压值；信号处理模块接收对应信号采集模块发送的电压值进行处理，并将处理结果传输至数据计算处理模块；数据计算处理模块根据电压值计算出其对应的摆角信息。本发明还公开了一种双吊具桥吊摆角测量装置。本发明装置结构简单，成本较低，测量效率高，准确率高，抗干扰能力强，受天气及周围环境的影响小。

权利要求

1.一种双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在双吊具桥吊的小车机构上，所述小车机构设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机包含一转轴，每一起升电机的转轴通过一吊绳连接一吊具，其特征在于，该摆角测量装置包含：一对信号处理模块，对称设置在所述小车机构的顶部；

一对信号采集模块，对称设置在所述小车机构的底部，每一所述信号采集模块与对应的信号处理模块连接；

一数据计算处理模块，设置在桥吊驾驶室内，分别与一对信号处理模块连接；

一用于显示摆角信息的显示模块，设置在桥吊驾驶室内，与所述数据计算处理模块连接；其中每一吊绳穿过对应的信号采集模块与所述吊具连接；

所述的信号采集模块包含一对测量单元，所述一对测量单元分别用于检测x方向及y方向的摆动角度；其中每一测量单元包含：轻质摆架，所述轻质摆架呈半圆形，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳穿过该开缝；

电阻式液位传感器，与所述轻质摆架的一端连接，其信号输出端与对应的信号处理模块的前置放大电路连接；

第一连接组件，与所述电阻式液位传感器滑动连接，另一端与小车机构的底部连接；

第二连接组件，与所述轻质摆架滑动连接，另一端与小车机构的底部连接；所述电阻式液位传感器与所述轻质摆架连接成一体，当所述吊绳摆动时，带动所述轻质摆架运动，从而使电阻式液位传感器相对于小车机构摆动。

2.如权利要求1所述的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述的数据计算处理模块进一步与桥吊防摇控制系统连接。

3.如权利要求1所述的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述的信号处理模块包含前置放大电路，其输入端与对应的所述信号采集模块的信号输出端连接；

滤波器，其输入端与所述前置放大电路的输出端连接；

模数转换器，其输入端与所述滤波器的输出端连接，输出端连接所述数据计算处理模块。

4.如权利要求1所述的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述的轻质摆架的表面光滑无糙面。

5.如权利要求1所述的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述的信号采集模块中包含两个轻质摆架的半径不同，其中半径大的轻质摆架设置在半径小的轻质摆架的下方，二者相互垂直且相切。

6.如权利要求1所述的双吊具桥吊摆角测量装置，其特征在于，所述的电阻式液位传感器包含：箱体，所述箱体与所述轻质摆架刚性连接；

设置在箱体内的第一电极、第二电极及公共电极；

箱体内注有导电液；

桥式电路，分别与第一电极、第二电极、公共电极及对应的信号处理模块的前置放大电路连接；其中第一电极与第二电极相对设置，且与所述轻质摆架的运动方向相垂直；

公共电极与所述轻质摆架的运动方向相平行，设置在所述箱体的底部。

7.一种双吊具桥吊摆角测量方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、初始设定摆角测量装置；

S2、当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，吊绳的摆动带动每一测量单元的轻质摆架发生摆动，从而带动电阻式液位传感器转动，电阻式液位传感器的转动产生对应角度的电压值；

S3、信号处理模块接收对应信号采集模块发送的电压值进行处理，并将处理结果传输至数据计算处理模块；

S4、数据计算处理模块根据电压值计算出其对应的摆角信息。

8.如权利要求7所述的双吊具桥吊摆角测量方法，其特征在于，所述的步骤S1包含如下步骤：S1.1、吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；

S1.2、固定电阻式液位传感器的位置，使得桥式电路输出的电压为零，将该静止状态作为初始参照状态；

S1.3、重复步骤S1.1～S1.2，调整其他电阻式液位传感器的位置，完成摆角测量装置的初始设定。

9.如权利要求7所述的双吊具桥吊摆角测量方法，其特征在于，进一步包含步骤S5；

S5、数据计算处理模块将摆角信息发送至位于桥吊驾驶室显示模块，以供桥吊驾驶员参考，将摆角信息发送至桥吊防摇控制系统，以提供反馈信息。

说明书

一种双吊具桥吊摆角测量装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桥吊摆角测量技术领域，具体涉及一种双吊具桥吊摆角测量装置及其方法。

背景技术

[0002] 随着集装箱运输的发展和港口建设规模的扩大，为了提高集装箱的船舶装卸速度，集装箱桥吊双箱吊具的使用越来越广泛。能更好地控制桥吊下双吊具及负载的摆动，使得卡车准确对位成为制约提高集装箱装卸率的关键。

[0003] 双吊具桥吊车装卸集装箱过程中，由于惯性、摩擦力等因素引起负载摆动。不仅大大降低装卸效率，还可能导致财务损失甚至人员伤亡。同时双吊具具有结构复杂，工作方式多样的特性，给摆角测量带来极大困难。因此设计一种简单有效的摆角测量装置十分必要。

[0004] 现有技术中的摆角测量装置多针对单吊具桥吊，且这些测量装置多采用复杂的仪器，维护不方便。例如基于光电效应的一类摆角测量装置受天气影响大，基于电磁原理的一类摆角测量装置对周围电磁环境要求极高等。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种双吊具桥吊摆角测量装置及其方法，装置结构简单，成本较低，测量效率高，准确率高，抗干扰能力强，受天气及周围环境的影响小。

[0006] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在双吊具桥吊的小车机构上，所述小车机构设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机，每一起升电机包含一转轴，每一起升电机的转轴通过一吊绳连接一吊具，其特点是，该摆角测量装置包含：

[0007] 一对信号处理模块，对称设置在所述小车机构的顶部；

[0008] 一对信号采集模块，对称设置在所述小车机构的底部，每一所述信号采集模块与对应的信号处理模块连接；

[0009] 一数据计算处理模块，设置在桥吊驾驶室内，分别与一对信号处理模块连接；

[0010] 一用于显示摆角信息的显示模块，设置在桥吊驾驶室内，与所述数据计算处理模块；其中

[0011] 每一吊绳穿过对应的信号采集模块与所述吊具连接。

[0012] 所述的数据计算处理模块进一步与桥吊防摇控制系统连接。

[0013] 所述的信号处理模块包含前置放大电路，其输入端与对应的所述信号采集模块的信号输出端连接；

[0014] 滤波器，其输入端与所述前置放大电路的输出端连接；

[0015] 模数转换器，其输入端与所述滤波器的输出端连接，输出端连接所述数据计算处理模块。

[0016] 所述的信号采集模块包含一对测量单元，所述一对测量单元分别用于检测x方向及y方向的摆动角度；其中每一测量单元包含：

[0017] 轻质摆架，所述轻质摆架呈半圆形，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳穿过该开缝；

[0018] 电阻式液位传感器，与所述轻质摆架的一端连接，其信号输出端与对应的信号处理模块的前置放大电路连接；

[0019] 第一连接组件，与所述电阻式液位传感器滑动连接，另一端与小车机构的底部连接；

[0020] 第二连接组件，与所述轻质摆架滑动连接，另一端与小车机构的底部连接；所述电阻式液位传感器与所述轻质摆架连接成一体，当所述吊绳摆动时，带动所述轻质摆架运动，从而使电阻式液位传感器相对于小车机构摆动。

[0021] 所述的轻质摆架的表面光滑无糙面。

[0022] 所述的信号采集模块中包含两个轻质摆架的半径不同，其中半径大的轻质摆架设置在半径小的轻质摆架的下方，二者相互垂直且相切。

[0023] 所述的电阻式液位传感器包含：

[0024] 箱体，所述箱体与所述轻质摆架刚性连接；

[0025] 设置在箱体内的第一电极、第二电极及公共电极；

[0026] 箱体内注有导电液；

[0027] 桥式电路，分别与第一电极、第二电极、公共电极及对应的信号处理模块的前置放大电路连接；其中

[0028] 第一电极与第二电极相对设置，且与所述轻质摆架的运动方向相垂直；

[0029] 公共电极与所述轻质摆架的运动方向相平行，设置在所述箱体的底部。

[0030] 一种双吊具桥吊摆角测量方法，其特点是，包含以下步骤：

[0031] S1、初始设定摆角测量装置；

[0032] S2、当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，吊绳的摆动带动每一测量单元的轻质摆架发生摆动，从而带动电阻式液位传感器转动，电阻式液位传感器的转动产生对应角度的电压值；

[0033] S3、信号处理模块接收对应信号采集模块发送的电压值进行处理，并将处理结果传输至数据计算处理模块；

[0034] S4、数据计算处理模块根据电压值计算出其对应的摆角信息。

[0035] 所述的步骤S1包含如下步骤：

[0036] S1.1、吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；

[0037] S1.2、固定电阻式液位传感器的位置，使得桥式电路输出的电压为零，将该静止状态作为初始参照状态；

[0038] S1.3、重复步骤S1.1～S1.2，调整其他电阻式液位传感器的位置，完成摆角测量装置的初始设定。

[0039] 所述的双吊具桥吊摆角测量方法还包含步骤S5；

[0040] S5、数据计算处理模块将摆角信息发送至位于桥吊驾驶室显示模块，以供桥吊驾驶员参考，将摆角信息发送至桥吊防摇控制系统，以提供反馈信息。

[0041] 本发明一种双吊具桥吊摆角测量装置及其方法与现有技术相比具有以下优点：采用电阻式液位摆角传感器进行摆角测量，利用电阻值随等效电阻率，等效绳长，等效面积变化改变的原理实现，电阻值大小随着电阻传感器内导电液倾斜而发生变化，将电阻式液位传感器置于反映吊具摆角的轻质摆架上，并将电阻的变化值利用桥式电路的电压差表示出来，经信号处理模块处理，最后由数据计算处理模块计算得到吊具摆角，装置结构简单，元器件成本低；方法简便，测量效率高，准确率高；采用密封电阻结构，抗干扰能力强，受天气及周围环境的影响小。

附图说明

[0042] 图1为本发明一种双吊具桥吊摆角测量装置的整体结构示意图；

[0043] 图2为信号处理模块的示意图；

[0044] 图3为信号采集模块的示意图；

[0045] 图4为测量单元的示意图；

[0046] 图5为电阻式液位传感器的示意图；

[0047] 图6为桥式电路的示意图；

[0048] 图7为本发明一种双吊具桥吊摆角测量方法的流程图；

[0049] 图8为摆角关系空间示意图；

[0050] 图9为角度合成示意图。

具体实施方式

[0051] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

[0052] 如图1所示，一种双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在双吊具桥吊的小车机构100上，所述小车机构100设置在大车机构200上，所述大车机构200上设有桥吊驾驶室201，所述小车机构100上设有一对起升电机101，每一起升电机101包含一转轴1011，每一起升电机101的转轴1011通过过一吊绳300连接一吊具400，吊具400用于起吊集装箱，两个吊具400可以同时工作，也可以独立工作，小车机构100与大车机构200之间设置小车驱动102，为小车机构100提供动力，大车机构200也包含一大车驱动202，为大车机构200提供动力。

[0053] 如图1所示，摆角测量装置包含：一对信号处理模块601，对称设置在所述小车机构100的顶部；一对信号采集模块602，对称设置在所述小车机构100的底部，每一所述信号采集模块602与对应的信号处理模块601连接；一数据计算处理模块603，设置在桥吊驾驶室
201内，分别与一对信号处理模块601连接；一用于显示摆角信息的显示模块604，设置在桥吊驾驶室201内，与所述数据计算处理模块603；其中每一吊绳300穿过对应的信号采集模块
602与所述吊具400连接；所述的数据计算处理模块603进一步与桥吊防摇控制系统700连接，在本发明的较佳实施例中，数据计算处理模块603及显示模块604为一体式结构，可采用一计算机。

[0054] 如图2所示，所述的信号处理模块601可同时处理两路信号，包含前置放大电路6011，由电子管组成，将信号进行放大，其输入端与对应的所述信号采集模块602的信号输出端连接；滤波器6012，由电感器和电容器构成的网路，对信号进行滤波，其输入端与所述前置放大电路6011的输出端连接；模数转换器6013，由半导体分立元件制成，把经过与标准量(或参考量)比较处理后的模拟量转换成以二进制数值，其输入端与所述滤波器6012的输出端连接，输出端连接所述数据计算处理模块603。

[0055] 如图3及图4所示，所述的信号采集模块602包含一对测量单元，所述一对测量单元分别用于检测x方向及y方向的摆动角度；其中每一测量单元包含：轻质摆架6021，所述轻质摆架6021呈半圆形，且表面光滑无糙面，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳300穿过该开缝；电阻式液位传感器6022，与所述轻质摆架6021的一端连接，其信号输出端与对应的信号处理模块601的前置放大电路6011连接；第一连接组件，与所述电阻式液位传感器6022滑动连接，另一端与小车机构100的底部连接；第二连接组件，与所述轻质摆架6021滑动连接，另一端与小车机构100的底部连接；所述电阻式液位传感器6022与所述轻质摆架6021连接成一体，当所述吊绳300摆动时，带动所述轻质摆架6021运动，从而使电阻式液位传感器6022相对于小车机构100摆动。

[0056] 如图3所示，信号采集模块602中包含两个轻质摆架6021的半径不同，其中半径大的轻质摆架6021设置在半径小的轻质摆架6021的下方，二者相互垂直且相切。

[0057] 如图2、图4、图5及图6所示，所述的电阻式液位传感器6022包含：箱体60221，所述箱体60221与所述轻质摆架6021刚性连接；设置在箱体60221内的第一电极60222、第二电极60223及公共电极60224；箱体60221内注有导电液60225，较佳地采用3.5mol/L浓度的KCL盐液，导电液60225并未完全充满整个箱体60221，留有一定空间，便于导电液60225流动；桥式电路60226，分别与第一电极60222、第二电极60223、公共电极60224及对应的信号处理模块
601的前置放大电路6011连接；其中第一电极60222与第二电极60223相对设置，且与所述轻质摆架6021的运动方向相垂直，第一电极60222与第二电极60223附盖在箱体60221两侧面内部，呈长方形；公共电极60224与所述轻质摆架6021的运动方向相平行，设置在所述箱体
60221的底部，第一电极60222、第二电极60223及公共电极60224分别通过导线引出与外界连接形成桥式电路，当轻质摆架6021摆动时引起箱体60221内导电液60225倾斜，会使得在导电液60225与第一电极60222及第二电极60223接触面积变化。

[0058] 具体地，参照图4所示，第一连接组件包含一轻质圆柱体60231与所述电阻式液位传感器6022的箱体60221刚性连接，一U形架60232，两端焊接在小车机构100的底部，轻质圆柱体60231的直径与所述U形架60232凹处相适配，使得轻质圆柱体60231在U形架60232中无摩擦转动；第二连接组件包含一轻质矩形块60241，与所述轻质轻质摆架6021刚性连接，一轻质圆柱体60242，与所述轻质矩形块60241刚性连接，一U形架60243，两端焊接在小车机构100的底部，轻质圆柱体60242的直径与所述U形架60243凹处相适配，使得轻质圆柱体60242在U形架60243中无摩擦转动。吊绳300依次穿过两个轻质摆架6021的光滑开缝，这样吊绳
300的摆动就会带动两个轻质摆架6021转动，而轻质摆架6021的转动会带动电阻式液位传感器6022绕U形架转动，电阻式液位传感器6022中的导电液60225改变，第一电极60222与公共极60224之间的电阻改变，第二电极60223与公共极60224之间的电阻改变。

[0059] 如图5及图6所示，第一电极60222与公共极60224之间的电阻为R1，第二电极60223与公共极60224之间的电阻为R2，R1及R2的电阻值与导电液60225的电阻率ρ，电极间所形成的液体电阻等效面积Sx、等效导电距离Lx有关，即 图6中还包含两个固定电阻R0、电源及电压表 通过电压表检测桥式电路60226电压变化，输出ΔU至信号处理模块601。

[0060] 如图7，结合图8及图9所示，一种双吊具桥吊摆角测量方法，包含以下步骤：

[0061] S1、初始设定摆角测量装置。

[0062] S1.1、吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；

[0063] S1.2、固定电阻式液位传感器的位置，使得桥式电路输出的电压为零，将该静止状态作为初始参照状态，即此时的电阻式液位传感器保持水平位置，此时箱体内导电液水平，R1＝R2；

[0064] S1.3、重复步骤S1.1～S1.2，调整其他电阻式液位传感器的位置，完成摆角测量装置的初始设定。

[0065] 水平时左右R1＝R2,一旦电阻式液位传感器倾斜，由于导电液在电极上覆盖面积发生变化，电阻等效面积Sx和电阻等效长度Lx发生变化，此时R1≠R2，电桥失去平衡，如图6所示，有ΔU输出。

[0066] S2、当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运动，吊绳的摆动带动每一测量单元的轻质摆架发生摆动，从而带动电阻式液位传感器转动，电阻式液位传感器的转动产生对应角度的电压值。

[0067] 电阻式液位传感器的电桥输出电压由公式决定， 式中，R为固定电阻R0阻值，R1为第一电极与公共极之间的电阻，R2为第二电极与公共极之间的电阻。平衡状态下R1＝R2，电桥两端输出电压ΔU＝0。当吊绳摆动时，电桥失去平衡，例如，当吊绳向x正轴摆动时，第二电极接触面增大，第一电极接触面减小，R2>R1，桥式电路两端电压ΔU为负，倾角越大，R2与R1差值越大，输出电压ΔU绝对值越大。同理，当吊绳向X负轴摆动时，第一电极接触面增大，第二电极接触面减小，R1>R2，桥式电路两端电压为正，倾角越大，R1与R2差值越大，输出电压ΔU越大。

[0068] S3、信号处理模块接收对应信号采集模块发送的电压值进行处理，并将处理结果传输至数据计算处理模块。

[0069] 反映摆角信息的电压值实时地传送到信号处理模块，如图2所示，经过前置放大电路、滤波器、模数转换器处理后，送至数据计算处理模块进行分析计算。

[0070] S4、数据计算处理模块根据电压值计算出其对应的摆角信息。

[0071] 数据计算处理模块获得吊绳在x和y两个方向投影以及角度θx和θy。再根据相应的角度计算公式 就可以得到吊绳在三维空间的摆角θ。

[0072] S5、数据计算处理模块将摆角信息发送至位于桥吊驾驶室显示模块，以供桥吊驾驶员参考，将摆角信息发送至桥吊防摇控制系统，以提供反馈信息。

[0073] 当两个吊具工作在互锁模式时，得到的两个摆角值理论上应该相同；如果不同，那么将互相作为对照进行摆角的修订，此工作在数据计算处理模块中进行。当两个吊具工作在独立模式下时，两个吊具的摆角互不影响，分别得到两个角度。

[0074] 尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。