一种基于光偏振的摆角检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种基于光偏振的摆角检测装置，包含：轻质摆架，吊绳穿过轻质摆架；导体圆盘，与摆架连接；等分布式电阻槽，与导体圆盘连接，吊绳摆动带动摆架摆动，导体圆盘在电阻槽上的阻值变化与摆角变化相匹配；两个偏振片；均匀磁场装置，通过通入电流以产生均匀磁场；附有短波通滤光片的Cmos线阵列，光源发射出光线后经过偏振片、均匀磁场装置并落在Cmos线阵列上呈现光斑，产生光电效应；信号处置装置，吊绳摆动使得磁场强度变化时，通过信号处置装置接收落在Cmos线阵列上不同光斑产生的电信号，得到不同光斑之间的偏移量，计算出摆角。本发明专利技术避免外界环境的干扰的影响，准确、高效、实时性强，简单，成本低，维护简单，适用多吊具的摆角检测问题。

A detection device and method of swing angle based on optical polarization

The invention discloses a swing angle detection device based on optical polarization, which comprises: a light swing frame with a rope passing through the light swing frame; a conductor disc connected with the swing frame; an equally distributed resistance groove connected with the conductor disc, wherein the swing of the rope drives the swing of the swing frame, and the change of the resistance value of the conductor disc on the resistance groove matches the change of the swing angle; two polarizers; a uniform magnetic field device, which is powered on Flow to produce uniform magnetic field; CMOS line array with shortwave pass filter, light source emits light, passes through polarizer, uniform magnetic field device and lands on CMOS line array to present light spot and produce photoelectric effect; when signal processing device and rope swing make magnetic field intensity change, electric signals generated by different light spot landed on CMOS line array are received by signal processing device, and no The offset between the same spot, calculate the swing angle. The invention avoids the influence of the interference of the external environment, is accurate, efficient, real-time, simple, low cost, simple maintenance, and is suitable for the swing angle detection of multiple slings.

【技术实现步骤摘要】
一种基于光偏振的摆角检测装置及方法
本专利技术涉及桥吊检测装置领域，特别涉及一种基于光偏振的摆角检测装置。
技术介绍
桥吊作为一种重要的货物运输工具，被广泛应用于港口、工厂等场合。但由于每年港口的吞吐量急剧增长，单一增加港口泊位是远远达不到输送需求的。目前一种新型的港口集装箱场地起重设备，例如，双吊具桥式吊车，大大提高了集装箱的装卸效率，但仍有提升空间。在装卸过程中会遇到很多干扰，再加上码头传统人工操作桥吊的作业效率与桥吊司机的操作经验等直接相关，装卸效率难以大幅度提高。因此为了保证起重机的安全高效的运输，防摇控制受到人们的广泛关注。桥吊防摇控制的关键问题就是对摆角的检测，但由于桥吊属于欠驱动系统，结构复杂，工作方式多样且存在耦合性，这给检测摆角带来很大的难度。目前摆角检测装置大多数可分为接触式检测和非接触型检测。现存的接触式检测装置就是使用编码器来跟踪小车的运动，并计算负载的摆动角度。然而，使用编码器可能会导致不准确。编码器老化或振动、摩擦等机构设计问题、控制系统性能恶化或结果不正确等引起的主要测量误差。非接触式的检测装置常用激光检测仪，但此类仪器角对工作环境要求较高，价格昂贵。桥吊防摇控制的关键问题就是对摆角的检测，因此，提供一种基于光偏振的摆角桥吊检测装置及测量方法实为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光偏振的摆角检测装置，采用光偏振的方法检测摆角，当桥吊的吊绳摆动会带动轻质摆架上相连的导体圆盘一起运动，使得导体圆盘与等分布式电阻槽之间的电阻均匀变化，导致均匀磁场装置中磁场均匀变化，光线通过偏振片进入匀强磁场装置再从偏振片射出产生偏移，在附有短波通滤光片Cmos线阵列上留下光斑，通过光斑偏移距离来体现，并将检测信息经过信号处理器送到计算单元，通过计算单元的分析和计算将摆角信息传送至桥吊自动防摇系统中完成桥吊的自动防摇，也可以传送到桥吊驾驶室，工人操作参考。为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于光偏振的摆角检测装置，设置在桥吊小车上，包含：光源，用于发射光线；轻质摆架，桥吊吊具的吊绳穿过所述轻质摆架；导体圆盘，与所述轻质摆架连接；等分布式电阻槽，与所述导体圆盘连接，所述吊绳摆动带动轻质摆架等角度摆动，所述导体圆盘在所述等分布式电阻槽上的阻值变化与摆角变化相匹配；至少两个偏振片；均匀磁场装置，置于所述两个偏振片之间，并通过通入电流以产生均匀磁场，所述阻值变化使得磁场强度变化且两者相适配；附有短波通滤光片的Cmos线阵列，光源发射出光线后依次经过第一个偏振片、均匀磁场装置和第二个偏振片，并落在所述Cmos线阵列上呈现光斑，产生光电效应并生成对应的电信号；信号处置装置，与所述Cmos线阵列连接，吊绳摆动使得所述磁场强度变化时，通过所述信号处置装置接收落在Cmos线阵列上的不同光斑产生的电信号，经过处理得到不同光斑之间的偏移量，并计算得出摆角。优选地，所述光源、所述轻质摆架、所述等分布式电阻槽、所述偏振片、所述均匀磁场装置和所述Cmos线阵列均置于一密闭箱内。优选地，所述Cmos线阵列置于所述密闭箱的侧壁上。优选地，所述轻质摆架的上端通过活动铰链与所述密闭箱内部顶端相连。优选地，所述轻质摆架与所述导体圆盘通过摇杆机构连接；所述摇杆机构包含两个轻质连杆，第一个轻质连杆的第一端与轻质摆架固定连接，第一个轻质连杆的第二端与第二个轻质连杆的第一端活动连接，第二个轻质连杆的第二端与所述导体圆盘连接。优选地，Cmos线阵列、光源、偏振片、均匀磁场装置的中心轴线均位于同一水平高度上。优选地，所述导体圆盘、所述等分布式电阻槽与所述均匀磁场装置通过导线串联接入电源，形成电路通路为线圈组供电。优选地，所述均匀磁场装置包含：相互平行且通过导线彼此连接的两个线圈组，每个线圈组包含平行放置且相互并联的两个线圈，两个线圈组的轴心平面之间的距离等于线圈的半径；其中一个线圈组的一个线圈引出两个接线柱，第一个接线柱与电源的一端连接，第二个接线柱与所述导体圆盘连接，等分布式电阻槽与所述电源的另一端连接，使得所述线圈组接入电路；磁光玻璃，穿过两个线圈组的轴线，光线依次经过第一个偏振片、所述磁光玻璃、第二个偏振片直至所述Cmos线阵列。本专利技术提供了一种基于如上文所述的基于光偏振的摆角检测装置的摆角检测方法，该方法包含以下过程：当桥吊小车静止时，吊绳未摆动，光源发出的光线依次通过第一个偏振片、均匀磁场装置、第二个偏振片后射出，光线落在附有短波通滤光片的Cmos线阵列上，呈现一个初始光斑S0，并在Cmos线阵列上产生光电效应生成相应的第一电信号，并将该第一电信号送入所述信号处置装置中，信号处置装置中的放大器将第一电信号转换成一定大小的标准电压信号并进行滤波处理，然后再送入信号处置装置的模数转换器转换成数字信号，信号处置装置的计算单元将该数字信号处理转换成得出初始光斑位置；当桥吊小车运动时，吊绳发生摆动并带动轻质摆架等角度摆动，并将摆角信息转化为导体圆盘在所述等分布式电阻槽上的阻值变化，引起所述均匀磁场装置中磁场强度的变化；此时光线光线依次通过第一个偏振片、均匀磁场装置、第二个偏振片后射出，落在Cmos线阵列上，呈现第二个光斑S1，其与所述初始光斑S0之间存在偏移量；第二个光斑S1在Cmos线阵列上产生光电效应生成相应的第二电信号，并将该第二电信号送入信号处置装置中，放大器将第二电信号转换成一定大小的标准电压信号并进行滤波处理，然后再送入模数转换器转换成数字信号，计算单元将该数字信号处理转换成得出第二光斑位置，并获得初始光斑和第二个光斑之间的偏移量以及对应的偏转角。优选地，均匀磁场装置中的两个线圈组之间产生的磁场强度如下：其中，R为线圈的半径；W为单个线圈的匝数；I为通过线圈的电流；μ0为空气中的导磁率μ0＝4π*10-7H/m；根据光偏振原理得出偏转角ψF如下：ψF＝VlB(2)其中，V为磁光玻璃16的维尔德常数值；l为磁光玻璃16的长度；B为磁场强度；吊绳摆角与电流变化成正比Ψ＝cI，c为比例系数，可得吊绳的摆角公式为：与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：(1)相比于现有的接触式的摆角检测方法，本专利技术的摆角检测装置避免了外界环境的干扰的影响，有准确、高效、实时性强的优点；(2)相比现有的非接触式方法，本专利技术利用的装置更加简单，成本低，维护简单，克服上述的问题；(3)相比现有的桥吊摆角检测装置，本专利技术的装置也适用于多吊具的摆角检测问题，有结构简单，使用简单等优点。附图说明图1为本专利技术的双起升桥吊摆角测量装置结构示意图；图2为本专利技术的摆角测量装置侧面结构示意图；图3为本专利技术的摆角测量装置正面结构示意图；图4为本专利技术的均匀磁场装置示意图；图5为本专利技术的摆角测量示意图；图6为本专利技术的摆角信号处理原理图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术提供了一种基于光偏振的摆角检测装置，利用吊绳摆动使滑动电阻值发生变化，进而改变均匀磁场磁场强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光偏振的摆角检测装置，设置在桥吊小车上，其特征在于，包含：光源，用于发射光线；轻质摆架(11)，桥吊吊具的吊绳穿过所述轻质摆架(13)；导体圆盘(12)，与所述轻质摆架(11)连接；等分布式电阻槽(13)，与所述导体圆盘(12)连接，所述吊绳摆动带动轻质摆架(13)等角度摆动，所述导体圆盘(12)在所述等分布式电阻槽(13)上的阻值变化与摆角变化相匹配；至少两个偏振片(14)；均匀磁场装置(19)，置于所述两个偏振片(14)之间，并通过通入电流以产生均匀磁场，所述阻值变化使得磁场强度变化且两者相适配；附有短波通滤光片的Cmos线阵列(18)，光源发射出光线后依次经过第一个偏振片、均匀磁场装置(19)和第二个偏振片，并落在所述Cmos线阵列(18)上呈现光斑，产生光电效应并生成对应的电信号；信号处置装置(9)，与所述Cmos线阵列(18)连接，吊绳摆动使得所述磁场强度变化时，通过所述信号处置装置(9)接收落在Cmos线阵列(18)上的不同光斑产生的电信号，经过处理得到不同光斑之间的偏移量，并计算得出摆角。

【技术特征摘要】
1.一种基于光偏振的摆角检测装置，设置在桥吊小车上，其特征在于，包含：光源，用于发射光线；轻质摆架(11)，桥吊吊具的吊绳穿过所述轻质摆架(13)；导体圆盘(12)，与所述轻质摆架(11)连接；等分布式电阻槽(13)，与所述导体圆盘(12)连接，所述吊绳摆动带动轻质摆架(13)等角度摆动，所述导体圆盘(12)在所述等分布式电阻槽(13)上的阻值变化与摆角变化相匹配；至少两个偏振片(14)；均匀磁场装置(19)，置于所述两个偏振片(14)之间，并通过通入电流以产生均匀磁场，所述阻值变化使得磁场强度变化且两者相适配；附有短波通滤光片的Cmos线阵列(18)，光源发射出光线后依次经过第一个偏振片、均匀磁场装置(19)和第二个偏振片，并落在所述Cmos线阵列(18)上呈现光斑，产生光电效应并生成对应的电信号；信号处置装置(9)，与所述Cmos线阵列(18)连接，吊绳摆动使得所述磁场强度变化时，通过所述信号处置装置(9)接收落在Cmos线阵列(18)上的不同光斑产生的电信号，经过处理得到不同光斑之间的偏移量，并计算得出摆角。2.如权利要求1所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述光源、所述轻质摆架(11)、所述等分布式电阻槽(13)、所述偏振片(14)、所述均匀磁场装置(19)和所述Cmos线阵列(18)均置于一密闭箱内。3.如权利要求2所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述Cmos线阵列(18)置于所述密闭箱的侧壁上。4.如权利要求3所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述轻质摆架(11)的上端通过活动铰链与所述密闭箱内部顶端相连。5.如权利要求1所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述轻质摆架(11)与所述导体圆盘(12)通过摇杆机构(121)连接；所述摇杆机构(121)包含两个轻质连杆，第一个轻质连杆的第一端与轻质摆架(11)固定连接，第一个轻质连杆的第二端与第二个轻质连杆的第一端活动连接，第二个轻质连杆的第二端与所述导体圆盘(12)连接。6.如权利要求1所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，Cmos线阵列(18)、光源、偏振片(14)、均匀磁场装置(19)的中心轴线均位于同一水平高度上。7.如权利要求1或6所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述导体圆盘(12)、所述等分布式电阻槽(13)与所述均匀磁场装置(19)通过导线串联接入电源，形成电路通路为线圈组(15)供电。8.如权利要求1所述的基于光偏振的摆角检测装置，其特征在于，所述均匀磁场装置(19)包含：相互平行且通过导线彼此连接的两...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金玲，徐为民，赵微微，胡益彬，袁贺松，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31