專利名稱：錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)
(一) 技術(shù)領(lǐng)域錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，屬長度測(cè)量類(G01B)、壓力測(cè)量
類(G01L)和控制調(diào)節(jié)監(jiān)測(cè)類(G05B)。
(二) 背景技術(shù)預(yù)應(yīng)力錨固(錨索)是指通過特殊工藝將鋼絞線變成長期 處于高應(yīng)力狀態(tài)下的受拉結(jié)構(gòu)，以此增強(qiáng)被鋼絞線加固巖體的強(qiáng)度，改善巖 體應(yīng)力狀態(tài)和提高巖體穩(wěn)定性。但是預(yù)應(yīng)力錨固是一項(xiàng)工序復(fù)雜、制約因素 較多、難以補(bǔ)救的隱蔽工程，因此在錨索施工的張拉過程中，做好實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 嚴(yán)格保證施工質(zhì)量非常重要?，F(xiàn)有釆用的錨索測(cè)力計(jì)可以解決應(yīng)力長期監(jiān)測(cè)， 但因其昂貴的成本無法針對(duì)每一束錨索單元體實(shí)施，同時(shí)測(cè)力計(jì)無法實(shí)現(xiàn)對(duì) 錨索彈性伸長值的測(cè)定，因而不能解決錨索應(yīng)力施加的實(shí)時(shí)監(jiān)控與自動(dòng)記錄。
作為檢査和驗(yàn)證錨索施工成果和效用關(guān)鍵環(huán)節(jié)的預(yù)應(yīng)力施加一一錨索張 拉，還是沿襲傳統(tǒng)的張拉力由油壓表測(cè)讀，結(jié)合測(cè)量鋼絞線彈性伸長值核驗(yàn) 的"雙控法"原則，這種方法在水利水電及其他巖土工程施工領(lǐng)域中普遍使 用。該方法全部靠人工操作精度不高、勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低、存在較大 的人為誤差，同時(shí)也無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和反饋，對(duì)錨索這類隱蔽性工程施工 質(zhì)量難以起到應(yīng)有的保障作用，因而不適應(yīng)日新月異的巖土工程的發(fā)展。
(三) 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出的錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，就，決現(xiàn)有測(cè)力
計(jì)成本昂貴無法對(duì)每一束錨索單元體實(shí)施、無法測(cè)伸長值的問題；解決現(xiàn)有油壓
表測(cè)讀和鋼絞線彈性伸長測(cè)量結(jié)合的"雙控法"精度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低及
不能實(shí)時(shí)監(jiān)控的問題。其技術(shù)方案如下
錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括千斤頂3及液壓系統(tǒng)，其特征是 (A)設(shè)置拉桿式位移傳感器2,通過夾具2.3安裝固定在千斤頂3缸體33上； 位移傳感器活動(dòng)桿2.1前端2.1A直接固定于活塞3.1;或者活動(dòng)桿前端2.1A 固定于裝于活塞前端的圓環(huán)3.5,圓環(huán)為軸向隨活塞移動(dòng)，周向相對(duì)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的 圓環(huán)活接結(jié)構(gòu);位移傳感器信號(hào)輸出端經(jīng)長距離信號(hào)線2.4接數(shù)據(jù)采集模塊5 輸入端。(B)在千斤頂回油管3.4上裝設(shè)壓力傳感器4，再經(jīng)壓力變送器4.1和 長距離信號(hào)線4.2接設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模塊5輸入端。(C)數(shù)據(jù)采集模塊5內(nèi)有 順次連接的信號(hào)調(diào)理電路5.1、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器5.2和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5.3。其中信號(hào)調(diào) 理電路5.1有電流-電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換和濾波器。數(shù)據(jù)釆集模塊輸出端接設(shè)置的監(jiān) 控儀主機(jī)6。 (D)監(jiān)控te機(jī)6內(nèi)設(shè)有中央處理器6.1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6.2和串行通訊 口6.3。監(jiān)控儀主機(jī)6輸出端接電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7和自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)8，或增設(shè)鍵 盤、顯示屏和打印機(jī)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7輸出端接千斤頂液壓系統(tǒng)電機(jī)9控制回 路。(E)自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)8內(nèi)有數(shù)據(jù)傳輸模塊8.1和U盤8.2。
上述位移傳感器活動(dòng)桿安裝采用的圓環(huán)活接結(jié)構(gòu)、兩傳感器選型等下面結(jié) 合附圖詳細(xì)描述。
本實(shí)用新型有益效果①用艦的高精度傳感器替千分尺和壓力表，進(jìn)行自動(dòng) 湖懂，實(shí)現(xiàn)了量測(cè)手段的飛躍。位移傳感器設(shè)計(jì)量程200mm，同千斤頂活塞行程相同，
設(shè)計(jì)精度0. 5%,分辨率為0. 2mm;用高精度陶瓷電容式壓力傳感器，0.5%精度壓 力變送器。A/D轉(zhuǎn)換器精度達(dá)0.025。②用自動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)代替人工測(cè)量，大 大減少了量測(cè)誤差。③用功能強(qiáng)大的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)張拉施工過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的自 動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制，削減了繁瑣的工序勞動(dòng)。④用可靠的數(shù)據(jù)庫代替人工記錄對(duì)施 工數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，保證了施工原始記錄的及時(shí)性和真實(shí)性。⑤用數(shù)據(jù)整理系 統(tǒng)代替人工手動(dòng)匯總，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析，結(jié)合新版本錨固施工規(guī)范 要求，可自動(dòng)生成施工報(bào)表，實(shí)現(xiàn)施工報(bào)表規(guī)范化。⑥用傳統(tǒng)的錨索張拉一 束錨索，油泵操作、鋼絞線伸長值測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄需要三人，同時(shí)還需要進(jìn) 行繁瑣、冗長的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析與計(jì)算。用自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，只需要一人便可 完成。若實(shí)現(xiàn)群錨張拉，可節(jié)省人工三分之二。⑦模擬信號(hào)調(diào)理電路5.1將電 流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)并除去干擾信號(hào)以保證采集的錨索變形和張力失真率小。⑧ 活塞前端設(shè)圓環(huán)活接結(jié)構(gòu)和環(huán)形防護(hù)。實(shí)現(xiàn)活動(dòng)桿既可隨活塞移動(dòng)，又可實(shí)現(xiàn) 鋼絞線、活動(dòng)桿旋轉(zhuǎn),活塞不隨旋轉(zhuǎn)，不影響位移測(cè)量誤差和損壞傳感器。
(四)

圖l本實(shí)用新型錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)總布置示意圖 圖2張拉自動(dòng)控制方法編程流程圖
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例按以下幾大部分，分別描述。
(A)位移測(cè)量見圖l，鋼絞線1穿過預(yù)應(yīng)力千斤頂3中心，千斤頂型號(hào)為 YDC240Q,其內(nèi)設(shè)有油缸3.3、活塞3.1、穿心套3.6、回程彈簧3.7、夾片3.8、 錨環(huán)3.9、支撐套螺母3.10和支撐套3.1 l等。位移傳感器選拉桿式電感位移傳 感器2,最大位移量200mnv精度0.1%,型號(hào)為H-250,位移傳感器2沿軸向通 過夾具2.3安裝固定在千斤頂3缸體3.3上，夾具為兩個(gè)固定于位移傳感器外 殼2.2并箍在缸體上的連接環(huán)2.3。活塞前端開凹形環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)^A作為滑動(dòng) 軸承外圈的圓環(huán)3.5,活塞環(huán)槽底作為滑動(dòng)軸承的軸頸3.5B，圓環(huán)和活塞摩擦面間 裝高硬度及抗磨性材料的環(huán)形防護(hù)3.5A。當(dāng)千斤頂液壓系統(tǒng)電機(jī)9啟動(dòng)油泵11 控制送油閥10，壓力油經(jīng)進(jìn)油管3.2進(jìn)入缸體內(nèi)，活塞在油壓作用下拉鋼鉸線 1,進(jìn)行自動(dòng)張拉，此時(shí)活塞相對(duì)缸體和位移傳感器軸向前移，活動(dòng)桿也隨活塞 的移動(dòng)相對(duì)位移傳感器本體軸向移動(dòng)，由此傳感器內(nèi)線圈電感變化，位移傳感 器產(chǎn)生位移電信號(hào)。若鋼絞線在張力作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，則缸體3.3、位移 傳感器2、活動(dòng)桿2.1均隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)可帶動(dòng)作為滑動(dòng)軸承的圓環(huán)3.5轉(zhuǎn)動(dòng), 而作為軸承軸頸3.5B即活塞3.1保持不轉(zhuǎn)，因此避免了測(cè)量誤差和傳感器損 壞。活塞位移量為鋼絞線張拉彈性伸長值。位移傳感器將檢測(cè)的位移量轉(zhuǎn)換成電 流信號(hào),信號(hào)輸出標(biāo)準(zhǔn)4^20m^經(jīng)長距離信號(hào)線2.4傳輸?shù)接布杉脚_(tái)，接入數(shù) 據(jù)采集模塊輸入端2a、 2b。當(dāng)張拉完畢，千斤頂卸荷，夾片3.8自動(dòng)拆開，工作鋼 鉸線夾片自徵千斤頂?shù)葟匿摻g線上取出。
(B)張拉力測(cè)量見圖1，壓力傳感器選用陶瓷電容式壓力傳感器4，最大測(cè) 量壓力60MPa，精度0.5%,型號(hào)為80803。見圖l，在千斤頂3回油管3.4上裝設(shè) 壓力傳感器4，它將測(cè)量的千斤頂油壓轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，信號(hào)輸出端經(jīng)壓力
變送器4.1 ，(壓力變送器精度為0.5%)，將壓力傳感器4原始電信號(hào)變成輸出標(biāo) 準(zhǔn)為4~20mA電流信號(hào)，再由長距離信號(hào)線4.2傳輸?shù)接布杉脚_(tái)，再接入 數(shù)據(jù)采集模塊5輸入端4a、 4b。錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)可將測(cè)量的油壓(電信 號(hào))根據(jù)千斤頂活塞面積換算成張拉力，見如下?lián)Q算公式M-KF-Ko式中 M—千斤頂3頂壓MPa, F—張拉力KN, K和Ko—-由千斤頂率定結(jié)果確定。
(C) 數(shù)據(jù)采集及處理見圖1，數(shù)據(jù)采集模塊5內(nèi)有順次連接的信號(hào)調(diào)理電 路5.1、徵數(shù)轉(zhuǎn)換器5.2和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5.3。輸入端2a、 2b和4a、 4b分別輸入錨 索鋼絞線1的伸長值(即位移)和壓力的模擬信號(hào),經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路5.1將輸入的 4 20標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為1 5V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，再通過濾波器濾去除干擾信 號(hào)。衡數(shù)轉(zhuǎn)換器5.2對(duì)濾波以后的模擬信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換器精 度達(dá)0. 025%)，獲得的數(shù)字信號(hào)送入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5.3;并設(shè)有采樣時(shí)鐘發(fā)生器5.4， 產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)控制設(shè)置的地址發(fā)生器5.5、徵數(shù)轉(zhuǎn)換器5.2和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5.3 使其嚴(yán)格按時(shí)序進(jìn)行工作；地址發(fā)生器向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器5.3提供地址信號(hào)。
(D) 張拉自動(dòng)控制見圖1,設(shè)監(jiān)控儀主機(jī)6，其內(nèi)設(shè)有中央處理器6.1、數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)器6.2和串行通訊口 6.3。其中中央處理器6.1采用處理速度達(dá)每秒1百萬 條指令。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6.2可為電子硬盤。為顯示和打印出位移和張拉力有關(guān)數(shù) 據(jù)，增設(shè)小型打印機(jī)6.6、顯示屏6.5、鍵盤6.4。監(jiān)控儀主機(jī)6輸出端接電機(jī)驅(qū) 動(dòng)模塊7和自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)8，電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7通過長距離信號(hào)線7.1接電機(jī) 9。進(jìn)油管路3.2中裝送油閥10，通過控制電機(jī)9控制送油閥10開度實(shí)現(xiàn)自動(dòng) 張拉，監(jiān)控儀主機(jī)6根據(jù)錨索施工規(guī)范或施工技術(shù)要求中規(guī)定的張拉加載速 率、持續(xù)穩(wěn)壓時(shí)間等向電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊7發(fā)出信號(hào)，控制電機(jī)9的方向和速度達(dá)到 控制油壓的目的。千斤頂液壓系統(tǒng)中還有油泵11和油箱12等。
(E) 自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)8內(nèi)有數(shù)據(jù)傳輸模塊8.1和U盤8.2;其數(shù)據(jù)傳輸模 塊8.1和上面的串行通訊口 6.3均按V282傳輸協(xié)議要求設(shè)計(jì)，保證數(shù)據(jù)在惡劣 工況下穩(wěn)定、準(zhǔn)確地傳輸。本系統(tǒng)有實(shí)現(xiàn)報(bào)表、圖表處理的數(shù)據(jù)庫軟件系統(tǒng)。
見圖2,張拉自動(dòng)控制通過編程控帶i其，包括如下步驟 1)'準(zhǔn)備張拉，；2) <傳感器異常'(兩傳感器3和4有輸出電信號(hào))；若有 (Y)則張拉在進(jìn)行,一直到'結(jié)束張拉'；若無(N)，則進(jìn)行3)'開始張拉'；通 過控制電機(jī)控制送油閥IO開度實(shí)現(xiàn)；4)'加載油壓'監(jiān)^^儀主機(jī)6根據(jù)張拉 加載速率控制電機(jī)9的方向和速度實(shí)現(xiàn);5) <P《Pi 位移增加？，當(dāng)P《Pi是 (Y)，位移沒有增加(N)，則為(YN)回到加載油壓；當(dāng)P《Pi不是(NY),位移有增 加(YY),則暫停加壓；當(dāng)P《Pi不是(NY)，位移沒有增加，則為(NN)，進(jìn)行6);P1為 某加載時(shí)間內(nèi)設(shè)定的不斷變化油壓值；6) 'Po《P《Po+0.5':當(dāng)不是(N)則回到 加載油壓,當(dāng)是(Y)則預(yù)緊完成;P0為預(yù)緊油壓；7)'預(yù)緊完成'同時(shí)'存儲(chǔ)數(shù)據(jù)'； 8)'加載油壓'；9) 'P《Pi 位移增加？，當(dāng)P《Pi是(Y)，位移沒有增加(N)， 則回到加載油壓；當(dāng)P《Pi不是(NY)，位移有增加(YY)，則暫停加壓，當(dāng)P《Pi 不是(NY),位移沒有增加，則為(NN)，進(jìn)行10); 10) 'P《P2"KU，，當(dāng)是(Y)則回 到加載油壓，當(dāng)不是(N)則進(jìn)行11);P2為張拉該循環(huán)最大油壓；11)'開始穩(wěn)壓 計(jì)時(shí)To《T' ;12) '結(jié)束張拉'。
權(quán)利要求1.錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，包括千斤頂(3)及液壓系統(tǒng)其特征是(A)設(shè)置拉桿式位移傳感器(2)，通過夾具(2.3)安裝固定在千斤頂(3)缸體(3.3)上；位移傳感器活動(dòng)桿(2.1)前端(2.1A)直接固定于活塞(3.1)；或者活動(dòng)桿前端(2.1A)固定于裝于活塞前端的圓環(huán)(3.5)，圓環(huán)為軸向隨活塞移動(dòng)，周向相對(duì)活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的圓環(huán)活接結(jié)構(gòu)；位移傳感器信號(hào)輸出端經(jīng)長距離信號(hào)線(2.4)接數(shù)據(jù)采集模塊(5)輸入端；(B)在千斤頂回油管(3.4)上裝設(shè)壓力傳感器(4)，再經(jīng)壓力變送器(4.1)和長距離信號(hào)線(4.2)接數(shù)據(jù)采集模塊(5)輸入端；(C)設(shè)置的數(shù)據(jù)采集模塊(5)內(nèi)有順次連接的信號(hào)調(diào)理電路(5.1)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(5.2)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(5.3)；數(shù)據(jù)采集模塊(5)輸出端接設(shè)置的監(jiān)控儀主機(jī)(6)；(D)監(jiān)控儀主機(jī)(6)內(nèi)設(shè)有中央處理器(6.1)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(6.2)和串行通訊口(6.3)，監(jiān)控儀主機(jī)(6)輸出端接設(shè)置的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)和自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)(8)；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊(7)輸出端接千斤頂液壓系統(tǒng)電機(jī)(9)控制電路；(E)自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)(8)內(nèi)有數(shù)據(jù)傳輸模塊(8.1)和U盤(8.2)。
2.
3. 按權(quán)利要求1所述錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是監(jiān)控儀主機(jī)(6)內(nèi)設(shè) 顯示器(6.5)、鍵盤(6.4)和打印機(jī)(6.6)。
4. 按權(quán)利要求1所述錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是位移傳感器選用拉桿 式電感位移傳感器(2),最大位移量200m叫精度0.1%;信號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)為4~20mA。
5. 按權(quán)利要求1所述錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是壓力傳感器選用陶 瓷電容式壓力傳感^(4)，最大測(cè)量壓力60MPa，精度0.5%;壓力變送器(4.1)精 度為0.5%，信號(hào)線標(biāo)準(zhǔn)為4^20rnA。
專利摘要錨索張拉自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。被張拉的鋼絞線穿過千斤頂中心，并在缸體外裝拉桿式位移傳感器，同時(shí)在回油管上裝壓力傳感器，將測(cè)量的位移和油壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)長距離傳輸?shù)接布脚_(tái)，順次設(shè)數(shù)據(jù)采集模塊，含中央處理器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和串行通訊口的監(jiān)控儀主機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)輸出系統(tǒng)。用編程控制，用電機(jī)控制送油閥開度實(shí)現(xiàn)自動(dòng)張拉，再由張拉速度和油壓信號(hào)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向和速度，達(dá)到控制油壓。實(shí)現(xiàn)了錨索張拉自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋、自動(dòng)記錄和打印報(bào)表圖表，不僅大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高效率，且有效保障錨索施工質(zhì)量。用先進(jìn)的高精度傳感器代替現(xiàn)有千分尺和壓力表，實(shí)現(xiàn)量測(cè)手段飛躍。用于需預(yù)應(yīng)力施加—錨索張拉的巖土工程中。
文檔編號(hào)G01L5/10GK201181418SQ20082006311
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者李正兵, 羅建林, 蔣小春 申請(qǐng)人:中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司;北京中大華瑞科技有限公司