振冲器工作参数测量系统及方法与流程

1.本发明属于地基施工技术领域，具体涉及振冲器工作参数测量系统及方法。


背景技术：

2.振冲器是振冲法施工中的特制机具。它产生水平向振动力振挤填料及周围土体，而达到提高地基承载能力、减少沉降量、增加地基稳定性、提高抗地震液化能力。振冲法施工时除了振冲器之外，尚需行走式起吊装置，泵送输水系统，控制操作台等。
3.在振冲施工现场需要实时监控许多重要参数，如振冲起吊装置的拉力、振冲器温度以及振冲器垂直角度。测量振冲起吊装置的拉力便可获得振冲器的运动状态以及安全情况；测得温度与垂直度便可了解振冲器的工作状态，便于工作人员进行结果分析与故障规避。在现今施工条件下，振冲起吊装置无法获取准确的拉力值，振冲器温度值与垂直角度均是由操作工人使用外部设备手动操作获取，且由于振动及干扰强等原因，传感器的数据准确性得不到保证。在这样的条件下获取实时参数的操作流程复杂且有误差。


技术实现要素：

4.为了解决现有的振冲器无法直接获得其工作参数的问题，本发明提供了一种振冲器工作参数测量系统，该系统通过在振冲器上部以及内部设置传感器，通过数据采集器采集振冲器的重要数据，并远程传输给控制器，达到远程监控的目的，能够保证操作人员无需在工作现场直接观测即可得知振冲器的工作状态，保证了现场操作人员的人身安全。
5.本发明所采用的技术方案是：振冲器工作参数测量系统，包括拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置，所述拉力传感装置设置在振冲器上端的缆绳处，所述温度传感装置和倾角传感装置设置在振冲器内；所述拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置与数据采集器电性连接，所述数据采集器与控制器无线通讯连接。
6.优选的，所述控制器为车载平板，所述车载平板设置在振冲器吊车上，所述数据采集器与车载平板之间采用rs485传输数据。
7.优选的，所述数据采集器内包括ad转换模块、电源隔离模块、电源转换模块、主控芯片以及rs485外围电路；所述数据采集器上设置有外部供电接口、rs485通信接口以及传感器通信接口。
8.优选的，所述rs485芯片与主控芯片之间设置有信号隔离模块。
9.优选的，所述rs485外围电路上设置有信号隔离电路和防静电干扰电路。
10.优选的，所述拉力传感装置为拉力传感器，所述温度传感装置为温度传感器，所述倾角传感装置为倾角传感器；所述拉力传感器位于振冲器与缆绳的连接位置，所述温度传感器与振冲器相接触，所述倾角传感器与振冲器柱面处于同一平面。
11.振冲器工作参数测量方法，采用上述的振冲器工作参数测量系统，其特征在于，包括以下步骤：
12.s1：拉力传感装置、倾角传感装置和温度传感装置采集一段时间内所测得振冲器
上吊绳的拉力值、振冲器的倾角值和温度值，并将所测得的所有拉力值、倾角值和温度值传输给数据采集器；所述数据采集器将采集到的拉力值、倾角值和温度值存储在数据库中；
13.s2：控制器将控制指令发送给数据采集器，所述数据采集器对控制指令进行校验，若校验后控制指令有效，则对控制指令进行解析，并将存储的数据包上传给控制器，执行s3；若校验后控制指令无效，则执行s4；
14.s3：所述控制器根据拉力平均算法计算拉力终值，和/或根据长时间概率云算法进行计算倾角终值，并将计算后的数值传输至显示器显示；所述控制器将实时温度值传输至显示器显示；
15.s4：丢弃无效控制指令，等待下一组控制指令。
16.优选的，步骤s3中拉力平均算法的具体方法为：一段时间段内，拉力传感装置所测得的拉力值总和的平均值。
17.优选的，步骤s3中长时间概率云算法的具体方法为：一段时间段内，测量倾角传感装置输出值所出现的概率大小，对出现数据的概率从大到小排序，去除小概率输出值和偏差大数据，对剩余的数据按照概率大小加权平均，从而获得倾角终值；所述小概率输出值为出现概率小于3～10％的数值，所述偏差大数据为偏差数据大于平均数据值
±
5～30％。
18.优选的，步骤s1中所采集到的拉力值、倾角值和温度值传输给数据采集器后，均进行低通滤波处理，并将低通滤波处理后的数据存放在结构体中；步骤s2中控制器所发出的控制指令存放在数据采集器的主控芯片dma通道中，所述数据采集器接收控制器的控制指令后将控制指令存放于系统的消息队列中，并在一个队列中完成解析指令与打包上传。
19.本发明的有益之处在于：
20.1)振冲器吊车上配备车载平板(控制器)，能够让操作人员方便直接地观测到拉力、温度以及倾角等振冲器的施工参数，从而通过车载平板即可对振冲器的状态进行调整，避免了操作人员前往施工现场进行观察和测量，保障了操作人员的人身安全；
21.2)通过在数据采集器与控制器之间的rs485传输数据，能够保证数据传输的稳定性，且在数据采集器上搭载了拉力传感器、温度传感器以及倾角传感器接口，rs485外围电路上设计了隔离处理与抗干扰处理，对数据采集器内的数据均进行低通滤波处理，保证了信号传输的准确性；
22.3)采用拉力平均算法计算拉力终值，采用长时间概率云算法计算倾角终值，使得获得的拉力终值和倾角终值更加准确，避免了在工作过程中，由于振冲器的振动和晃动而导致的传输数据的不稳定性；将控制器传输的控制指令存放在数据采集器的dma通道内，并在一个队列中完成解析指令与打包上传的操作，保证了车载平板与专用数据采集器通信的时效性与稳定性；
23.4)数据采集器根据控制器的控制指令，选择性打包上传数据，一方面避免了控制器内部存储数据量过大，另一方面也使得使用者更加直观的观测到所需要的数据，可以及时的对振冲器的状态进行调整；
24.5)数据采集器可以对控制指令进行解析判断，若指令正确则上传数据，若指令错误则将指令丢弃，等待下一组指令，可以避免在施工过程中的误操作。
附图说明
25.图1为发明的系统结构图；
26.图2为数据采集器结构示意图
27.图3为数据采集器工作流程图。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.本发明适用于振冲器上的工作参数的采集，具体包括拉力、温度以及振冲器倾角参数。
30.如图1-2所示，是振冲器工作参数测量系统，包括拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置，所述拉力传感装置设置在振冲器上端的缆绳处，所述温度传感装置和倾角传感装置设置在振冲器内；所述拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置与数据采集器电性连接，在数据采集器上设置有外部供电接口、rs485通信接口以及传感器通信接口，所述数据采集器与控制器无线通讯连接。
31.数据采集器上预留拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置的接口，接口包含数据线以及电源线，数据采集器不间断地采集拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置的数据，并将采集到的数据存放在结构体中，当控制器发送请求时，便将相应的传感器数据取出并打包上传。
32.所述拉力传感装置为拉力传感器，所述温度传感装置为温度传感器，所述倾角传感装置为倾角传感器；所述拉力传感器位于振冲器与缆绳的连接位置，所述温度传感器与振冲器相接触，所述倾角传感器与振冲器柱面处于同一平面。
33.所述控制器为车载平板，所述车载平板设置在振冲器吊车上，所述数据采集器与车载平板之间采用rs485传输数据。远程传输数据，可以使得操作人员在远处即可获知振冲器的工作状态，并根据所传输的数据及时调整，避免操作人员到现场进行确认，保障了操作人员的人身安全。
34.所述数据采集器内包括ad转换模块、电源隔离模块、电源转换模块、主控芯片以及rs485外围电路。电源转换模块可以将外部输入的电源转换为各电路需要的电压，并为拉力传感装置、温度传感装置和倾角传感装置提供电力，所述rs485芯片与主控芯片之间设置有信号隔离模块。所述rs485外围电路上设置有信号隔离电路和防静电干扰电路。rs485外围电路采取了信号隔离处理和防静电干扰处理；数据采集器还留有外部供电接口、rs485通信接口以及与三个传感器通信的接口。
35.当数据采集器测量温度和倾角时，便将温度传感器和倾角传感器安装于振冲器内部；当数据采集器测量拉力时，便将拉力传感器安装在振冲器上方连接缆线处。温度传感器、拉力传感器和倾角传感器由数据采集器供电。
36.数据采集器与车载平板通信时采用rs485传输数字信号，其中主控芯片与rs485芯片之间加上信号隔离模块，rs485芯片外围电路采用防静电干扰处理，从而可以提高在传输过程中的稳定性和抗干扰性。
37.基于上述系统，本发明提供了一种振冲器工作参数测量方法，具体包括以下步骤：
38.s1：拉力传感装置、倾角传感装置和温度传感装置采集一段时间内所测得振冲器上吊绳的拉力值、振冲器的倾角值和温度值，采集的时间为1-10min，采集间隔为1～1000ms。，并将所测得的所有拉力值、倾角值和温度值传输给数据采集器；所述数据采集器将采集到的拉力值、倾角值和温度值存储在数据库中；
39.s2：控制器将控制指令发送给数据采集器，控制指令可以根据使用要求自行设置，如定时发送控制指令，使得数据采集器将采集到的数据整体上传，或根据需要使用者自行发送控制指令，指定数据采集上传需要的数据，从而对振冲器进行监测；数据采集器在接收到控制指令后，对控制指令进行crc校验，若校验后控制指令有效，则对控制指令进行解析，判断其中的命令号，是需要将数据整体上传，还是单独上传所采集到的拉力值、温度值或振冲器的倾角值，解析完成后，根据控制指令将存储的对应的传感器的ad值上传给控制器，并执行s3步骤；若校验后控制指令无效，则执行s4，控制指令无效即输入的控制指令没有存储在数据采集器中，从而避免操作人员的误操作；控制指令预先存储在数据采集器中，数据采集器在接收到控制指令后，与预先存储的控制指令进行比较校验，若控制指令存在，则认为有效，若控制指令不存在，则认为无效。
40.s3：所述控制器根据拉力平均算法计算拉力终值，和/或根据长时间概率云算法进行计算倾角终值，并将计算后的数值传输至显示器显示；所述控制器将实时温度值传输至显示器显示；拉力平均算法的具体方法为：一段时间段内(1-10min)，拉力传感装置所测得的所有拉力值总和的平均值，算法使用队列形式，即使用数据先进先出的原理，队列长度的中数据量不变，当采集到了新的值，新的值就把最早填入的值替换掉，对该队列长度中的数据进行平均，从而实现线性平均；长时间概率云算法的具体方法为：一段时间段内(1-10min)，测量倾角传感装置输出值所出现的概率大小，对出现数据的概率从大到小排序，去除小概率输出值和偏差大数据，对剩余的数据按照概率大小加权平均，从而获得倾角终值；所述小概率输出值为出现概率小于3～10％的数值，所述偏差大数据为偏差数据大于平均数据值
±
5～30％。
41.s4：丢弃无效控制指令，等待下一组控制指令。
42.步骤s1中所采集到的拉力值、倾角值和温度值传输给数据采集器后，均进行低通滤波处理，根据低通滤波器的原理，规定好算法的低通截止频率，根据截止频率计算算法参数，并将低通滤波处理后的数据存放在结构体中，使得采集信号更加稳定准确；步骤s2中控制器所发出的控制指令存放在数据采集器的主控芯片dma通道中，所述数据采集器接收控制器的控制指令后将控制指令存放于系统的消息队列中，并在一个队列中完成解析指令与打包上传。
43.具体工作方式：如图3是数据采集器的工作流程图，数据采集器不间断的采集三个传感器数据，并将三个传感器数据存放在一个结构体中，且数据采集器等待车载平板发送指令，车载平板指令存放于主控芯片dma通道中；数据采集器接收车载平板的指令后，将其存放于操作系统的消息队列中，在一个队列中完成解析指令与打包上传的操作。上述两点是为了保证车载平板与数据采集器通信的时效性与稳定性；当数据采集器接收到控制器的控制指令后，将控制指令进行crc校验，校验成功便说明控制指令的正确性，校验失败则将此控制指令丢弃，然后等待下一组控制指令。得到正确的控制指令之后，数据采集器就判断
其中的命令号，然后根据命令号从结构体中读取相应传感器的ad值，并将其整体或部分打包上传给车载平板，从而使得操作人员可以从远程获知振冲器的工作参数，确定振冲器的工作状态，便于及时调整。
44.上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。