一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量装置及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及桥吊摆角测量技术领域，具体涉及一种基于霍尔效应原理的双吊具桥 吊摆角测量装置及其方法。
【背景技术】
[0002] 随着全球化的继续深入，对外贸易不断发展，由此集装箱运输的份额也不断提高， 港口建设规模也在扩大，集装箱桥吊双箱吊具的使用越来越广泛，双起升桥吊有两个可以 独立起升的吊具，因而大大提高了集装箱的装卸效率。但是，桥吊的运动会引起负载及吊具 的摆动，使其可能和周围的其它物体或操作人员发生碰撞，导致财物损失甚至人员伤亡，同 时吊具负载的摆动使集装箱卡车难以准确对位，降低了集装箱装卸速度，可见对摆角进行 检测抑制十分必要。另外，在桥吊的自动控制中，需要检测吊具的摆角信息，使之参与反馈 控制。
[0003] 现有技术中的桥吊大部分都是单起升桥吊系统，并且集装箱起重机操作自动化程 度较低，以手工操作为主，大多没有使用摆角测量装置，仅依靠操作员目视吊具及负载来获 得其摆动情况，无法将吊具及负载的摆动情况直观地呈现在桥吊驾驶室，这种方法准确性 低，影响工作效率及工作质量。
[0004] 在一些大型集装箱桥吊系统中为了提高装卸效率，安装了一些机械防摇装置和电 子防摇装置，但都没有从根本上实现桥吊操作的自动控制。
[0005] 目前，一些机构开展了针对单起升桥吊负载防摇和负载定位控制的研宄和应用， 在这些桥吊控制系统中普遍采用了比较复杂的激光角度仪、角度传感器以及高度摄像等检 测装置实现负载摆角的检测，这些检测装置价格昂贵，使用复杂，抗干扰能力差，维护也不 方便，还有的对工作环境有特殊要求，这些都限制了角度检测装置的应用。
[0006] 双起升桥吊结构复杂，工作方式多样，两个吊具即可以各自单独起升，也可同步起 升，这给吊具摆角检测带来很大的难度，而现有的桥吊摆角检测装置都是针对单吊具桥吊 设计的，这些检测装置均采用了比较复杂的检测仪器，造价高，维护不方便，抗干扰能力差， 对工作环境有较高要求，并且这类检测装置并不适合对双吊具桥吊进行摆角检测。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量装置及其 方法，解决了双起升桥吊双吊具的摆动角度的检测问题，装置结构简单，成本低廉，维护方 便，抗干扰能力强，采用非接触间接测量，方法简便，对工作环境要求低，在雾霾、风雨等恶 劣天气环境下同样能完成检测。
[0008] 为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于霍尔效应原理的双 吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装置设置在双吊具桥吊的小车机构上，所述小车机构 设置在大车机构上，所述大车机构上设有桥吊驾驶室，所述小车机构上设有一对起升电机， 每一起升电机包含一转轴，每一起升电机的转轴通过一吊绳连接一吊具，其特点是，该摆角 测量装置包含：
[0009] -对信号处理模块，对称设置在所述小车机构的顶部；
[0010] 一对信号采集模块，对称设置在所述小车机构的底部，每一所述信号采集模块与 对应的信号处理模块连接；
[0011] 一数据计算处理模块，设置在桥吊驾驶室内，分别与一对信号处理模块连接；
[0012] 一用于显示摆角信息的显示模块，设置在桥吊驾驶室内，与所述数据计算处理模 块；其中
[0013] 每一吊绳穿过对应的信号采集模块与所述吊具连接。
[0014] 所述的数据计算处理模块进一步与桥吊防摇控制系统连接。
[0015] 所述的信号处理模块包含前置放大电路，其输入端与对应的所述信号采集模块的 信号输出端连接；
[0016] 滤波器，其输入端与所述前置放大电路的输出端连接；
[0017] 模数转换器，其输输入端与所述滤波器的输出端连接，输出端连接所述数据计算 处理模块。
[0018] 所述的信号采集模块包含一对测量单元，所述一对测量单元分别用于检测X方向 及y方向的摆动角度；其中每一测量单元包含：
[0019] 箱体，设置在所述小车机构的底部；
[0020] 设置在箱体内的霍尔传感器，其信号输出端与对应的信号处理模块的前置放大电 路连接；
[0021] 为所述霍尔传感器提供恒定磁场的一对磁极，设置在箱体内；
[0022] 轻质摆架，一端与所述霍尔传感器通过一传动组件连接，另一端与所述小车机构 的底部滑动连接，所述轻质摆架呈半圆形，延其圆周方向设有光滑开缝，所述吊绳穿过该开 缝。
[0023] 所述的轻质摆架的表面光滑无糙面。
[0024] 所述的信号采集模块中包含两个轻质摆架的半径不同，其中半径大的轻质摆架设 置在半径小的轻质摆架的下方，二者相互垂直且相切。
[0025] 一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量方法，其特点是，包含以下步骤：
[0026] S1、初始设定摆角测量装置；
[0027] S2、当双吊具桥吊的小车机构接收到运行命令后，桥吊开始运行，吊具带动吊绳运 动，吊绳的摆动带动每一测量单元的轻质摆架发生摆动，从而带动霍尔传感器转动，霍尔传 感器的转动产生对应角度的霍尔电势信号；
[0028] S3、信号处理模块接收对应信号采集模块发送的霍尔电势信号进行处理，并将处 理结果传输至数据计算处理模块；
[0029] S4、数据计算处理模块根据霍尔电势信号计算出其对应的摆角信息。
[0030] 所述的步骤Sl包含如下步骤：
[0031] SI. 1、吊具处于静止状态，自然下垂，吊绳无任何摆角；
[0032] SI. 2、在通过传动组件与轻质摆架连接在一起的霍尔传感器中通以恒定电流，调 整霍尔传感器的位置，使恒定电流的方向与恒定磁场的方向平行；
[0033] SI. 3、固定霍尔传感器的位置，此时产生的霍尔电势为零；
[0034] SI. 4、重复步骤SI. 1~SI. 4,调整其他霍尔传感器的位置，并保证电流和磁场恒 定不变，将该静止状态作为初始参照状态。
[0035] 所述的双吊具桥吊摆角测量方法还包含步骤S5 ;
[0036] S5、数据计算处理模块将摆角信息发送至位于桥吊驾驶室显示模块，以供桥吊驾 驶员参考，将摆角信息发送至桥吊防摇控制系统，以提供反馈信息。
[0037] 本发明一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量装置及其方法与现有技术 相比具有以下优点：采用四个同型霍尔元件对两个吊具分别从相互垂直的x、y方向进行角 度检测，并将检测信息经信号处理器处理然后送到计算机中，通过计算机的分析计算可以 得到两个吊具的摆角，这些数据可作为桥吊防摇控制系统的反馈信息，同时可直观呈现给 桥吊驾驶室，解决了双起升桥吊双吊具的摆动角度的检测问题。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量装置的整体结构示 意图；
[0039] 图2为信号处理模块的示意图；
[0040]图3为信号采集模块的示意图；
[0041] 图4为测量单元的示意图；
[0042] 图5为本发明一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量方法的流程图；
[0043] 图6a为霍尔电势信号计算示意图一；
[0044] 图6b为霍尔电势信号计算示意图二；
[0045] 图6c为霍尔电势信号计算示意图三；
【具体实施方式】
[0046] 以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0047] 如图1所示，一种基于霍尔效应原理的双吊具桥吊摆角测量装置，该摆角测量装 置设置在双吊具桥吊的小车机构100上，所述小车机构100设置在大车机构200上，所述大 车机构200上设有桥吊驾驶室201，所述小车机构100上设有一对起升电机101，每一起升 电机101包含一转轴1011，每一起升电机101的转轴通1011过一吊绳300连接一吊具400， 吊具400用于起吊集装箱500，两个吊具400可以同时工作，也可以独立工作，小车机构100 与大车机构200之间设置小车驱动102,为小车机构100提供动力，大车机构200也包含一 大车驱动202,为大车机构200提供动力。
[0048] 如图1所示，摆角测量装置包含：一对信号处理模块601，对称设置在所述小车机 构100的顶部；一对信号采集模块602,对称设置在所述小车机构100的底部，每一所述信 号采集模块601与对应的信号处理模块602连接；一数据计算处理模块603,设置在桥吊驾 驶室201内，分别与一对信号处理模块601连接；一用于显示摆角信息的显示模块604,设 置在桥吊驾驶室201内，与所述数据计算处理模块603 ;其中每一吊绳300穿过对应的信号 采集模块602与所述吊具400连接；所述的数据计算处理模块603进一步与桥吊防摇控制 系统700连接，，在本发明的较佳实施例中，数据计算处理模块603及显示模块604为一体 式结构，可采用一计算机。
[0049] 如图2所示，所述的信号处理模块601可同时处理两路信号，包含前置放大电路 6011，由电子管组成，将信号进行放大，其输入端与对应的所述信号采集模块602的信号输 出端连接；滤波器6012,由电感器和电容器构成的网路，对信号进行滤波，其输入端与所述 前置放大电路6011的输出端连接；模数转换器6013,由半导体分立元件制成，把经过与标 准量（或参考量）比较处理后的模拟量转换成以二进制数值，其输输入端与所述滤波器 6012的输出端连接，输出端连接所述数据计算处理模块603。
[0050] 如图3及图4所示，所述的信号采集模块602包含一对测量