專(zhuān)利名稱(chēng)：閘門(mén)光纖開(kāi)度儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種準(zhǔn)確檢測(cè)與控制船閘閘門(mén)開(kāi)度運(yùn)行的控制儀。
船閘大壩和發(fā)電廠是組成大型水電站的主要工程，船閘閘門(mén)的準(zhǔn)確，穩(wěn)定與可靠地運(yùn)行對(duì)船運(yùn)暢通至關(guān)重要。目前國(guó)內(nèi)通常采用機(jī)械式或電子式開(kāi)度儀檢測(cè)與控制船閘閘門(mén)的運(yùn)行，其測(cè)量精度低，抗干擾能力弱，可靠性差，特別對(duì)多級(jí)閘門(mén)系統(tǒng)，更無(wú)法滿足精確檢測(cè)與控制的要求。
光纖傳感技術(shù)是七十年代末發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高科技技術(shù)，其精度高、可遠(yuǎn)距離傳輸、不怕腐蝕，不怕電磁干擾，在石油、化工、核工業(yè)等傳統(tǒng)傳感器不能使用的場(chǎng)合已廣泛使用，但至今還未用于船閘閘門(mén)的開(kāi)度檢測(cè)及控制。
本實(shí)用新型的目的旨在將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于船閘閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)及控制中，設(shè)計(jì)一種操作簡(jiǎn)便、顯示直觀、控制可靠、可用于單級(jí)或多級(jí)船閘閘門(mén)的船閘閘門(mén)開(kāi)度儀。
本實(shí)用新型目的實(shí)現(xiàn)方式為，船閘閘門(mén)光纖開(kāi)度儀包括探頭、檢測(cè)繩輪1，測(cè)量鋼絲6，轉(zhuǎn)換及控制單元。測(cè)量鋼絲繞過(guò)檢測(cè)繩輪，一端接閘門(mén)，一端吊平衡錘。光纖傳感單元主要由光纖探頭4，光碼盤(pán)5，耦合磁塊2，檢測(cè)繩輪1構(gòu)成，光纖探頭由入射光纖9，回光光纖12及兩凸透鏡10、11構(gòu)成，凸透鏡焦距6-10mm，間距10-15mm，中間置光碼盤(pán)。光電轉(zhuǎn)換單元光源紅外發(fā)光二極管LED發(fā)出連續(xù)光給光纖探頭，光電二極管PIN將檢測(cè)回光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大器線性放大，二極管D1D2整流，放大器再線性放大，整形后變成電脈沖信號(hào)經(jīng)電纜送給控制單元信號(hào)接口板，信號(hào)接口板對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送入可編程控制器PLC，對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)、處理、運(yùn)算后顯示，同時(shí)輸出模擬電流信號(hào)至后級(jí)控制單元。
下面參照
本實(shí)用新型圖1本實(shí)用新型光纖傳感單元結(jié)構(gòu)示意圖圖2光纖探頭結(jié)構(gòu)示意圖圖3光纖探頭與光碼盤(pán)位置關(guān)系示意圖圖4、5轉(zhuǎn)換單元原理框圖，電原理圖圖6控制單元結(jié)構(gòu)框圖圖7控制單元信號(hào)接口板電原理圖
圖8閘門(mén)開(kāi)度控制系統(tǒng)示意圖本實(shí)用新型光纖探頭有二組，探頭結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖中A.b分別為入射光纖9，回光光纖12，端面a，b分別在凸透鏡10、11的聚焦點(diǎn)附近。光纖采用四芯鎧裝光纜，光纖直徑為62.5um，數(shù)值孔N，A＝0.275，傳輸損耗3db/km。兩凸透鏡間的光碼盤(pán)5為金屬薄盤(pán)，其邊緣開(kāi)有均勻的矩形槽。由入射光纖射入的光經(jīng)凸透鏡聚焦耦合進(jìn)入回光光纖內(nèi)，光碼盤(pán)在二透鏡中間旋轉(zhuǎn)時(shí)，即可調(diào)制回光信號(hào)。
參照?qǐng)D1，當(dāng)船閘閘門(mén)開(kāi)度發(fā)生變化時(shí)，其位移量通過(guò)測(cè)量鋼絲6送給耦合磁塊2，經(jīng)磁力耦合帶動(dòng)光碼盤(pán)5轉(zhuǎn)動(dòng)，圖4中的發(fā)光二極管LED發(fā)出兩組連續(xù)紅外光，通過(guò)光纜分別傳輸至兩個(gè)探頭上。同時(shí)光碼盤(pán)因閘門(mén)變化轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)二個(gè)光纖探頭發(fā)出的紅外光進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的二組光信號(hào)返回光電轉(zhuǎn)換單元。
參照?qǐng)D4，5光電二極管(L2D，L2A)PTN1將兩組光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)并經(jīng)放大器放大，阻抗轉(zhuǎn)換D1，D2，D3，D4，整形后變成電脈沖信號(hào)經(jīng)電纜傳給圖6的控制單元信號(hào)接口板。信號(hào)接口板對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換、相位判別和信頻處理后送至圖8所示的系統(tǒng)可編程控制器的PLC內(nèi)部高速計(jì)數(shù)單元對(duì)脈沖計(jì)數(shù)。PLC之中央處理單元(CPU)承擔(dān)信號(hào)的處理、運(yùn)算及輸入輸出控制工作，鍵盤(pán)用來(lái)設(shè)置左、右側(cè)閘門(mén)開(kāi)度初始值、全關(guān)位值、全開(kāi)位值、糾偏動(dòng)作值、最大偏差值及最大下滑值；繼電器輸出模塊通過(guò)繼電器接點(diǎn)信號(hào)與后級(jí)控制設(shè)備連接；晶體管輸出模塊控制三個(gè)顯示表分別顯示左、右側(cè)閘門(mén)開(kāi)度及偏差值；同時(shí)兩路D/A轉(zhuǎn)換單元分別輸出與左、右側(cè)閘門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的二路4～20mA模擬電流信號(hào)至中央控制室。本開(kāi)度儀的測(cè)量范圍0～19.999m分辨率1mm。
本實(shí)用新型采用兩組光纖探頭，其原因在于不僅要測(cè)閘門(mén)位移變化量，而且要判別閘門(mén)上、下移動(dòng)的方向。當(dāng)兩組探頭與光碼盤(pán)間的位置關(guān)系處于圖3位置時(shí)，A，B探頭均無(wú)光，當(dāng)光碼盤(pán)按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，則依次出現(xiàn)A探頭有光、B探頭無(wú)光，A，B均有光、A無(wú)光、B有光、A，B均無(wú)光。當(dāng)光碼盤(pán)按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，A，B探頭有、無(wú)光順序相反。當(dāng)閘門(mén)位置發(fā)生變化時(shí)，光碼盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，光纖傳感系統(tǒng)按上述方式進(jìn)行有規(guī)律地調(diào)制，從而判向計(jì)數(shù)。
本實(shí)用新型將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于船閘閘門(mén)的開(kāi)度檢測(cè)，擴(kuò)大了檢測(cè)范圍，提高了檢測(cè)精度。全程檢測(cè)范圍高達(dá)20m，而誤差小于4mm，完全可滿足船閘閘門(mén)的開(kāi)度要求。本實(shí)用新型將磁力耦合技術(shù)與光纖傳感技術(shù)相結(jié)合，排除了船閘閘門(mén)周?chē)鷲毫迎h(huán)境對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的影響，確保船閘閘門(mén)長(zhǎng)期穩(wěn)定開(kāi)度。本實(shí)用新型控制單元選用日本三菱公司FX2系統(tǒng)可編程控制器(PLC)，并且PLC與光纖傳感技術(shù)有機(jī)結(jié)合，測(cè)量范圍大，精度高且反應(yīng)靈敏，操作簡(jiǎn)便、顯示直觀、控制可靠、自動(dòng)化程度高。本實(shí)用新型應(yīng)用于湖南五強(qiáng)溪三級(jí)船閘閘門(mén)運(yùn)行8個(gè)月，穩(wěn)定可靠，未出任何故障，確保了船閘順利運(yùn)行。
權(quán)利要求1.閘門(mén)光纖開(kāi)度儀，其特征在于包括光纖探頭、檢測(cè)繩輪1、測(cè)量鋼絲6、光碼盤(pán)5、耦合磁塊2以及轉(zhuǎn)換及控制單元，測(cè)量鋼絲繞過(guò)檢測(cè)繩輪一端接閘門(mén)，一端吊平衡錘，光碼盤(pán)5，耦合磁塊2，檢測(cè)繩輪光纖探頭由入射光纖9，回光光纖12、凸透鏡10、11構(gòu)成，凸透鏡焦距6-10mm，間距10-15mm，中間置光碼盤(pán)5，光電轉(zhuǎn)換單元紅外發(fā)光二極管LED發(fā)出連續(xù)光給光纖探頭，光電二極管PIN將檢測(cè)回光信號(hào)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)放大器線性放大、二極管D1、D2整流，放大器再線性放大變成電脈沖信號(hào)經(jīng)電纜送給控制單元信號(hào)接口板，信號(hào)接口板對(duì)信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后送入可編程控制器PLC，對(duì)脈沖信號(hào)計(jì)數(shù)、處理、運(yùn)算同時(shí)輸出模擬電流信號(hào)至控制單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)度儀，其特征在于光碼盤(pán)5為金屬薄盤(pán)，其邊緣開(kāi)有均勻矩形槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)度儀，其特征在于測(cè)量鋼絲采用非接觸式磁力耦合方式帶動(dòng)光碼盤(pán)5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)度儀，其特征在于可編程控制器PLC控制三個(gè)顯示部份，兩路D/A轉(zhuǎn)換，檢測(cè)單元分別輸出與左、右閘門(mén)開(kāi)度相對(duì)應(yīng)的二路4-20mA模擬電流，測(cè)量范圍0-19.999m，分辨率為1mm。
專(zhuān)利摘要閘門(mén)光纖開(kāi)度儀,包括光纖傳感單元、光電轉(zhuǎn)換單元及控制單元。光纖探頭由入射、回光光纖、兩凸透鏡構(gòu)成。當(dāng)船閘閘門(mén)開(kāi)度發(fā)生變化時(shí),通過(guò)測(cè)量鋼絲將閘門(mén)開(kāi)度變化量送至光纖探頭,光電轉(zhuǎn)換二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),再經(jīng)放大、整流、整形、電平轉(zhuǎn)換、信頻處理后送可編程控制器。本實(shí)用新型將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于船閘閘門(mén)開(kāi)度檢測(cè)與控制,操作方便、顯示直觀、控制可靠、測(cè)量范圍大、精度高。本實(shí)用新型已成功用于湖南沅江五強(qiáng)溪三級(jí)船閘。
文檔編號(hào)G01B11/14GK2283831SQ9720940
公開(kāi)日1998年6月10日 申請(qǐng)日期1997年3月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月6日
發(fā)明者鄧承偉, 陳洪波, 袁宏才, 馮崇清, 胡軍, 姚少?lài)?guó), 干維國(guó) 申請(qǐng)人:武漢工業(yè)大學(xué)