CN102674144A - 一种基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置 - Google Patents

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秦仙蓉
胡建军
张戬杰
孙远韬
廖鑫
肖莹玥
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Abstract

本发明涉及一种基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，由旋锁、光纤光栅传感器、解调仪和载荷处理器组成，光纤光栅传感器一端固定于旋锁端部轴线处，光纤光栅传感器的输出端伸出旋锁上端部，通过导线连接解调仪的输入端，解调仪的输出端连接载荷处理器，将解调后的信号输出给载荷处理器，载荷处理器将解调仪的数字信号处理为旋锁上的载荷结果输出；所述旋锁由现有的旋锁改造而成，现有的旋锁的上端部沿其轴线开有细长孔，孔的底部和端部开有内螺纹，光纤光栅传感器的外封装上开有外螺纹，所述光纤光栅传感器通过其上的外螺纹旋入旋锁上端细长孔内螺纹处。本发明结构紧凑、响应迅速、精度高、可靠性好、不易受外界环境干扰，对提高起重机的工作安全性以及实现起重机的智能化改造大有裨益。

Description

一种基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置
技术领域
本发明属起重机械、港口机械与工程机械设备领域，具体涉及一种基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置。
背景技术
集装箱起重机起吊集装箱时是将四个旋锁分别***集装箱的四个销孔中，然后旋转旋锁，通过旋锁下端卡住集装箱进行起吊。目前岸桥工作过程中检测超载的主要方式，还是通过直接检测钢丝绳上的受力，来判断是否超重。但此种测量方式存在以下几个主要问题：
（1）测量的是吊具上的合力，无法判断吊重在四个旋锁上分配是否均匀，换言之无法确保吊具的平衡，对钢丝绳的缠绕方式敏感；
（2）由于钢丝绳的弹性，检测的速度不快，并不能实时监测出信息，用作报警传感器响应速度有一定的影响；
（3）监测的仅是钢丝绳的张力，无法判断吊具以下的情况，对于旋锁未全部锁住的工况无法确认，而这种状况则可能导致集装箱吊装过程中脱钩坠落。
由于钢丝绳测力方案存在上述问题，考虑通过直接在旋锁上布置传感器，直接测量旋锁受力，这样非常有效的解决了上述问题。针对测量钢丝绳张力的不足，旋锁称重方法有以下优点：
（1）可以单独判断每个旋锁上的受力，从而判断出吊具的受力情况，且这对钢丝绳的缠绕方法不敏感；
（2）由于直接布置在前端，可以方便快速的测量受力，用作报警传感器响应速度可以得到保障；
（3）由于判断的是每个旋锁上的力，可以很方便的排查吊具上存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于设计一种新型、可靠、敏感的基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，能保证在复杂的电磁环境和恶劣的气候环境下可靠工作，并保证测量精度，同时为起重机安全监控***提供实时的监测数据。
本发明提出的基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，由旋锁1、光纤光栅传感器2、解调仪3和载荷处理器4组成，其中：光纤光栅传感器2一端固定于旋锁1端部轴线处，光纤光栅传感器2的输出端伸出旋锁1上端部，通过导线连接解调仪3的输入端，解调仪3的输出端连接载荷处理器4，将解调后的信号输出给载荷处理器4，载荷处理器4将解调仪3的数字信号处理为旋锁2上的载荷结果输出；所述旋锁1由现有的旋锁改造而成，现有的旋锁的上端部沿其轴线开有细长孔，孔的底部和端部开有内螺纹，光纤光栅传感器2的外封装上开有外螺纹，所述光纤光栅传感器2通过其上的外螺纹旋入旋锁上端细长孔内螺纹处。
本发明中，所述光纤光栅传感器2具有温度补偿功能，由光纤光栅和裸光纤5、铠装光纤6、O型圈7、护管8和紧固螺帽组成，其中：铠装光纤6连接光纤光栅和裸光纤5，光纤光栅和裸光纤5和铠装光纤6装于护管8内，铠装光纤6尾部通过O型圈7和第四紧固螺帽13固定于护管8一端上，光纤光栅传感器2的外封装上的外螺纹为护管8外壁上设置的第二紧固螺帽11和第三紧固螺帽12；护管8另一端上设有第一紧固螺帽10。
本发明中，所述解调仪3具有多个端口，每个端口分别连接相应的光纤光栅传感器2，将光纤光栅传感器2的光信号解调为数字信号。
本发明中，所述载荷处理器4为中央控制单元，用于将解调仪3输出的数字信号转换为载荷信息输出。
本发明的制作过程如下：
沿旋锁1的轴线打一个细深孔，同时在深孔的底部和端部攻丝；在特制的光纤光栅传感器2的外封装上加工出螺纹，通过螺纹将光纤光栅传感器2安装在旋锁1的轴线细孔中，通过细孔两端的螺纹将光纤光栅传感器2定位，并通过紧固螺帽将光纤光栅传感器最终紧固在旋锁1的深孔中；光纤光栅传感器2的输出线从旋锁1的上端部引出，将测试信号传送到传感器的解调仪3中，解调仪为多端口的解调仪，可以同时将集装箱起重机吊具上的4个旋锁的监测数据同时输入解调；解调仪3将解调后的数字信号输出给载荷处理器4，载荷处理器4将解调仪3的数字信号处理为旋锁2上的载荷结果输出，分别得到四根旋锁上的受力信息。
性能特点  本发明起重机吊具新型测力装置将测力单元直接布置于负载的“真正源头”，具有响应敏捷、结果可靠的特点，可以保证响应时间<0.1s，精度误差<0.5%；
该新型测力装置采用光纤光栅传感器，响应迅速、敏感度高，同时可以保证在复杂的电磁环境和气候环境下的测量精度，避免由于环境的干扰导致测量误差过大，测量结果通过光纤可实现地损耗传输；
本发明中的光纤光栅传感器将温度补偿功能集成在一根FBG（光纤布拉格光栅）上，结构紧凑，易于安装；
该发明将光纤光栅测力传感器通过螺纹连接安装于旋锁中心深孔中，一方面对传感器起到保护作用，避免外界物体对传感器的磕碰，另一方面易于拆卸、更换光纤光栅传感器和旋锁，维护成本降低；
该发明采用分布式传感器布置、集中信息处理的方式，同时监测多个吊点上的受力，为集装箱起重机安全控制***提供更加精确、有效的数据。
附图说明
图1是本发明的***示意图。
图2是本发明的传感器与旋锁的装配总图。
图3是本发明的旋锁结构图示。
图4是本发明的光纤光栅传感器结构图示。
图中标号：1为旋锁；2为光纤光栅传感器；3为解调仪；4为载荷处理器，5为光纤光栅和裸光纤；6为铠装光纤；7为O型圈；8为护管；9为底部连接螺纹；10、11、12、13分别为第一、第二、第三和第四紧固螺帽。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。
实施例1：如图1-图4所示，由改造后的旋锁1、光纤光栅传感器2、解调仪3、载荷处理器4和若干导线5等组成。光纤光栅传感器2通过螺纹连接安装于经改造的旋锁1的轴线中心，旋锁1需在顶端沿中心轴线加工内螺纹孔，与光纤光栅传感器封装外壳上的外螺纹连接。集装箱起重机的四个旋锁上均分别安装一个光纤光栅传感器2，一旦旋锁起吊集装箱，光纤光栅传感器2立刻检测到旋锁1的轴向应变，传感器1的导线从旋锁2的顶端导出，将检测信号传送到解调仪3，解调仪3将数字信号送到载荷处理器4中得到起吊载荷。采用光纤光栅传感器2测量起重机的起吊重量。对现有的旋锁进行局部改造，旋锁1的端部沿轴线加工内螺纹孔，沿旋锁1的轴线打一个细长孔，并在该孔的底部和端部加工出内螺纹，同时在光纤光栅传感器2的外封装上加工出外螺纹，通过螺纹连接光纤光栅传感器2和旋锁1；由于采用螺纹连接，旋锁中的光纤光栅传感器易于拆卸和更换。四个吊点（旋锁）中的光纤光栅传感器输出线均从旋锁端部引出，连接到传感器解调仪，解调仪为多端口的解调仪，可以同时解调多路信号；解调仪3将解调后的数字信号输出给载荷处理器4，载荷处理器4将解调仪3的数字信号处理为旋锁2上的载荷结果输出，分别得到四根旋锁上的受力信息。

Claims (4)

1.一种基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，由旋锁(1)、光纤光栅传感器(2)、解调仪(3)和载荷处理器(4)组成，其特征在于：光纤光栅传感器(2)一端固定于旋锁(1)端部轴线处，光纤光栅传感器(2)的输出端伸出旋锁(1)上端部，通过导线连接解调仪(3)的输入端，解调仪(3)的输出端连接载荷处理器(4)，将解调后的信号输出给载荷处理器(4)，载荷处理器(4)将解调仪(3)的数字信号处理为旋锁(2)上的载荷结果输出；所述旋锁(1)由现有的旋锁改造而成，现有的旋锁的上端部沿其轴线开有细长孔，孔的底部和端部开有内螺纹，光纤光栅传感器(2)的外封装上开有外螺纹，所述光纤光栅传感器(2)通过其上的外螺纹旋入旋锁上端细长孔内螺纹处。
2.根据权利要求所述的基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，其特征在于所述光纤光栅传感器(2)具有温度补偿功能，由光纤光栅和裸光纤(5)、铠装光纤(6)、O型圈(7)、护管(8)和紧固螺帽组成，其中：铠装光纤(6)连接光纤光栅和裸光纤(5)，光纤光栅和裸光纤(5)和铠装光纤(6)装于护管(8)内，铠装光纤(6)尾部通过O型圈(7)和第四紧固螺帽(13)固定于护管(8)一端上，光纤光栅传感器(2)的外封装上的外螺纹为护管(8)外壁上设置的第二紧固螺帽(11)和第三紧固螺帽(12)；护管(8)另一端上设有第一紧固螺帽(10)。
3.根据权利要求所述的基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，其特征在于所述解调仪(3)具有多个端口，每个端口分别连接相应的光纤光栅传感器(2)，将光纤光栅传感器(2)的光信号解调为数字信号。
4.根据权利要求所述的基于光纤光栅传感器的起重机吊具测力装置，其特征在于所述载荷处理器(4)为中央控制单元，用于将解调仪(3)输出的数字信号转换为载荷信息输出。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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