专利名称：引张线式水平位移计分布式测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种自动化引张线式水平位移计测量装置，尤其涉及ー种弓I张线式水平位移计分布式測量装置。
背景技术：
土石坝的原型观测是控制土石坝施工进度和质量、保证大坝安全运行的重要手段。其中土石坝的内部水平位移观测对控制大坝的填筑进度、评估大坝的填筑质量比较重要。土石坝内部水平位移一般采用的观测仪器设备有引张线式水平位移计、土体位移计等。其中，引张线式水平位移计构造简单，測量直观明了，长期测值较可靠，被国内外的土石坝广泛采用。随着科学技术的发展，作为土石坝内部观测的仪器，引张线式水平位移计已实现了从手动观测到电测化和自动化观测的转变，引入了测控机构对引张线水平位移计进行测控。随着引张线式水平位移计在大型土石坝工程中的推广应用，对测控机构的自动化要求越来越高，对测控机构的灵活布置以及与其他观测设备的兼容性要求更强，对测控机构的建设成本和维护成本更加重视。目前市场上已有的自动化引张线式水平位移计的测控机构主要有砝码独立驱动模式测控机构和砝码集中驱动模式测控机构两种，它们的电测部分及驱动部分的结构都极为复杂，设备成本与维护成本较高，并且组网配置不灵活。砝码独立驱动模式测控机构整体设计成ー个独立专用的测控机构，采用各条引张线的砝码加载、卸载独立驱动模式，即一台驱动电机适配一条引张线，其电测部分采用集中式设计模式。这种砝码独立驱动模式测控机构没有采用模块化设计结构，仅将主要测控部分电路、交直流电源、仪器的接线端ロ、各种人工操作按钮、指示灯、显示面板等等全部集成到一个柜子里，整体成本较高。这就造成了测控机构一旦某一部分出现故障，需要在现场对测控机构进行维修，否则需要将整个测控机构返回厂家修理，造成了维护的不方便，维护成本高。另ー方面，随着对大坝安全的重视程度的増加，监测项目越来越多，监测仪器种类越来越多，就出现了在同一个监测点会出现多种监测仪器的自动化监测需求。如果还是采用对某ー类仪器的监测使用独立的监测装置，势必在同一监测点需要安装多个监测装置，这样会造成安装设备的空间要求大。砝码集中驱动模式测控机构可同时进行多条引张线的砝码加载、卸载，即一台驱动电机可适配数条引张线，整体采用了模块化设计结构，但是驱动部分驱动的是较大功率的220V交流电机，能耗高(大于500W)，因而不能在无市电时进行測量工作；并且为实现正常测控，除了需要电测部分、驱动部分外，还需要外部的继电器装置，这种测控机构结构较复杂，维护难度大，并且成本高，并且一旦一台加荷驱动电机发生故障会影响多个仪器的测量。

实用新型内容发明目的为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供ー种引张线式水平位移计分布式測量装置，使用低压、高減速比的直流減速电机驱动砝码的加载、卸载，采用模块化和分布式測量设计思想，将测量装置的测控部分简化为ー个测控模块，配以通用直流电源即可进行现场或远程测控，实现了结构上的简单化，使本測量装置与大坝安全监测中其他有关测量项目的測量装置的可以混合配制在同一个DAU (数据采集単元)内，设备配置灵活、安装方便，并降低了设备成本及维护成本。技术方案为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为引张线式水平位移计分布式測量装置，包括预负载机构、加荷机构、位移传感器和测控机构，所述加荷机构包括为引张线的破码加载或卸载提供驱动的加荷驱动电机、加荷状态传感器和卸荷状态传感器；所述测控机构采用模块化设计结构，包括电源模块和测控模块；所述每个加荷驱动电机对应一条引张线。本方案相对于现有的采用砝码独立驱动模式测控机构的测量装置，对测控机构采用了模块化设计，可以将砝码加载和卸载控制、电机驱动、电机保护、状态监视、位移測量、定时、数据存储、远程通讯、电源电压监视及电源保护、蓄电池充电管理等功能均集成到一个测控模块中；同时，每个测控模块可以实现对数条引张线的控制与測量，可以根据需求灵活配制测控模块的数量。对于分布于不同位置的引张线，可以将测控模块配置到大坝安全监测中其他有关测量项目的DAU中，实现混合配置，实现分布式測量。对测控机构可以设计采用标准通信接ロ(比如RS485通信接ロ)，实现测量装置的远程测控；通过标准通信接ロ，使用安装有大坝监测数据采集软件的PDA即可实现人工操作、数据、状态现场显示、数据临时采集等功能，大大简化了測量装置的硬件复杂程度。测控机构可以采用低压直流电源接ロ，还可以灵活配置外部交流/直流电源或太阳能等供电模块。采取这些措施，实现了測量装置的简单化、模块化和分布式測量，设备配置灵活、安装方便，大大減少了所需空间，并降低了设备成本及维护成本。本案相对于现有的砝码集中驱动模式测控机构的测量装置，由于每个加荷驱动电机对应一条引张线，对加荷驱动电机的功率要求低，可以采用基于低压、高減速比的直流减速电机驱动砝码的加载、卸载方法，由于每个电机负责驱动一条引张线，驱动功率小(小于12W)，仅需要小功率的直流电源即可驱动，如果某台电机发生故障只影响一条引张线的测量。同时，仅需要ー个测控机构就可按次序实现数条引张线式水平位移计的测量与砝码的加载、卸载驱动，这不仅大大降低了能耗，而且硬件大大简化，降低了成本，当部分模块故障时仅需要更换上同类的其他正常模块并设置简单的參数即可恢复系统測量，便于维护，使用多个测控机构即可轻易实现更多引张线式水平位移计的测控。优选的,所述加荷机构还包括加荷驱动轮、加荷钢丝、加荷破码、加荷状态传感器和卸荷状态传感器，加荷驱动轮安装在加荷驱动电机的输出轴上，加荷钢丝缠绕在加荷驱动轮上，且一端与加荷驱动轮固定，另一端与加荷砝码固定；所述加荷状态传感器和卸荷状态传感器的输出端接入测控机构，加荷状态传感器对加荷砝码是否完全加载在预荷载砝码上进行检测，卸荷状态传感器对加荷砝码是否完全卸载出预荷载砝码进行检測。优选的，所述加荷驱动电机采用低压、高減速比的直流減速电机；这是由于本案对加荷驱动电机的功率要求低，而低压、高减速比的直流减速电机的功耗低(电压12VDC，功耗小于12W，減速比大于3000:1);当然加荷驱动电机也可以采用普通直流电机与減速机构配套的结构代替，一般的低压小功率节能驱动装置皆可。[0013]优选的，所述电源模块的电源接入口包括市电电源接入ロ、太阳能电源接入口、风能电源接入口和蓄电池电源接入口 ；这是由于本案对电机的功耗要求低，其他需电源支持的设备也都属于弱电要求，因而本案除了采用市电电源接入方式外，也可以通过太阳能、风能、蓄电池等方式提供电能；同时采用多种供电方式，能够在市电电源突然断电时，其他方式的供电能够保证测量数据的连续性。优选的，所述测控模块包括砝码加载和卸载的监测子模块、电机驱动与保护子模块、位移测量子模块、定时子模块、数据存储子模块、RS485远程通讯接ロ、电源监测与保护子模块。优选的，所述引张线为一条、两条、三条、四条或以上；若引张线的数量过多，可以配置多台测控机构。优选的，所述测控机构包括标准通讯接ロ ；这样测控机构就能够与大坝安全监测中其他有关测量项目的測量模块混合配置在同一个DAU中，实现分布式測量；并且其不仅能够与远程PC机通讯进行测控工作，而且可以与便携式仪表接ロ，在现场进行安装调试或维护时进行测控工作。优选的，该测量装置还包括安装托架、游标卡尺，所述预负载机构还包括铟钢丝、铟钢丝转向轮、铟钢丝卷轮、负载卷轮、吊轮，所述加荷机构还包括加荷驱动轮、加荷钢丝、加荷砝码、加荷状态传感器和卸荷状态传感器；測量大坝位移的铟钢丝由坝体引入经铟钢丝换向轮将铟钢丝转为垂直向上，然后卷在铟钢丝卷轮上，铟钢丝卷轮与负荷卷轮同轴；负荷卷轮上的负荷钢丝水平引出，经过吊轮后转为垂直向下，并在下端悬挂预荷载砝码，作为预负载；加荷驱动轮上的加荷钢丝下端悬挂ー个加荷破码、位于加荷破码的上方，加荷驱动轮安装在加荷驱动电机的输出轴上；位移传感器安装在铟钢丝卷轮侧面，通过减速机构与铟钢丝卷轮相连；用以校核的游标卡尺与安装托架位置固定；加荷驱动电机、位移传感器、加荷状态传感器和卸荷状态传感器电路连接在测控模块上。有益效果本实用新型提供的引张线式水平位移计分布式測量装置，采用低压、高減速比的直流減速电机进行加荷砝码的驱动，不仅省去了驱动减速机构，降低了成本，还大大减小了装置的驱动机构的体积，而且实现了设备低能耗，确保在无市电情况下，方便地利用太阳能电源、风能电源或蓄电池进行连续测量工作，保持了測量数据的连续性；同时测控机构划分为测控模块和电源模块，且可配置便携式仪表用于现场显示操作，不仅使各模块的更加简洁，便于调试及维护，并且显示操作模块和电源模块是共享模块，降低了系统成本，更重要的是将关键的测控、通讯等功能集成到一个模块中，实现了系统配置灵活更加方便，能够与其他測量类型项目的測量设备混合配置到同一个测量単元(DAU)中，降低了系统整体空间、成本需求,实现了与整个大坝安全监测设备的彻底融合。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为加荷驱动电机的结构示意图。图3为测控机构的基本结构示意图；图4为测控机构的具体电路模块框图。
具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作更进ー步的说明。如图1所示为ー种引张线式水平位移计分布式測量装置的结构示意图，具体包括铟钢丝1-1、铟钢丝换向轮1-16、游标卡尺1-2、铟钢丝卷轮1-3、负荷卷轮1-6、位移传感器1-5、负荷钢丝1-4、预荷载砝码1-8、吊轮1-7、加荷驱动轮1-14、加荷钢丝1-11、加荷砝码1-9、加荷驱动电机1-13、加荷状态传感器1-12、卸荷状态传感器1-10、测控机构1-15以及安装托架1-17、导线1-18等部件组成。測量大坝位移的铟钢丝1-1由坝体引入经铟钢丝换向轮1-16将铟钢丝1-1转为垂直向上，然后卷在铟钢丝卷轮1-3上，铟钢丝卷轮1-3与负荷卷轮1-6同轴；负荷卷轮1-6上的负荷钢丝1-4水平引出，经过吊轮1-7后在下端悬挂预荷载砝码1-8，作为预负载；カロ荷钢丝1-11缠绕在加荷驱动轮1-14上，且一端与加荷驱动轮1-14固定，另一端悬挂加荷石去码1_9，负荷钢丝1-4和加荷钢丝1_11近似同轴；加荷破码1_9由加荷驱动电机1-13控制，预荷载砝码1-8随铟钢丝1-1的张驰程度上下运动；位移传感器1-5安装在铟钢丝卷轮1-3侧面，通过减速机构与铟钢丝卷轮1-3相连；游标卡1-2与安装托架1-17位置固定，用于校核測量装置的读书可靠性。在測量大坝水平位移时，测控机构1-15自动开启测量系统的电源，加荷驱动电机1-13启动，加荷砝码1-9通过与预荷载砝码1-8同轴的加荷钢丝1-11向下运动，当加荷砝码1-9与预负荷砝码1-8接触后，通过加荷状态传感器1-12确认完全加载到预荷载砝码
1-8上时，系统停止加荷动作，系统进入平衡状态(平衡时间的长短根据现场调试确定)；当平衡时间结束时，测控机构1-15自动采集数据(大坝位移量);数据采集完成后，开启卸荷动作，系统通过加荷驱动电机1-13反向转动加荷驱动轮1-14,将加荷破码1-9向上提升，当控制系统通过卸荷状态传感器1-10确认加荷砝码1-9与预荷载砝码1-8完全分离后，系统停止卸荷动作，测量过程结束。本测量装置的加荷驱动机构由加荷驱动轮1-14和加荷驱动电机1-13构成。其中，加荷驱动电机1-13采用直流减速电机，由微型直流电机2-1、减速齿轮组2-2和驱动轴
2-3构成(如图2所示)。直流减速电机电压低(小于等于12VDC)，功耗低(小于12W)，减速比大(大于3000:1)，其进行加荷砝码驱动，不仅省去了驱动减速机构，降低了成本，还大大减小了装置的驱动机构的体积，而且实现了设备低能耗，确保在无市电情况下，方便地利用蓄电电池或太阳能进行连续测量工作，保持了測量数据的连续性。驱动电机1-13受测控机构1-15的控制进行正向旋转或反向旋转,进而驱动加荷驱动轮1-14正转或反转,实现加荷破码1-9的加载或卸载。本測量装置的测控机构1-15如图3所示，主要由测控模块3-1、电源模块3-2、接线端子排3-3以及保护箱3-4组成。测控模块3-1通过接线端子排3-3与外部位移传感器1-5、加荷状态传感器1-12、卸荷状态传感器1-10、加荷驱动电机1-13连接，电源模块3-2通过接线端子排3-3与外部供电电源连接，这样的设计在拆卸时非常方便；电源模块3-2直接与测控模块3-1连接，供电可靠。电源模块3-2为测控模块3-1提供12VDC电源，本电源模块3-2为通用电源模块，可以采用普通AC/DC电源，也可以是太阳能、风能电源或蓄电池，实现了电源的广泛适应性配置。测控模块3-1可以进行四个引张线式水平位移计的测控，根据现场水平位移计多寡情況，每个测控机构1-15可以配置I 3个测控模块3-1，最大可以实现12个水平位移计的测控；如果需要实现更多水平位移计的测控，仅需要安装多个测控机构1-15即可；另外，在本测控机构1-15内还可以配置其他类型传感器的測量模块。这样不仅可以实现灵活配置模块数量，还可以实现混合配置，降低工程成本。本测控机构1-15的现场操作显示部分可由外部便携式现场操作仪实现，在需要吋，将便携式现场操作仪连接到本测控机构1-15的通信端口上就可进行现场调试或测控工作，既简化了测控单元，提高了维护效率，又降低了成本。测控机构1-15的具体电路模块结构如图4所示。电路由防雷保护接ロ 4-1、电源保护与管理电路4-2、电源电路4-3、定时电路4-4、微控制器4-5、数据存储管理电路4_6、电机驱动电路4-7、加卸载状态监测电路4-8、电位器測量电路4-9和通讯电路4-10等组成。防雷保护接ロ 4-1包括电源接ロ、通信接口和各测控通道的电机驱动接ロ、状态反馈接ロ、位移传感器接ロ，对接入测控模块3-1的所有导线进行浪涌保护，防止雷电对模块内部器件的损坏，降低故障率；电源保护与管理电路4-2实现输入电源的防反接保护、过压保护、过流保护，进行对外部备用电池充电管理，进行电源电压监视，当电源启动时，必须在电压超过一定值后才开始向模块内部供电，当在模块正常工作吋，电源出现不正常且电压低于一定值时立即做好相关数据保存工作并断开电源，达到保护电源目的；电源电路4-3为整个模块内部器件提供电源；定时电路4-4为模块提供精确的时间定吋，实现准确的定时启动自动测量；数据存储管理电路4-6实现大容量測量数据的存储与管理，可以保存上万次測量数据，当发生远程数据采集链路故障时，能保存长时间段的定时测量数据，确保不间断測量；电机驱动电路4-7接受微控制器的控制信号，控制驱动电机的旋转方向并提供驱动电流，实现加荷砝码的加载、卸载；加卸载状态监测电路4-8将测控装置上的加荷状态传感器1-12、卸荷状态传感器1-10的信号进行滤波调理后送给微处理器，由微处理器判断加荷砝码的位置状态；电位器測量电路4-9将位移传感器的反馈电压信号进行滤波调理后送给高精度24位A/D，由A/D将电压信号数字化后送给微处理器，并由微处理器进行相应的计算，实现位移測量；通讯电路4-10进行微处理器通信端ロ的串行信号与RS485总线信号的相互转换，实现模块与远程数据采集终端的通信联络，实现远程测控操作；另一方面，通过此通讯电路的相应接ロ，可以连接手持式现场操作仪表，进行测控装置的现场调试或测控。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.引张线式水平位移计分布式测量装置，包括预负载机构、加荷机构、位移传感器和测控机构；所述加荷机构包括为弓I张线的破码加载或卸载提供驱动的加荷驱动电机、加荷状态传感器和卸荷状态传感器；其特征在于所述测控机构采用模块化设计结构，包括电源模块和测控模块；所述每个加荷驱动电机对应一条弓I张线。
2.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述加荷状态传感器和卸荷状态传感器的输出端接入测控模块，加荷状态传感器对加荷砝码是否完全加载在预荷载砝码上进行检测，卸荷状态传感器对加荷砝码是否完全卸载出预荷载砝码进行检测。
3.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述加荷驱动电机采用低压、高减速比的直流减速电机。
4.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述测控机构的测控模块包括砝码加载和卸载的监测子模块、电机驱动与保护子模块、位移测量子模块、定时子模块、数据存储子模块、RS485远程通讯接口、电源监测与保护子模块。
5.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述测控机构能够测控的引张线为四条。
6.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述测控机构包括标准通讯接口。
7.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于所述电源模块的电源接入口包括市电电源接入口、太阳能电源接入口、风能电源接入口和蓄电池电源接入口。
8.根据权利要求1所述的引张线式水平位移计分布式测量装置，其特征在于该测量装置还包括安装托架、游标卡尺，所述预负载机构包括负载钢丝、预荷载砝码、铟钢丝、铟钢丝转向轮、铟钢丝卷轮、负载卷轮、吊轮；测量大坝位移的铟钢丝由坝体引入经铟钢丝换向轮将铟钢丝转为垂直向上，然后卷在铟钢丝卷轮上，铟钢丝卷轮与负荷卷轮同轴；负荷卷轮上的负荷钢丝水平引出，经过吊轮后转为垂直向下，并在下端悬挂预荷载砝码，作为预负载；所述加荷机构还包括加荷驱动轮、加荷钢丝、加荷破码，加荷驱动轮安装在加荷驱动电机的输出轴上，加荷钢丝缠绕在加荷驱动轮上，下端悬挂一个加荷砝码，位于预荷载砝码的上方；位移传感器安装在铟钢丝卷轮侧面，通过减速机构与铟钢丝卷轮相连；用以校核的游标卡尺与安装托架位置固定；加荷驱动电机、位移传感器、加荷状态传感器和卸荷状态传感器电路连接在测控模块上。
专利摘要本实用新型公开了一种引张线式水平位移计分布式测量装置，包括预负载机构、加荷机构、位移传感器和测控机构；加荷机构包括为引张线的砝码加载或卸载提供驱动的加荷驱动电机、加荷状态传感器和卸荷状态传感器；测控机构采用模块化设计结构，包括电源模块和测控模块；每个加荷驱动电机对应一条引张线。本实用新型提供的测量装置，使用低压、高减速比的直流减速电机驱动砝码的加载、卸载，采用模块化和分布式测量设计思想，将测量装置的测控部分简化为一个测控模块，配以通用直流电源即可进行现场或远程测控，实现了结构上的简单化，设备配置灵活、安装方便，并降低了设备成本及维护成本。
文档编号G01B5/02GK202869406SQ201220371539
公开日2013年4月10日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者罗孝兵, 郑水华, 蓝彦, 李桂平, 华涛, 刘艳平 申请人:国网电力科学研究院, 南京南瑞集团公司, 国家电网公司