專利名稱：基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及設(shè)備(裝備)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
煤氣柜是大、中型鋼鐵企業(yè)常用的設(shè)施，由于煤氣柜安全性要求極高，對其進(jìn)行安全監(jiān)測是十分必要的。通過對煤氣柜監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，可以了解煤氣柜在過去和現(xiàn)在的工作狀況，預(yù)測其未來的狀況，而煤氣柜活塞傾斜度是一個重要的監(jiān)測參量?；钊麅A斜度是判斷煤氣柜安全性最為重要的技術(shù)參數(shù)，是煤氣柜檢定、危柜改造和新柜驗(yàn)收的重要指標(biāo)。如果活塞傾斜度超過了規(guī)定的設(shè)計(jì)限度，煤氣柜密封皮囊隨時(shí)有被撕裂的危險(xiǎn)，引起煤氣泄漏，造成重大的安全事故。因此，對煤氣柜活塞傾斜度的測量是相當(dāng)必要的。近年來測量煤氣柜活塞傾斜度的方法并不多，如對設(shè)置在活塞上的環(huán)形水管進(jìn)行目測、利用液位變送計(jì)在線監(jiān)測、利用光纖柜位儀在線監(jiān)測。上述方法中，對設(shè)置在活塞上的環(huán)形水管進(jìn)行目測是傳統(tǒng)的方式，在活塞上固定連通水管，再在水管上若干位置布置連通的豎直水管，通過人工定期測量豎直水管中水位的高度確定被測對象的水平和傾斜情況，這種方式實(shí)時(shí)性差、精確度低、不能確定最大傾斜度和全方位的傾斜信息；利用液位變送計(jì)在線監(jiān)測，雖然實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但仍然是監(jiān)測水柱液位(屬于間接監(jiān)測)，抗擾性差、精確度低并且不能確定最大傾斜度和全方位的傾斜信息；利用光纖柜位儀監(jiān)測，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但同樣是間接監(jiān)測，精確度低并且無法獲得最大傾斜度值和全方位的傾斜信息。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，其測點(diǎn)少、成本低、安裝容易，且計(jì)算傾角、相位和高差準(zhǔn)確度高，可以獲得最大傾斜度值和全方位的傾斜信息。一種基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，包括角度傳感器、 RS485轉(zhuǎn)RS232單元、計(jì)算機(jī)及電源，其中所述角度傳感器為雙軸傾角傳感器，布設(shè)在煤氣柜活塞大壩上任意點(diǎn)，所述雙軸傾角傳感器通過通信線纜與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元連接， 所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元采用串口方式與計(jì)算機(jī)連接，所述電源與所述雙軸傾角傳感器連接。進(jìn)一步的,所述雙軸傾角傳感器包括依次連接的3D-MEMS傾角傳感器芯片、傾角采集模塊及串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，傾角采集模塊用于將3D-MEMS傾角傳感器芯片感應(yīng)的傾角數(shù)據(jù)傳送給串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊用于將傾角數(shù)據(jù)以串行模式發(fā)送給 RS485 轉(zhuǎn) RS232 單元。進(jìn)一步的，所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元采用帶有串口的通用轉(zhuǎn)換模塊。進(jìn)一步的,所述計(jì)算機(jī)包括信號采集單元、傾角計(jì)算單元、相位計(jì)算單元、絕對高差計(jì)算單元；信號采集單元的輸入端與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元的輸出端連接，信號采集單元的輸出端分別與傾角計(jì)算單元、相位計(jì)算單元、絕對高差計(jì)算單元的輸入端連接。本實(shí)用新型基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)采用高精度的雙軸傾角傳感器監(jiān)測活塞傾斜度，不需要人工參與，并且能實(shí)時(shí)獲得活塞的最大傾斜度和重點(diǎn)位置的傾斜信息，另外其測點(diǎn)少、成本低、安裝容易，且計(jì)算傾角、相位和高差準(zhǔn)確等特點(diǎn)決定了其廣闊的前景和實(shí)用價(jià)值。

圖I是本實(shí)用新型基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)的電路框圖，包括雙軸傾角傳感器10和電源40 ；圖2是圖I中雙軸傾角傳感器10與電源40的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是雙軸傾角傳感器10的安裝示意圖；圖4是使用本實(shí)用新型對煤氣柜活塞相關(guān)監(jiān)測參數(shù)的空間解析示意圖。圖中1_煤氣柜活塞，10-雙軸傾角傳感器，11-3D-MEMS傾角傳感器芯片，12-傾角采集模塊，13-串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，20-RS485轉(zhuǎn)RS232單元，30-計(jì)算機(jī)單元，40-電源模塊。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合本實(shí)用新型中的附圖，對本實(shí)用新型中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。圖I所示為本實(shí)用新型基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)的電路框圖，所述基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)包括雙軸傾角傳感器10、RS485轉(zhuǎn)RS232單元20、計(jì)算機(jī)30及電源40，所述雙軸傾角傳感器10通過通信線纜與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元20連接，所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元20采用串口方式與計(jì)算機(jī) 30連接，所述電源40與所述雙軸傾角傳感器10連接，用于給雙軸傾角傳感器10的工作提供電源，所述電源40可采用市場通用的220v交流轉(zhuǎn)24v直流防爆電源實(shí)現(xiàn)，提供恒壓24V 直流電。請進(jìn)一步參考圖2，所述雙軸傾角傳感器10包括依次連接的3D-MEMS (三維微電子機(jī)械系統(tǒng))傾角傳感器芯片11、傾角采集模塊12及串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊13，所述3D-MEMS傾角傳感器芯片11可采用基于3DMEMS技術(shù)的傳感器芯片來感應(yīng)信號，其內(nèi)部具有調(diào)制解調(diào)電路，利用該電路將采集的信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，通過微處理器單元將電壓信號提取，轉(zhuǎn)化成雙軸的傾角值(即傾角數(shù)據(jù))；傾角采集模塊12用于將3D-MEMS傾角傳感器芯片11感應(yīng)的傾角數(shù)據(jù)傳送給串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊13，串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊13將傾角數(shù)據(jù)以串行模式發(fā)送給RS485轉(zhuǎn)RS232單元20，所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元20可采用帶有串口的通用轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)。所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元20采用串口方式與計(jì)算機(jī)30連接，將傾角數(shù)據(jù)傳送至計(jì)算機(jī)30。所述雙軸傾角傳感器10的安裝示意圖如圖3所示，在煤氣柜活塞I大壩上任意點(diǎn)布設(shè)所述雙軸傾角傳感器10，所述雙軸傾角傳感器10的X軸和y軸分別與活塞平面上假定坐標(biāo)系的X軸和I軸平行，測得該點(diǎn)的雙軸傾角值。所述雙軸傾角傳感器10只需測量一點(diǎn)的雙軸傾角值，計(jì)算機(jī)30就可以推算出活塞平面的傾斜值、最高點(diǎn)相位和活塞平面上任意一點(diǎn)相對零參照平面的絕對高差。下面介紹具體的推算過程[0019]根據(jù)空間幾何變換原理，以圖4為例建立坐標(biāo)系，XtlOytl平面為參照平面，目標(biāo)平面 xoy繞參照平面的I,軸翻轉(zhuǎn)傾斜角Θ，目標(biāo)平面坐標(biāo)系xoy中X軸和y軸與參照平面形成夾角α和β，目標(biāo)平面最高點(diǎn)與最低點(diǎn)連線與X軸夾角為Y。得到目標(biāo)平面到參照平面的過渡矩陣
iirf o^l-sirf α-sirf β +sir β sinasin/^l-sirf α-sirf β - να ηβ
權(quán)利要求1.一種基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，包括角度傳感器、 RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)、計(jì)算機(jī)(30)及電源(40)，其特征在于所述角度傳感器為雙軸傾角傳感器(10)，布設(shè)在煤氣柜活塞大壩上任意點(diǎn)，所述雙軸傾角傳感器(10)通過通信線纜與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)連接，所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)采用串口方式與計(jì)算機(jī)(30)連接，所述電源(40)與所述雙軸傾角傳感器(10)連接。
2.如權(quán)利要求I所述的基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述雙軸傾角傳感器(10)包括依次連接的3D-MEMS傾角傳感器芯片(11)、傾角采集模塊(12)及串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(13)，傾角采集模塊(12)用于將3D-MEMS傾角傳感器芯片(11)感應(yīng)的傾角數(shù)據(jù)傳送給串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(13)，串口數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(13)用于將傾角數(shù)據(jù)以串行模式發(fā)送給RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)。
3.如權(quán)利要求I所述的基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)采用帶有串口的通用轉(zhuǎn)換模塊。
4.如權(quán)利要求I所述的基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述計(jì)算機(jī)(30)包括信號采集單元、傾角計(jì)算單元、相位計(jì)算單元、絕對高差計(jì)算單元；信號采集單元的輸入端與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元(20)的輸出端連接，信號采集單元的輸出端分別與傾角計(jì)算單元、相位計(jì)算單元、絕對高差計(jì)算單元的輸入端連接。
專利摘要一種基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)，包括角度傳感器、RS485轉(zhuǎn)RS232單元、計(jì)算機(jī)及電源，其中所述角度傳感器為雙軸傾角傳感器，布設(shè)在煤氣柜活塞大壩上任意點(diǎn)，所述雙軸傾角傳感器通過通信線纜與所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元連接，所述RS485轉(zhuǎn)RS232單元采用串口方式與計(jì)算機(jī)連接，所述電源與所述雙軸傾角傳感器連接。本實(shí)用新型基于高精度雙軸傾角傳感器的煤氣柜活塞傾斜監(jiān)測系統(tǒng)采用高精度的雙軸傾角傳感器監(jiān)測活塞傾斜度，不需要人工參與，并且能實(shí)時(shí)獲得活塞的最大傾斜度和重點(diǎn)位置的傾斜信息，另外其測點(diǎn)少、成本低、安裝容易，且計(jì)算傾角、相位和高差準(zhǔn)確等特點(diǎn)決定了其廣闊的前景和實(shí)用價(jià)值。
文檔編號G01C9/00GK202350783SQ20112052021
公開日2012年7月25日 申請日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者劉貝, 熊愷, 熊禾根 申請人:武漢科技大學(xué)