CN109443623A - 南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置，减阻滑轴和拉紧块、第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路设置在壳体内，第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路与从控制板连接，负载电缆穿过减阻滑轴，拉力弹簧一端连接在减阻滑轴上，另一端与拉紧块末端连接，拉紧块首端开设有螺纹孔，拉力调整螺栓穿过壳体旋在拉紧块首端的螺纹孔内，磁块设置在第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路之间且与减阻滑轴固连；该装置通过拉力调整螺栓对拉紧块的位置进行调整，使拉力弹簧作用在电缆上的拉力发生变化，最终控制卷桶电机和促动电机的转速关系比，达到正确的绕绳关系。

Description

南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置
技术领域
本发明涉及极地环境观测或探测技术与装备领域，具体涉及一种南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置。
背景技术
南极冰下湖无污染钻进采样与观测技术，是国家海洋环境安全保障专项的重要组成部分，对于获取南极冰下湖基础环境数据、研究冰下湖形成机理和演化规律、揭示南极冰下湖与冰盖物质平衡形式，具有极其重要的科学意义。课题围绕南极冰下湖水质特性、理化参数及湖水来源，研发一套南极冰下湖无污染钻进采样与观测***，获取高压、低温、低营养和黑暗环境条件下冰下湖体系的理化参数、水质特征，进而开展冰下湖的形成机理和演化规律以及南极冰下湖对南极冰盖物质平衡的影响等研究。
无污染全自动冰层钻进及返回***主要包括梯度控制加热钻具本体、大负载内嵌式绞车和小直径高强度电缆。通过进行钻具机械结构、电源管理***、功率分配***、随钻测控***、内嵌式绞车结构及功率和电缆结构的设计开发，进行相关测试，实现钻具钻进速度、加热效率、***功耗及下放速度之间的合理平衡。
钻具的下放和回收的关键部分是内嵌式绞车，绞车由减力促动机构，丝杠排绳机构和卷桶机构组成。这三个机构要保证负载电缆在绞车升降过程中正确合理的向外放出或向内收入，正确的力学特性及正确的排布特性，从而实现基于冰下环境的大负载、高可靠、内嵌式绞车伺服***。
通过升压方式尽量缩小电缆直径；然后进一步确定绞车***的结构形式及所需的工作功率；建立运动学动力学仿真模型，进而确定绞车***最优结构形式及基本控制策略；完成绞车***结构设计和控制方法设计；再通过原理样机测试验证等方式不断改进，最终实现绞车***大负载、高可靠工作性能要求。
发明内容
本发明的目是根据现有技术的不足，提供一种体积小，响应速度快，结构简单，稳定可靠的张力传感器。
一种南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置，由负载电缆、减阻滑轴、拉力弹簧、第一霍尔检测电路、第二霍尔检测电路、磁块、拉紧块、拉力调整螺栓和壳体组成，减阻滑轴和拉紧块、第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路设置在壳体内，第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路与从控制板连接，负载电缆穿过减阻滑轴，拉力弹簧一端连接在减阻滑轴上，另一端与拉紧块末端连接，拉紧块首端开设有螺纹孔，拉力调整螺栓穿过壳体旋在拉紧块首端的螺纹孔内，磁块设置在第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路之间且与减阻滑轴固连。
本发明的工作原理及使用效果：
张力传感器的作用是控制绕绳的松紧度，正常情况下，按实验数据计算出的卷桶电机和促动电机的控制函数是可以保证绕绳的松紧度的，但由于温度变化产生的弹性形变或电缆打滑产生的偏移可能会导致产生绕绳累积误差或松紧度突变，在这种情况下，就需要及时的对促动电机和绕绳电机的转速进行补偿性调整，通过拉力调整螺栓对拉紧块的位置进行调整，使拉力弹簧作用在电缆上的拉力发生变化，在达到绕绳所需的标准张力时，磁块的位置正处于第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路中间位置，这时两侧的第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路都感应不到磁块的磁力，所以都没有输出信号，如果促动电机和卷桶电机的动作关***正常且没有产生累积误差或实然滑变，磁块就会始终处于中间位置，当产生偏移后，如果电缆过松，则在拉力弹簧的作用下，磁块将会向右侧移动，当移动达到一定程度，即电缆过松时，右侧的第二霍尔检测电路将被触发，触发信号传送到从控制板后会引发中断程序，加速转动卷桶电机，使电缆拉紧，磁块回到中间位置，如果促动电机转速过慢，电缆可能过紧，磁块将向左侧偏转，左侧的第一霍尔检测电路将被触发，触发信号传送到从控制板后会引发中断程序，卷桶电机转动减速，使电缆放松，磁块回到中间位置。第一霍尔检测电路和第二霍尔检测电路上安装有个霍尔传感器，按附图所示的位置排布，当磁块受到负载电缆的张力和拉力弹簧的拉力的共同作用产生前后运动时，磁块也随之运动，通过霍尔传感器所产生的电压变化经过隔离整形模块后变成标准的TTL电平方波脉冲信号，通过这路方波信号的逻辑关系，可以判断出磁块的位置，并换算出负载电缆的张力大小级别，最终控制卷桶电机和促动电机的转速关系比，达到正确的绕绳关系。
本发明的有益效果：
本发明结构简单，体积小，响应速度快，使用方便、稳定可靠，通过拉力调整螺栓对拉紧块的位置进行调整，使拉力弹簧作用在电缆上的拉力发生变化；当磁块受到负载电缆的张力和拉力弹簧的拉力的共同作用产生前后运动时，磁块也随之运动，通过霍尔传感器所产生的电压变化经过隔离整形模块后变成标准的TTL电平方波脉冲信号，通过这路方波信号的逻辑关系，可以判断出磁块的位置，并换算出负载电缆的张力大小级别，最终控制卷桶电机和促动电机的转速关系比，达到正确的绕绳关系。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的霍尔检测电路原理图。
具体实施方式
请参阅图1至图2所示，一种南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置，由负载电缆1、减阻滑轴2、拉力弹簧3、第一霍尔检测电路4、第二霍尔检测电路5、磁块6、拉紧块7、拉力调整螺栓8和壳体9组成，减阻滑轴2和拉紧块7、第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5设置在壳体9内，第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5与从控制板连接，负载电缆1穿过减阻滑轴2，拉力弹簧3一端连接在减阻滑轴2上，另一端与拉紧块7末端连接，拉紧块7首端开设有螺纹孔，拉力调整螺栓8穿过壳体9旋在拉紧块7首端的螺纹孔内，磁块6设置在第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5之间且与减阻滑轴2固连。
本实施例的工作原理及使用过程：
请参阅图1至图2所示，张力传感器的作用是控制绕绳的松紧度，正常情况下，按实验数据计算出的卷桶电机和促动电机的控制函数是可以保证绕绳的松紧度的，但由于温度变化产生的弹性形变或电缆打滑产生的偏移可能会导致产生绕绳累积误差或松紧度突变，在这种情况下，就需要及时的对促动电机和绕绳电机的转速进行补偿性调整，通过拉力调整螺栓8对拉紧块7的位置进行调整，使拉力弹簧3作用在电缆1上的拉力发生变化，在达到绕绳所需的标准张力时，磁块6的位置正处于第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5中间位置，这时两侧的第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5都感应不到磁块的磁力，所以都没有输出信号，如果促动电机和卷桶电机的动作关***正常且没有产生累积误差或实然滑变，磁块6就会始终处于中间位置，当产生偏移后，如果电缆1过松，则在拉力弹簧3的作用下，磁块6将会向右侧移动，当移动达到一定程度，即电缆1过松时，右侧的第二霍尔检测电路5将被触发，触发信号传送到从控制板后会引发中断程序，加速转动卷桶电机，使电缆1拉紧，磁块6回到中间位置，如果促动电机转速过慢，电缆1可能过紧，磁块6将向左侧偏转，左侧的第一霍尔检测电路4将被触发，触发信号传送到从控制板后会引发中断程序，卷桶电机转动减速，使电缆1放松，磁块6回到中间位置。第一霍尔检测电路4和第二霍尔检测电路5上安装有6个霍尔传感器，按附图2所示的位置排布，当磁块6受到负载电缆1的张力和拉力弹簧3的拉力的共同作用产生前后运动时，磁块6也随之运动，通过霍尔传感器所产生的电压变化经过隔离整形模块后变成标准的TTL电平方波脉冲信号，通过这6路方波信号的逻辑关系，可以判断出磁块6的位置，并换算出负载电缆1的张力大小级别，最终控制卷桶电机和促动电机的转速关系比，达到正确的绕绳关系。

Claims (1)

1.一种南极冰钻用绞车绕缆拉力传感装置，其特征在于：由负载电缆(1)、减阻滑轴(2)、拉力弹簧(3)、第一霍尔检测电路(4)、第二霍尔检测电路(5)、磁块(6)、拉紧块(7)、拉力调整螺栓(8)和壳体(9)组成，减阻滑轴(2)和拉紧块(7)、第一霍尔检测电路(4)和第二霍尔检测电路(5)设置在壳体(9)内，第一霍尔检测电路(4)和第二霍尔检测电路(5)与从控制板连接，负载电缆(1)穿过减阻滑轴(2)，拉力弹簧(3)一端连接在减阻滑轴(2)上，另一端与拉紧块(7)末端连接，拉紧块(7)首端开设有螺纹孔，拉力调整螺栓(8)穿过壳体(9)旋在拉紧块(7)首端的螺纹孔内，磁块(6)设置在第一霍尔检测电路(4)和第二霍尔检测电路(5)之间且与减阻滑轴(2)固连。
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