一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量裝置及其方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及橋吊擺角測量技術領域，具體涉及一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋 吊擺角測量裝置及其方法。
【背景技術】
[0002] 隨著全球化的繼續(xù)深入，對外貿(mào)易不斷發(fā)展，由此集裝箱運輸?shù)姆蓊~也不斷提高， 港口建設規(guī)模也在擴大，集裝箱橋吊雙箱吊具的使用越來越廣泛，雙起升橋吊有兩個可以 獨立起升的吊具，因而大大提高了集裝箱的裝卸效率。但是，橋吊的運動會引起負載及吊具 的擺動，使其可能和周圍的其它物體或操作人員發(fā)生碰撞，導致財物損失甚至人員傷亡，同 時吊具負載的擺動使集裝箱卡車難以準確對位，降低了集裝箱裝卸速度，可見對擺角進行 檢測抑制十分必要。另外，在橋吊的自動控制中，需要檢測吊具的擺角信息，使之參與反饋 控制。
[0003] 現(xiàn)有技術中的橋吊大部分都是單起升橋吊系統(tǒng)，并且集裝箱起重機操作自動化程 度較低，以手工操作為主，大多沒有使用擺角測量裝置，僅依靠操作員目視吊具及負載來獲 得其擺動情況，無法將吊具及負載的擺動情況直觀地呈現(xiàn)在橋吊駕駛室，這種方法準確性 低，影響工作效率及工作質(zhì)量。
[0004] 在一些大型集裝箱橋吊系統(tǒng)中為了提高裝卸效率，安裝了一些機械防搖裝置和電 子防搖裝置，但都沒有從根本上實現(xiàn)橋吊操作的自動控制。
[0005] 目前，一些機構開展了針對單起升橋吊負載防搖和負載定位控制的研宄和應用， 在這些橋吊控制系統(tǒng)中普遍采用了比較復雜的激光角度儀、角度傳感器以及高度攝像等檢 測裝置實現(xiàn)負載擺角的檢測，這些檢測裝置價格昂貴，使用復雜，抗干擾能力差，維護也不 方便，還有的對工作環(huán)境有特殊要求，這些都限制了角度檢測裝置的應用。
[0006] 雙起升橋吊結(jié)構復雜，工作方式多樣，兩個吊具即可以各自單獨起升，也可同步起 升，這給吊具擺角檢測帶來很大的難度，而現(xiàn)有的橋吊擺角檢測裝置都是針對單吊具橋吊 設計的，這些檢測裝置均采用了比較復雜的檢測儀器，造價高，維護不方便，抗干擾能力差， 對工作環(huán)境有較高要求，并且這類檢測裝置并不適合對雙吊具橋吊進行擺角檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量裝置及其 方法，解決了雙起升橋吊雙吊具的擺動角度的檢測問題，裝置結(jié)構簡單，成本低廉，維護方 便，抗干擾能力強，采用非接觸間接測量，方法簡便，對工作環(huán)境要求低，在霧霾、風雨等惡 劣天氣環(huán)境下同樣能完成檢測。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)：一種基于霍爾效應原理的雙 吊具橋吊擺角測量裝置，該擺角測量裝置設置在雙吊具橋吊的小車機構上，所述小車機構 設置在大車機構上，所述大車機構上設有橋吊駕駛室，所述小車機構上設有一對起升電機， 每一起升電機包含一轉(zhuǎn)軸，每一起升電機的轉(zhuǎn)軸通過一吊繩連接一吊具，其特點是，該擺角 測量裝置包含：
[0009] -對信號處理模塊，對稱設置在所述小車機構的頂部；
[0010] 一對信號采集模塊，對稱設置在所述小車機構的底部，每一所述信號采集模塊與 對應的信號處理模塊連接；
[0011] 一數(shù)據(jù)計算處理模塊，設置在橋吊駕駛室內(nèi)，分別與一對信號處理模塊連接；
[0012] 一用于顯示擺角信息的顯示模塊，設置在橋吊駕駛室內(nèi)，與所述數(shù)據(jù)計算處理模 塊；其中
[0013] 每一吊繩穿過對應的信號采集模塊與所述吊具連接。
[0014] 所述的數(shù)據(jù)計算處理模塊進一步與橋吊防搖控制系統(tǒng)連接。
[0015] 所述的信號處理模塊包含前置放大電路，其輸入端與對應的所述信號采集模塊的 信號輸出端連接；
[0016] 濾波器，其輸入端與所述前置放大電路的輸出端連接；
[0017] 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其輸輸入端與所述濾波器的輸出端連接，輸出端連接所述數(shù)據(jù)計算 處理模塊。
[0018] 所述的信號采集模塊包含一對測量單元，所述一對測量單元分別用于檢測X方向 及y方向的擺動角度；其中每一測量單元包含：
[0019] 箱體，設置在所述小車機構的底部；
[0020] 設置在箱體內(nèi)的霍爾傳感器，其信號輸出端與對應的信號處理模塊的前置放大電 路連接；
[0021] 為所述霍爾傳感器提供恒定磁場的一對磁極，設置在箱體內(nèi)；
[0022] 輕質(zhì)擺架，一端與所述霍爾傳感器通過一傳動組件連接，另一端與所述小車機構 的底部滑動連接，所述輕質(zhì)擺架呈半圓形，延其圓周方向設有光滑開縫，所述吊繩穿過該開 縫。
[0023] 所述的輕質(zhì)擺架的表面光滑無糙面。
[0024] 所述的信號采集模塊中包含兩個輕質(zhì)擺架的半徑不同，其中半徑大的輕質(zhì)擺架設 置在半徑小的輕質(zhì)擺架的下方，二者相互垂直且相切。
[0025] 一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量方法，其特點是，包含以下步驟：
[0026] S1、初始設定擺角測量裝置；
[0027] S2、當雙吊具橋吊的小車機構接收到運行命令后，橋吊開始運行，吊具帶動吊繩運 動，吊繩的擺動帶動每一測量單元的輕質(zhì)擺架發(fā)生擺動，從而帶動霍爾傳感器轉(zhuǎn)動，霍爾傳 感器的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生對應角度的霍爾電勢信號；
[0028] S3、信號處理模塊接收對應信號采集模塊發(fā)送的霍爾電勢信號進行處理，并將處 理結(jié)果傳輸至數(shù)據(jù)計算處理模塊；
[0029] S4、數(shù)據(jù)計算處理模塊根據(jù)霍爾電勢信號計算出其對應的擺角信息。
[0030] 所述的步驟Sl包含如下步驟：
[0031] SI. 1、吊具處于靜止狀態(tài)，自然下垂，吊繩無任何擺角；
[0032] SI. 2、在通過傳動組件與輕質(zhì)擺架連接在一起的霍爾傳感器中通以恒定電流，調(diào) 整霍爾傳感器的位置，使恒定電流的方向與恒定磁場的方向平行；
[0033] SI. 3、固定霍爾傳感器的位置，此時產(chǎn)生的霍爾電勢為零；
[0034] SI. 4、重復步驟SI. 1~SI. 4,調(diào)整其他霍爾傳感器的位置，并保證電流和磁場恒 定不變，將該靜止狀態(tài)作為初始參照狀態(tài)。
[0035] 所述的雙吊具橋吊擺角測量方法還包含步驟S5 ;
[0036] S5、數(shù)據(jù)計算處理模塊將擺角信息發(fā)送至位于橋吊駕駛室顯示模塊，以供橋吊駕 駛員參考，將擺角信息發(fā)送至橋吊防搖控制系統(tǒng)，以提供反饋信息。
[0037] 本發(fā)明一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量裝置及其方法與現(xiàn)有技術 相比具有以下優(yōu)點：采用四個同型霍爾元件對兩個吊具分別從相互垂直的x、y方向進行角 度檢測，并將檢測信息經(jīng)信號處理器處理然后送到計算機中，通過計算機的分析計算可以 得到兩個吊具的擺角，這些數(shù)據(jù)可作為橋吊防搖控制系統(tǒng)的反饋信息，同時可直觀呈現(xiàn)給 橋吊駕駛室，解決了雙起升橋吊雙吊具的擺動角度的檢測問題。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量裝置的整體結(jié)構示 意圖；
[0039] 圖2為信號處理模塊的示意圖；
[0040]圖3為信號采集模塊的示意圖；
[0041] 圖4為測量單元的示意圖；
[0042] 圖5為本發(fā)明一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量方法的流程圖；
[0043] 圖6a為霍爾電勢信號計算示意圖一；
[0044] 圖6b為霍爾電勢信號計算示意圖二；
[0045] 圖6c為霍爾電勢信號計算示意圖三；
【具體實施方式】
[0046] 以下結(jié)合附圖，通過詳細說明一個較佳的具體實施例，對本發(fā)明做進一步闡述。
[0047] 如圖1所示，一種基于霍爾效應原理的雙吊具橋吊擺角測量裝置，該擺角測量裝 置設置在雙吊具橋吊的小車機構100上，所述小車機構100設置在大車機構200上，所述大 車機構200上設有橋吊駕駛室201，所述小車機構100上設有一對起升電機101，每一起升 電機101包含一轉(zhuǎn)軸1011，每一起升電機101的轉(zhuǎn)軸通1011過一吊繩300連接一吊具400， 吊具400用于起吊集裝箱500，兩個吊具400可以同時工作，也可以獨立工作，小車機構100 與大車機構200之間設置小車驅(qū)動102,為小車機構100提供動力，大車機構200也包含一 大車驅(qū)動202,為大車機構200提供動力。
[0048] 如圖1所示，擺角測量裝置包含：一對信號處理模塊601，對稱設置在所述小車機 構100的頂部；一對信號采集模塊602,對稱設置在所述小車機構100的底部，每一所述信 號采集模塊601與對應的信號處理模塊602連接；一數(shù)據(jù)計算處理模塊603,設置在橋吊駕 駛室201內(nèi)，分別與一對信號處理模塊601連接；一用于顯示擺角信息的顯示模塊604,設 置在橋吊駕駛室201內(nèi)，與所述數(shù)據(jù)計算處理模塊603 ;其中每一吊繩300穿過對應的信號 采集模塊602與所述吊具400連接；所述的數(shù)據(jù)計算處理模塊603進一步與橋吊防搖控制 系統(tǒng)700連接，，在本發(fā)明的較佳實施例中，數(shù)據(jù)計算處理模塊603及顯示模塊604為一體 式結(jié)構，可采用一計算機。
[0049] 如圖2所示，所述的信號處理模塊601可同時處理兩路信號，包含前置放大電路 6011，由電子管組成，將信號進行放大，其輸入端與對應的所述信號采集模塊602的信號輸 出端連接；濾波器6012,由電感器和電容器構成的網(wǎng)路，對信號進行濾波，其輸入端與所述 前置放大電路6011的輸出端連接；模數(shù)轉(zhuǎn)換器6013,由半導體分立元件制成，把經(jīng)過與標 準量（或參考量）比較處理后的模擬量轉(zhuǎn)換成以二進制數(shù)值，其輸輸入端與所述濾波器 6012的輸出端連接，輸出端連接所述數(shù)據(jù)計算處理模塊603。
[0050] 如圖3及圖4所示，所述的信號采集模塊602包含一對測量