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標(biāo)題: 角位移傳感器的應(yīng)用技術(shù) [打印本頁(yè)]

作者: 寂靜天花板 時(shí)間: 2015-12-25 21:19
標(biāo)題: 角位移傳感器的應(yīng)用技術(shù)
傳感器是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。角位移傳感器（也稱傾角傳感器）是其中的一種，它可以用來(lái)測(cè)量物體相對(duì)于水平面的傾角值。
角位移傳感器最直接的應(yīng)用是檢測(cè)各類(lèi)設(shè)備、物體與水平面的傾角值，或者是運(yùn)動(dòng)設(shè)備或物體的角位移變化值。如工廠里常用的皮帶輸送機(jī)，可能需要檢測(cè)其相對(duì)于水平面的傾角，當(dāng)皮帶輸送機(jī)是移動(dòng)式或在物料堆場(chǎng)的堆取料機(jī)上安裝時(shí)，其運(yùn)行角度是變化的，都可能需要使用角位移傳感器檢測(cè)其傾角變化值或角位移值。

但是在更多的應(yīng)用里，可能用戶并不需要了解設(shè)備或物體的傾角值，而只不過(guò)是通過(guò)角位移傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)的變化，了解設(shè)備或物體的狀態(tài)是否安全、性能是否最佳。而這樣一些應(yīng)用大大拓展了角位移傳感器的應(yīng)用空間，使其廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，從而發(fā)揮了更大的作用。
我們可以對(duì)角位移傳感器的應(yīng)用作一些歸類(lèi)，一方面要在目前已經(jīng)進(jìn)入的領(lǐng)域作進(jìn)一步的開(kāi)拓，另一方面積極探索進(jìn)入新領(lǐng)域的可能性。以下作者將就涉及安全、市政、節(jié)能增效等應(yīng)用場(chǎng)合探討角位移傳感器的應(yīng)用技術(shù)。
安全應(yīng)用
在金屬礦山或煤礦露天開(kāi)采時(shí)，邊坡越陡，廢石采掘量越少，經(jīng)濟(jì)效益越高，但邊坡的穩(wěn)定性就降低了。所以采場(chǎng)的做法是采用高陡邊坡，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采場(chǎng)邊坡穩(wěn)定性就需要采用角位移傳感器，用于對(duì)邊坡可能發(fā)生滑坡的危險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)，當(dāng)有滑坡危險(xiǎn)的苗頭時(shí)，應(yīng)預(yù)判滑動(dòng)性質(zhì)、滑動(dòng)體規(guī)模和準(zhǔn)確預(yù)報(bào)滑坡等以確保人員和設(shè)備的安全，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。
電視塔等高度非常高的建筑物，在建設(shè)過(guò)程中或者后期維護(hù)中需要對(duì)塔體的傾斜角度采用角位移傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防建筑物傾斜倒塌事故發(fā)生。年代久遠(yuǎn)的古建筑物、歷史文物需要進(jìn)行保護(hù)時(shí)，也往往需要采用包括角位移傳感器在內(nèi)的傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。據(jù)介紹，泰山世界文化遺產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息及監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案將泰山古建筑群、碑刻群列為重要保護(hù)對(duì)象，方案要求對(duì)這類(lèi)保護(hù)對(duì)象進(jìn)行微環(huán)境、穩(wěn)定性及風(fēng)化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，其中穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)就需要采用包括角位移傳感器在內(nèi)的各類(lèi)傳感器對(duì)建筑群、碑刻群的傾斜、位移、開(kāi)裂進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
活火山有可能?chē)姲l(fā)，甚至造成火山性地震，為了了解火山噴發(fā)前的地殼運(yùn)動(dòng)，可以把角位移傳感器埋置在火山附近的地下深處，當(dāng)火山將要噴發(fā)的時(shí)候，就可以對(duì)通過(guò)地殼運(yùn)動(dòng)引起的角位移傳感器角度變化進(jìn)行檢測(cè)。日本九州鹿兒島縣櫻島的火山活動(dòng)非常活躍，2006年、2009年、2011年、2013年就發(fā)生了4次較大規(guī)模的火山噴發(fā)，而在2015年的8月23日，櫻島活火山發(fā)生了4次小規(guī)模的噴發(fā)，煙高300~600m，角位移傳感器的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示山體仍然處于膨脹狀態(tài)。日本氣象廳認(rèn)為發(fā)生大規(guī)模噴發(fā)的可能性增大，宣布維持第4級(jí)噴發(fā)預(yù)警，呼吁民眾予以高度警惕，并要求當(dāng)?shù)鼐用癖茈y。
一些高空作業(yè)的車(chē)輛，如塔式起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)、火車(chē)線路架橋機(jī)、高空作業(yè)車(chē)等移動(dòng)式作業(yè)車(chē)輛，其車(chē)體質(zhì)量主要分布在豎直方向上，因此，其在水平方向上的平衡性比較差。一旦所處地面不平整，車(chē)體晃動(dòng)，很容易引起側(cè)翻發(fā)生，威脅使用者的人身安全。塔式起重機(jī)所裝備的防傾翻監(jiān)控儀由角位移傳感器和傾角顯示報(bào)警器組成，當(dāng)塔身的傾斜角度超過(guò)角位移傳感器設(shè)置的臨界角度時(shí)，報(bào)警裝置報(bào)警，提醒操作人員注意并排除引起傾翻的風(fēng)險(xiǎn)因素，確保作業(yè)過(guò)程安全。輪胎式起重機(jī)駕駛室的水平狀態(tài)和吊桿傾角均由角位移傳感器來(lái)測(cè)量（見(jiàn)圖2），將這兩個(gè)變化量引入安全系統(tǒng)，以防止傾翻事故的發(fā)生。

2008年我國(guó)南方最冷的冬天很多輸電線路因結(jié)冰增重而造成輸電線鐵塔倒塌的事故，而現(xiàn)在角位移傳感器應(yīng)用于輸電線鐵塔傾斜角度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦因?yàn)榫€路結(jié)冰、大風(fēng)等自然災(zāi)害導(dǎo)致傾斜角度過(guò)大，可實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，由工作人員維修以減少損失。
市政應(yīng)用
市政行業(yè)的應(yīng)用是一個(gè)極具潛力的應(yīng)用領(lǐng)域，如隨著城市的飛速發(fā)展，城市商業(yè)化元素也在迅速的增長(zhǎng)，廣告牌匾大幅度增加，但當(dāng)出現(xiàn)大風(fēng)、驟雨等極端天氣時(shí)，這些大型戶外廣告發(fā)生傾倒的事例屢見(jiàn)不鮮，成為城市管理中突出的安全隱患。人工巡查費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)大型戶外廣告牌匾穩(wěn)固性的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。基于角位移傳感器的大型廣告牌匾傾斜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)大型牌匾傾斜角度的實(shí)時(shí)測(cè)量、動(dòng)態(tài)智能感知預(yù)警，使監(jiān)管單位第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)存在的安全隱患，保證及時(shí)修繕。北京西城區(qū)就在大型戶外廣告牌匾上加裝了角位移傳感器，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)焦芾聿块T(mén)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)大型廣告牌匾的傾倒情況自動(dòng)化預(yù)警。
昆明市城市管理綜合行政執(zhí)法局在城市道路橋梁管理信息系統(tǒng)中首次對(duì)橋梁牢固度、車(chē)流量、橋墩傾斜等數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，其中包括橋墩傾斜監(jiān)測(cè)儀。如當(dāng)車(chē)輛經(jīng)過(guò)橋梁時(shí)，每個(gè)橋墩都會(huì)產(chǎn)生微小的傾斜，可通過(guò)角位移傳感器監(jiān)測(cè)傾斜數(shù)據(jù)。再通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控平臺(tái)，如果傾斜數(shù)值突破正常范圍，系統(tǒng)就會(huì)立即報(bào)警，工作人員就會(huì)馬上趕到現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)橋梁安全情況進(jìn)行檢查。

新疆阿勒泰市政府購(gòu)置了一輛32m的云梯消防車(chē)，車(chē)上安裝了角位移傳感器，對(duì)云梯伸縮臂在不同的舉升高度時(shí)的傾斜角度進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)控，以避免云梯因超載引起傾覆事故。而在路面非平整地帶，還可以通過(guò)裝在云梯底部平臺(tái)的角位移傳感器對(duì)車(chē)體自身的傾斜角進(jìn)行測(cè)量并修正，以保證傾角測(cè)量的真實(shí)性。
道路井蓋是城市地下管道系統(tǒng)中的一項(xiàng)公共基礎(chǔ)設(shè)施，主要用于遮蓋地面上的各類(lèi)深井坑，以防行人及車(chē)輛跌落或陷入其中，避免安全意外的發(fā)生，同時(shí)也能對(duì)地下設(shè)施起到了隔絕保護(hù)的作用。當(dāng)前城市道路井蓋數(shù)量龐大，覆蓋范圍廣，傳統(tǒng)的人為監(jiān)控和管理已經(jīng)顯得力不從心。通過(guò)在井蓋上加裝角位移傳感器，然后以遠(yuǎn)程無(wú)線監(jiān)控方式可對(duì)井蓋的日常狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。
沉香為傳統(tǒng)名貴中藥，每克市價(jià)高達(dá)數(shù)萬(wàn)港幣，香港過(guò)去3年已有近500棵沉香樹(shù)被非法砍伐。香港中文大學(xué)研發(fā)出“護(hù)樹(shù)監(jiān)控系統(tǒng)”，集合了聲波傳感器、溫濕度傳感器、角位移傳感器等功能的新型傳感器模塊，可24小時(shí)監(jiān)控樹(shù)木狀況，若有人錘擊或砍伐沉香樹(shù)，傳感器信息將通過(guò)Wi-Fi或電信網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心發(fā)出警報(bào)。
節(jié)能增效應(yīng)用
為充分利用太陽(yáng)能發(fā)電，選擇太陽(yáng)能電池板的方位角與傾斜角是一個(gè)重要的問(wèn)題，太陽(yáng)能雙軸跟蹤器采用主動(dòng)式跟蹤，通過(guò)驅(qū)動(dòng)兩臺(tái)步進(jìn)電機(jī)以實(shí)現(xiàn)光伏電池水平和豎直方向同時(shí)對(duì)太陽(yáng)自動(dòng)跟蹤，從而保證電池板表面時(shí)刻與太陽(yáng)光線垂直，最大限度地接收太陽(yáng)能量，從而有效地提高整個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量。研究表明，太陽(yáng)能設(shè)備對(duì)太陽(yáng)光線的跟蹤與非跟蹤，其能量的利用率相差30~40%。

通常電子皮帶秤的傳感器只有測(cè)量承載器上物料瞬時(shí)重量的稱重傳感器和測(cè)量皮帶行程的位移傳感器，當(dāng)皮帶輸送機(jī)傾角固定不變時(shí)，電子皮帶秤的稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號(hào)的乘積就是物料的瞬時(shí)流量；當(dāng)輸送皮帶機(jī)傾角可能改變時(shí)，稱重傳感器及位移傳感器兩個(gè)信號(hào)乘積所得的物料的瞬時(shí)流量要用角位移傳感器的信號(hào)進(jìn)行修正，南京三埃工控股份有限公司在港口可移動(dòng)皮帶秤上以其最新發(fā)明專利——三維姿態(tài)跟蹤技術(shù)（全方位稱重單元姿態(tài)跟蹤），完成稱重系統(tǒng)的角度變化跟蹤、檢測(cè)，從而達(dá)到在最大和最小角度的計(jì)量誤差優(yōu)于0.5%運(yùn)行準(zhǔn)確度。據(jù)計(jì)算，如果沒(méi)有安裝角位移傳感器，當(dāng)移動(dòng)式皮帶機(jī)的傾角由13°增大到18°時(shí)，僅由傾角變化所引起的測(cè)量誤差將超過(guò)2.40%。

無(wú)人機(jī)上安裝了高精度角位移傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛機(jī)的飛行姿態(tài)，信號(hào)通過(guò)無(wú)線電波傳輸?shù)降孛婵刂浦行模篃o(wú)人機(jī)能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定飛行。
小結(jié)
綜上所述，角位移傳感器的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，針對(duì)角位移傳感器進(jìn)一步的發(fā)展，我有以下幾點(diǎn)建議：應(yīng)拓寬角位移傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍；由于新的應(yīng)用中測(cè)點(diǎn)大多相對(duì)分散，目前很多應(yīng)用中采用的無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)該是角位移傳感器信號(hào)傳送的發(fā)展方向；由于大量的應(yīng)用是在環(huán)境條件惡劣的露天場(chǎng)所，所以角位移傳感器的工作溫度范圍、振動(dòng)、電磁干擾、防護(hù)等級(jí)等應(yīng)適應(yīng)苛刻環(huán)境的要求。

作者: hc2003 時(shí)間: 2015-12-25 21:58
傳感器越來(lái)越像人的神經(jīng)系統(tǒng)；比人的感知準(zhǔn)確得多的多的多，呵呵

作者: shi.zhang 時(shí)間: 2015-12-26 08:41
贊

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