一种具有故障监测功能的拉线位移传感器及使用方法

摘要

本发明提供一种具有故障监测功能的拉线位移传感器及使用方法，涉及拉绳位移传感器技术领域，其中一种具有故障监测功能的拉线位移传感器，包括底板、弹簧腔、龙毂腔、检测腔、盖板、龙毂、拉线孔以及中心轴，中心轴连接有第一轴承和第二轴承，弹簧腔设有第一板、第二板以及弹簧，检测腔设有检测电路板、第一齿轮和与第一齿轮啮合连接的第二齿轮，第一齿轮设置有磁性件，检测电路板设有互为冗余的第一检测电路通道的第二检测电路通道以及互为冗余的第一状态监测通道和第二状态监测通道。本发明结构简单，位移传感测量准确，可以检查传感器安装和运行状态，可以自动监测自身运行状态，采用双路冗余加速度传感器，控制实现闭环，运行可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及拉绳位移传感器技术领域，

尤其是，本发明涉及一种具有故障监测功能的拉线位移传感器及使用方法。

背景技术

拉绳位移传感器又称拉绳传感器、拉绳电子尺、拉绳编码器。拉绳位移传感器是直线位移传感器在结构上的精巧构成，充分结合了角度传感器和直线位移传感器的优点，成为一款安装尺寸小、结构紧凑、测量行程大、精度高的传感器，行程从几百毫米至几十米不等。

拉绳位移传感器的适用范围越来越大，其中很多具有危险性的领域，例如高塔吊车通过拉线位移传感器测量前臂伸出长度，那么对于拉绳位移传感器的自身状态稳定性和检测数据的稳定性要求很高，例如中国专利实用新型专利CN210513711U公开一种拉线位移传感器装置，包括传感器固定支架和减震器固定支架，传感器固定支架可拆卸套设于拉线位移传感器，减震器固定支架可拆卸套设于减震器外筒上，传感器固定支架中心轴线和减震器固定支架中心轴线平行设置且两者紧邻固定连接，传感器挂钩固定连接在减震器安装点上，拉线位移传感器顶端设置有滑轮装置，拉线位移传感器的拉线滑动连接于滑轮装置上且其一端与传感器挂钩连接。上述实用新型的一种拉线位移传感器装置拉线位移传感器布置在减震器上，通过测量减震器行程的方法，解决路试实验测量悬架跳动困难、测量结果误差大的问题；不破坏车辆结构；改变拉线的方向，为悬架跳动量的测量提供新思路。

但是上述拉线位移传感器结构依然存在以下问题：使用过程中无法频繁检查传感器安装和运行状态，如果在使用过程中发送故障，无法正确回传测量数据，从而可能造成不必要的事故，同时随着自动化水平的不断提高，操作人员在机器运行时的干预和判断应逐步被自动判断所替代，要求传感器可以自动监测自身运行状态，在传感器发送故障之前的异常工况下，无法及时发出警告；在传感器发送故障时，无法及时发出报警，无法使系统控制实现闭环，系统的运行可靠性差，设备可能因为维护不及时而产生的设备故障。

因此为了解决上述问题，设计一种合理高效的具有故障监测功能的拉线位移传感器对我们来说是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，位移传感测量准确，使用过程中可以检查传感器安装和运行状态，正确回传测量数据，避免不必要的事故，采用了双路冗余加速度传感器，传感器可以自动监测自身运行状态，系统控制实现闭环，系统的运行可靠性高的具有故障监测功能的拉线位移传感器。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案得以实现的：

一种具有故障监测功能的拉线位移传感器，包括底板、设置于所述底板上的弹簧腔、设置于所述弹簧腔上的龙毂腔、设置于所述龙毂腔上的检测腔以及设置于所述检测腔上的盖板，所述龙毂腔内设置有绕设有拉线的龙毂，所述龙毂腔侧壁设置有用于方便所述拉线穿过的拉线孔，所述龙毂连接有中心轴，所述弹簧腔与龙毂腔连接处设置有用于方便固定所述中心轴的第一轴承，所述龙毂腔和检测腔连接处设置有用于方便固定所述中心轴的第二轴承，所述弹簧腔上设置有第一板、与所述中心轴连接的第二板以及用于连接所述第一板和第二板的弹簧，所述检测腔内设置有检测电路板、第一齿轮和与所述中心轴连接的第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合连接，所述第一齿轮靠近所述检测电路板的一侧设置有磁性件，所述检测电路板上设置有第一检测电路通道、第二检测电路通道、第一状态监测通道以及第二状态监测通道，所述第一检测电路通道和第二检测电路通道互为冗余，所述第一状态监测通道和第二状态监测通道互为冗余。

作为本发明的优选，所述弹簧的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述检测电路板上设置有供电件、总控电路、通信件以及与所述通信件电连接的通信保护电路。

作为本发明的优选，所述底板上设置有安装孔、用于穿过所述安装孔的安装螺栓以及用于连接所述底板与所述弹簧腔的第一连接螺栓。

作为本发明的优选，所述安装孔、安装螺栓以及第一连接螺栓的数量均至少为一个。

作为本发明的优选，所述盖板上设置有用于连接所述盖板与检测腔的第二连接螺栓。

作为本发明的优选，所述第二连接螺栓的数量至少为一个。

作为本发明的优选，所述检测腔上设置有与所述检测电路板电连接的通讯电缆以及用于方便所述通讯电缆穿过的电缆孔。

作为本发明的优选，所述第一齿轮的外径不小于所述第二齿轮的外径。

本发明还提供一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的使用方法，包括以下步骤：

S1：进行自检，确保龙毂、中心轴、第一齿轮和第二齿轮连接正常；

S2：拉动拉线，龙毂发生转动，带动第一齿轮上的磁性件转动，使得检测电路板产生电信号；

S3：获取检测电路板上的第一状态监测通道和第二状态监测通道的测量数据，得到第一对比值；

S4：判断第一对比值是否大于第一阈值，若是则发出警示；反之则执行步骤S5；

S5：获取检测电路板上的第一检测电路通道和第二检测电路通道的测量数据，得到第二对比值；

S6：判断第二对比值是否大于第二阈值，若是则进行警报；反之则上传检测电路板电信。

本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器及使用方法的有益效果在于：结构简单，位移传感测量准确，使用过程中可以检查传感器安装和运行状态，正确回传测量数据，避免不必要的事故，采用了双路冗余加速度传感器，传感器可以自动监测自身运行状态，系统控制实现闭环，系统的运行可靠性高。

附图说明

图1为本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的一个实施例的检测电路板的模块示意图；

图3为本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的使用方法的工作流程示意图；

图中：1、底板，2、安装孔，21、安装螺栓，3、弹簧腔，41、第一板，42、第二板，43、弹簧，5、龙毂，6、龙毂腔，7、检测腔，8、盖板，81、第二连接螺栓，9、检测电路板，91、供电件，92、第一检测电路通道，93、第二检测电路通道，94、总控电路，95、第一状态监测通道，96、第二状态监测通道，97、通信件，98、通信保护电路，10、磁性件，11、第一齿轮，12、第二齿轮，13、电缆孔，131、通讯电缆，141、第一轴承，142、第二轴承，15、拉线孔，151、拉线，16、中心轴，17、第一连接螺栓。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的模块和步骤的相对布置和步骤不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中的流程并不仅仅是单独进行，而是多个步骤相互交叉进行。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法及系统可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法及系统应当被视为授权说明书的一部分。

实施例一：如图1、2所示，仅仅为本发明的其中一个的实施例，一种具有故障监测功能的拉线位移传感器，包括底板1、设置于所述底板1上的弹簧腔3、设置于所述弹簧腔3上的龙毂腔6、设置于所述龙毂腔6上的检测腔7以及设置于所述检测腔7上的盖板8，所述龙毂腔6内设置有绕设有拉线151的龙毂5，所述龙毂腔6侧壁设置有用于方便所述拉线151穿过的拉线孔15，所述龙毂5连接有中心轴16，所述弹簧腔3与龙毂腔6连接处设置有用于方便固定所述中心轴16的第一轴承141，所述龙毂腔6和检测腔7连接处设置有用于方便固定所述中心轴16的第二轴承142，所述弹簧腔3上设置有第一板41、与所述中心轴16连接的第二板42以及用于连接所述第一板41和第二板42的弹簧43，所述检测腔7内设置有检测电路板9、第一齿轮11和与所述中心轴16连接的第二齿轮12，所述第二齿轮12与所述第一齿轮11啮合连接，所述第一齿轮11靠近所述检测电路板9的一侧设置有磁性件10，所述检测电路板9上设置有第一检测电路通道92、第二检测电路通道93、第一状态监测通道95以及第二状态监测通道96，所述第一检测电路通道92和第二检测电路通道93互为冗余，所述第一状态监测通道95和第二状态监测通道96互为冗余。

在本发明中，整个装置从上至下依次为底板1、弹簧腔3、龙毂腔6、检测腔7以及盖板8，底板1固定设置，弹簧腔3内设置有设置有弹性底座，龙毂腔6内设置有龙毂5，检测腔7内设置有电磁件10和检测电路板9，拉线151拉出时，带动龙毂5转动，从而带动中心轴16和第二齿轮12转动，最终使得第一齿轮11转动带动电磁件10切割磁场，使得检测电路板9内产生电信号，对拉线151拉出的数据进行测量。

首先是结构部分，所述龙毂腔6内设置有绕设有拉线151的龙毂5，所述龙毂腔6侧壁设置有用于方便所述拉线151穿过的拉线孔15，所述龙毂5连接有中心轴16，所述弹簧腔3与龙毂腔6连接处设置有用于方便固定所述中心轴16的第一轴承141，所述龙毂腔6和检测腔7连接处设置有用于方便固定所述中心轴16的第二轴承142，所述弹簧腔3上设置有第一板41、与所述中心轴16连接的第二板42以及用于连接所述第一板41和第二板42的弹簧43，所述检测腔7内设置有检测电路板9、第一齿轮11和与所述中心轴16连接的第二齿轮12，所述第二齿轮12与所述第一齿轮11啮合连接。

在这里，拉线151穿过拉线孔15进行拉出和缩回，带动龙毂5转动，中心轴16与龙毂5同轴连接，中心轴16的下端通过第一轴承141延伸至弹簧腔3内，第二板42通过弹簧41设置于第一板41靠近中心轴16的一侧，中心轴16下端紧贴第二板42上表面，第二板42类似于弹性底座对中心轴16进行弹性支撑；中心轴16的上端通过第二轴承142延伸至检测腔7，中心轴16上端固定设置有第二齿轮12，拉线151拉出时，第二齿轮12带动第一齿轮11啮合转动。

当然，龙毂5、第二齿轮12、中心轴16、第一轴承141以及第二轴承142均为同轴设置。

然后是数据测量部分，所述第一齿轮11靠近所述检测电路板9的一侧设置有磁性件10，所述检测电路板9上设置有第一检测电路通道92、第二检测电路通道93、第一状态监测通道95以及第二状态监测通道96，所述第一检测电路通道92和第二检测电路通道93两者互为冗余；所述第一状态监测通道95和第二状态监测通道96两者互为冗余。

需要注意的是，互为冗余的两组通道设置在一起或者相邻设置，两组通道的探测数据相同或者成正比关系，一旦两者数据出现误差，则说明系统探测出现异常。第一齿轮11转动时使得电磁件10运动，在检测电路板9内产生电信号，检测电路板9内的电路包括互为冗余的第一检测电路通道92和第二检测电路通道93、以及互为冗余的第一状态监测通道95和第二状态监测通道96，这样形成两组互为冗余的双通道。

在这里，第一检测电路通道92和第二检测电路通道93设计为互补模式，互为冗余，以实现对拉线长度的可靠测量。第一状态监测通道95和第二状态监测通道96设计有两路数字加速度电路，两路数字加速度电路同时具有测量传感器姿态和监测传感器振动情况的功能。也就是互为冗余的第一状态监测通道95和第二状态监测通道96用于检测传感器的放置角度和工作时的振动情况；互为冗余的第一检测电路通道92和第二检测电路通道93用于检测拉线拉出时的传感器输出信号。

当传感器长期使用后中心轴16发生磨损、固定传感器的螺栓发生松动或弹簧43、龙毂5工作异常时，通过第一状态监测通道95和第二状态监测通道96监测传感器的放置角度和工作时的振动情况（即互为冗余的双通道数据误差变大），当发生上述问题时，说明设备运行状态为非正常状态，此时传感器向上位机发送提醒指令（警示指令），操作人员应对传感器或设备进行保养，防止设备进一步损坏。

当传感器长期使用后中心轴16磨损严重发送严重偏移或断裂后，导致拉线151拉出时的传输无法带动第一齿轮11转动时，检测电路板9中互为冗余的第一检测电路通道92和第二检测电路通道93测量数据异常（即互为冗余的双通道数据误差变大），向上位机发送异常警报，系统应立刻停止动作。

这样，采用双冗余采集电路，提高了采集电路的可靠性，并通过功能复用实现了数据采集和故障监控两种功能，采用了双路冗余加速度传感器，通过实时采集传感器角度，振动特征值，自动判断传感器运行状态，在故障前期发出警示，在发生故障时发出警报。

在这里，警示信号相较于警报信号稍轻，警示信号提醒工作人员对传感器进行保养；警报信号则是则情况危急的情况下提示工作人员立刻进行维修。

最后需要注意的是，所述检测电路板9上设置有供电件91、总控电路94、通信件97以及与所述通信件97电连接的通信保护电路98，所述检测腔7上设置有与所述检测电路板9电连接的通讯电缆131以及用于方便所述通讯电缆131穿过的电缆孔13，通讯电缆131实际与通信件97电连接。供电件91用于为整个检测电路板9进行供电，总控电路94用于控制检测电路板9的开闭，通信件97用于将检测电路板9的检测信号通过通讯电缆131发送至上位机，且传感器通过CANOPEN协议同上位机通讯，传感器测量数据通过数据上传ID向上位机发送，传感器故障提醒和故障报警指令通过警示ID向上位机发送。

通过CAN-OPEN协议同上位机通讯，采用了数据ID和警示ID分开的方式，方便上位机对传感器进行管理

总之，本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器安装完成之后使用时先进行自检，确保龙毂5、中心轴16、第一齿轮11和第二齿轮12连接正常，然后进行正常工作，拉动拉线151，龙毂5发生转动，带动第一齿轮11上的磁性件10转动，使得检测电路板9产生电信号；此时，先获取检测电路板9上的第一状态监测通道95和第二状态监测通道96的测量数据，得到第一对比值，并判断第一对比值是否大于第一阈值，若是则说明传感器自身状态不佳，需要发出警示，提示对传感器进行保养，防止设备进一步损坏；反之则无需发出警示，并获取检测电路板9上的第一检测电路通道92和第二检测电路通道93的测量数据，得到第二对比值，且判断第二对比值是否大于第二阈值，若是则说明传感器运行故障，需要进行警报及时进行维修；反之则传感器运行正常，上传检测电路板9电信号，对拉线151的拉动值进行获取和测量。

本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的结构简单，位移传感测量准确，使用过程中可以检查传感器安装和运行状态，正确回传测量数据，避免不必要的事故，采用了双路冗余加速度传感器，传感器可以自动监测自身运行状态，系统控制实现闭环，系统的运行可靠性高。

实施例二，仍如图1、2所示，仅为本发明的其中一个实施例，在实施例一的基础上，本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器中，所述弹簧43的数量至少为一个，保证第一板41和第二板42之间的连接稳定性。

还有，所述底板1上设置有安装孔2、用于穿过所述安装孔2的安装螺栓21以及用于连接所述底板1与所述弹簧腔3的第一连接螺栓17。安装螺栓21穿过安装孔2将地板1安装在地面（或者需要使用的装置）上，在此之前通过第一连接螺栓17将所述底板1与所述弹簧腔3完成连接。

在这里，所述安装孔2、安装螺栓21以及第一连接螺栓17的数量均至少为一个。所述底板1以及所述弹簧腔3的稳定性更好。

同样的，所述盖板8上设置有用于连接所述盖板8与检测腔7的第二连接螺栓81，当然，所述第二连接螺栓81的数量至少为一个，通过第二连接螺栓81将盖板8与检测腔7完成连接，连接稳定性更好。

最后，所述第一齿轮11的外径不小于所述第二齿轮12的外径，一般来说第一齿轮11大于第二齿轮12的外径，这样第一齿轮11和第二齿轮12转动线速度相同时，第一齿轮11转动角速度小于第二齿轮12，使得第一齿轮11在拉线高速拉出时进行减速。

实施例三，如图3所示，本发明还提供上述所有实施例中的一种具有故障监测功能的拉线位移传感器的使用方法，包括以下步骤：

S1：进行自检，确保龙毂、中心轴、第一齿轮和第二齿轮连接正常；

S2：拉动拉线，龙毂发生转动，带动第一齿轮上的磁性件转动，使得检测电路板产生电信号；

S3：获取检测电路板上的第一状态监测通道和第二状态监测通道的测量数据，得到第一对比值；

S4：判断第一对比值是否大于第一阈值，若是则发出警示；反之则执行步骤S5；

S5：获取检测电路板上的第一检测电路通道和第二检测电路通道的测量数据，得到第二对比值；

S6：判断第二对比值是否大于第二阈值，若是则进行警报；反之则上传检测电路板电信。

本发明一种具有故障监测功能的拉线位移传感器及使用方法的结构简单，位移传感测量准确，使用过程中可以检查传感器安装和运行状态，正确回传测量数据，避免不必要的事故，采用了双路冗余加速度传感器，传感器可以自动监测自身运行状态，系统控制实现闭环，系统的运行可靠性高。

本发明不局限于上述具体的实施方式，本发明可以有各种更改和变化。凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。