專利名稱：液壓缸狀態(tài)傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種液壓缸狀態(tài)傳感器。特別是涉及測量液壓缸行程及其載荷的傳感器。
背景技術(shù)：
液壓缸狀態(tài)傳感器是近年建筑、橋梁、港口、石化等多種行業(yè)需要將大重量、大面積結(jié)構(gòu)同步提升或下放時(shí)，對同步的要求日益提高的背景下發(fā)展起來的。行程傳感器對大型構(gòu)件提升或下放的同步性能有著很大的影響。
目前的液壓缸狀態(tài)傳感器，雖然在測量精度都比較高，但仍然有不少缺點(diǎn)，下面是對液壓缸之間同步性影響最大的三點(diǎn)1、測量速度相對較慢，實(shí)時(shí)性差；現(xiàn)在的同類傳感器，一部分沒有遠(yuǎn)程通信的能力，另一部分沒有基于實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)，因此其控制的實(shí)時(shí)性差。
2、傳感器之間只能單獨(dú)工作，集群工作能力差；現(xiàn)在的同類傳感器一般基于普通的通信機(jī)制，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)只能當(dāng)成一個(gè)從節(jié)點(diǎn)，因此傳感器之間數(shù)據(jù)交互能力相對較弱。
3、傳統(tǒng)液壓缸的行程傳感器和壓力傳感器是兩個(gè)完全獨(dú)立的單元，并且單元本身的數(shù)據(jù)處理能力較弱，這樣就增加了主控計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量和通信網(wǎng)絡(luò)的載荷，這樣數(shù)據(jù)的時(shí)延較大，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的同步性。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是在保證測量精度的同時(shí)，設(shè)計(jì)一種實(shí)時(shí)性好、集群工作能力強(qiáng)以及具有一定的只身數(shù)據(jù)處理能力的液壓缸狀態(tài)傳感器。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的核心采用了高性能的32位單片機(jī)，其性能是一般8位單片機(jī)的3倍以上，這樣就可以將編碼器和壓力傳感器的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，從而減少了主控計(jì)算機(jī)的運(yùn)算量。
在通信方面，采用CAN總線為其載體，由于CAN是多主式結(jié)構(gòu)，因此傳感器之間直接的數(shù)據(jù)交換非常方便。在信息調(diào)度方面，采用了目前較為先進(jìn)的優(yōu)先級晉升的信息調(diào)度方案，這樣就很好的解決了CAN總線在某些非常時(shí)刻低優(yōu)先級節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)性差的問題。
本實(shí)用新型主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、編碼器和電子控制單元三部分組成，其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由轉(zhuǎn)軸、壓圈、圓盤通過螺栓連接固定；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過連接軸、聯(lián)軸器與編碼器聯(lián)接；編碼器的外殼與傳感器外殼用螺栓連接固緊；傳感器外殼、(液壓缸狀態(tài)傳感器簡稱傳感器)后面板、支架、顯示面板之間用螺栓連接固定。電子控制單元，主要由32位單片機(jī)、CAN通信總線模塊以及A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊三部分和接口一、接口二、接口三組成。其中，32位單片機(jī)是電子控制單元的核心，傳感器的所有數(shù)據(jù)處理都由它完成；包括讀取編碼器和油壓傳感器的原始數(shù)據(jù)，并通過特定的程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)換成液壓缸的行程信號和載荷信息。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要是完成模擬量信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，它可以把油壓傳感器原始的模擬量信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)認(rèn)識的數(shù)字量信號。CAN通信總線模塊可以將單片機(jī)處理好的液壓缸行程和載荷信息轉(zhuǎn)換成CAN總線通信的協(xié)議模式，發(fā)送給其他的傳感器和主控計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型不僅可以測量液壓缸的行程，而且還可以根據(jù)壓力傳感器的原始模擬量計(jì)算出液壓缸當(dāng)前的準(zhǔn)確載荷值。并且將液壓缸的行程以及載荷信號整合到一個(gè)CAN數(shù)據(jù)幀里發(fā)送給主控計(jì)算機(jī)或其他節(jié)點(diǎn)。這樣就可以大大提高了CAN總線的利用率。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)1、具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；2、信息交互能力強(qiáng)；3、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)好；4、功能集成度高；5、本實(shí)用新型可單獨(dú)工作，還可多個(gè)傳感器共同工作。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型的顯示面板示意圖。
圖3為本實(shí)用新型的電子控制單元結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標(biāo)號說明1-電子控制單元； 101-接口一；102-接口二； 103-接口三；104-A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊； 105-32位單片機(jī)；
106-CAN通信總線模塊；2-編碼器；3-傳感器外殼； 4-后面板；5-圓盤； 6-壓圈；7-鋼絲繩； 8-小軸承套；9-轉(zhuǎn)軸； 10-連接軸；11-聯(lián)軸器； 12-彈簧擋板；13-扭力彈簧；14-大軸承套；15-支架；16-拉條塊；17-顯示面板；18-顯示界面；19-電源接口；20-油壓信號接口；21-一號通信接口；22-二號通信接口。
具體實(shí)施方式
結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。清參閱附圖1、2、3所示本實(shí)用新型由電子控制單元1、編碼器2、傳感器外殼3、后面板4、圓盤5、壓圈6、鋼絲繩7、小軸承套8、轉(zhuǎn)軸9、連接軸10、聯(lián)軸器11、彈簧擋板12、扭力彈簧13、大軸承套14、支架15、拉條塊16、顯示面板17組成。其中，轉(zhuǎn)軸9、壓圈6、圓盤5通過螺栓連接固定，組成一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過連接軸10、聯(lián)軸器11與編碼器2聯(lián)接。編碼器2的外殼與傳感器外殼3通過螺栓固定。傳感器外殼3、后面板4、支架15、顯示面板17之間也通過螺栓固定。其中拉條塊16固定在液壓缸活塞桿上(圖中未示)，液壓缸狀態(tài)傳感器通過支架15固定在液壓缸上。
鋼絲繩7的一端與圓盤5相連，另一端與拉條塊16相連，當(dāng)拉條塊16移動時(shí)，就會帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動，圓盤5、壓圈6、轉(zhuǎn)軸9、連接軸10聯(lián)軸器11之間不存在相對移動關(guān)系，所以，拉條塊16的移動距離與編碼器的旋轉(zhuǎn)角度成線性關(guān)系。
扭力彈簧13的一端與轉(zhuǎn)軸9相連，另一端與后面板4相連。所以，當(dāng)拉條塊16帶動旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時(shí)，扭力彈簧13就產(chǎn)生一個(gè)與其反向的力。因此外力帶動拉條塊16將鋼絲繩7拉出，而扭力彈簧13就與外力產(chǎn)生相反的力。這樣在工作時(shí)，鋼絲繩7始終都處于在張緊的狀態(tài)。
本實(shí)用新型的電子控制單元1，主要由32位單片機(jī)106，CAN通信總線模塊105以及A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊104三部分和接口一、接口二、接口三組成。其中，32位單片機(jī)106是電子控制單元1的核心，傳感器的所有數(shù)據(jù)處理都由它完成；包括讀取編碼器和油壓傳感器的原始數(shù)據(jù)，并通過特定的程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)換成液壓缸的行程信號和載荷信息。A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊主要是完成模擬量信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)變，它可以把油壓傳感器原始的模擬量信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)認(rèn)識的數(shù)字量信號。CAN通信總線模塊可以將單片機(jī)處理好的液壓缸行程和載荷信息轉(zhuǎn)換成CAN總線通信的協(xié)議模式，發(fā)送給其他的傳感器和主控計(jì)算機(jī)。
電子控制單元1通過接口一101、接口二102和接口三103來實(shí)現(xiàn)與外界的數(shù)據(jù)交換和采集。其中接口一101與油壓信號接口20相連，油壓信號接口20再與油壓傳感器的信號線相連。油壓信號通過接口一被采集到電子控制單元后，通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將油壓傳感器的模擬量信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后送給32位單片機(jī)104。接口二102與編碼器2相連，將編碼器的數(shù)值編碼信號傳給32位單片機(jī)。接口三103與一號通信接口21以及二號通信接口22相連，通過一號通信接口21、二號通信接口22再與其他的傳感器或主控計(jì)算機(jī)相連。本實(shí)用新型單獨(dú)工作時(shí)，一號通信接口21與主控計(jì)算機(jī)相連，傳感器實(shí)時(shí)的將當(dāng)前的載荷和行程信號傳給主控計(jì)算機(jī)。
本實(shí)用新型也可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器共同工作，通過二號通信接口22可以將數(shù)個(gè)傳感器相連，傳感器之間通過CAN總線協(xié)議信號進(jìn)行通信。每個(gè)傳感器都有特定的編號，其編號體現(xiàn)在CAN總線協(xié)議的節(jié)點(diǎn)ID號上。多個(gè)傳感器共同工作時(shí)，其中有編號最小傳感器自動成為主傳感器，它會在幾毫秒的時(shí)間內(nèi)算出與其它傳感器的行程差和載荷差，并把行程差、載荷差與其本身的行程信息和載荷信息，傳給主控計(jì)算機(jī)。
權(quán)利要求1.一種液壓缸狀態(tài)傳感器，包含編碼器、單片機(jī)、鋼絲繩、扭力彈簧，其特征在于所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，主要由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、編碼器、電子控制單元組成，其中，旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)軸、壓圈、圓盤通過螺栓連接固定；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過連接軸、聯(lián)軸器與編碼器聯(lián)接；編碼器的外殼與傳感器外殼用螺栓連接固定；傳感器外殼、后面板、支架、顯示面板之間用螺栓連接固定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于所述的電子控制單元，主要由電子控制單元的核心32位單片機(jī)、CAN通信總線模塊和A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊三部分和接口一、接口二、接口三組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于電子控制單元通過接口一、接口二、接口三與外界的數(shù)據(jù)交換和采集，其中，接口一與油壓信號接口相連，油壓信號接口再與油壓傳感器的信號線相連；接口二與編碼器相連，將編碼器的數(shù)值編碼信號傳給32位單片機(jī)；接口三與一號通信接口和二號通信接口相連，通過二個(gè)通信接口再與其他的傳感器或主控計(jì)算機(jī)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于液壓缸狀態(tài)傳感器單獨(dú)工作時(shí)，通過一號通信接口與主控計(jì)算機(jī)相連，傳感器實(shí)時(shí)的將當(dāng)前的載荷和行程信號傳給主控計(jì)算機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于液壓缸狀態(tài)傳感器，還可多個(gè)傳感器共同工作，通過二號通信接口可將數(shù)個(gè)傳感器相連，傳感器之間通過CAN通信總線模塊信號進(jìn)行通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于所述的鋼絲繩，其一端與圓盤相連，另一端與拉條塊相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓缸狀態(tài)傳感器，其特征在于所述的扭力彈簧，其一端與轉(zhuǎn)軸相連，另一端與后面板相連。
專利摘要一種液壓缸狀態(tài)傳感器是測量液壓缸行程并計(jì)算當(dāng)前載荷的傳感器，由機(jī)械旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、編碼器和電子控制單元組成。液壓缸動作時(shí)帶動傳感器的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，進(jìn)而帶動編碼器；電子控制單元讀取編碼器的編碼和液壓傳感器的模擬量，通過一定的關(guān)系式得出液壓缸的當(dāng)前行程以及當(dāng)前所受的載荷大小。電子控制單元還可以智能的將液壓缸的行程和載荷信號、通過實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)傳送給其他電子單元及主控計(jì)算機(jī)。本實(shí)用新型是一種測量液壓缸行程及其載荷的傳感器，適用于測量液壓缸的當(dāng)前行程及載荷值。本實(shí)用新型可以單獨(dú)工作，也可以將其聯(lián)成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)傳感器共同工作。
文檔編號F15B15/00GK2791606SQ200520039149
公開日2006年6月28日 申請日期2005年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者卞永明, 秦利升, 周賢周 申請人:同濟(jì)大學(xué)