一种塔吊形变监测装置的制作方法

1.本实用新型涉及起重施工安全管理技术领域，具体涉及一种塔吊形变监测装置。


背景技术：

2.塔吊在工作过程中受吊物摆动及风力的影响，塔身及吊臂等部位经常发生往复形式的弹性变形。若塔吊在超力矩的工况下工作或者未按照设计的配重规范对平衡臂进行配重，将导致塔身及吊臂发生不可逆的塑性变形，直接引发塔吊吊臂折断、倾覆等重大事故。因此，对塔吊关键结构部件的形变情况进行监控对于预防事故的发生意义重大。现有的塔吊形变多采用光纤光栅或摄像机进行检测，光纤光栅传感器抗剪切性差，在应变测量时，受环境温度影响较大，而且成本较高，摄像机在外界光源复杂多变时，抗干扰性差，且不适合大型工程机械的形变检测，测量范围小，且成本较高。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术存在的缺陷，本实用新型提供一种使用成本低，环境适应性强的塔吊形变监测装置。
4.本实用新型实现上述技术效果所采用的技术方案是：
5.一种塔吊形变监测装置，包括：
6.形变信号感应终端，包括若干设置在塔吊形变危险点的应变片，用于感应塔吊形变危险点的形变信号；
7.形变信号采集模块，与所述形变信号感应终端连接，用于采集所述形变信号感应终端感应的形变信号；
8.信号调理电路，与所述形变信号采集模块连接，用于将形变模拟信号转换为形变数字信号；
9.控制器，与所述信号调理电路连接，用于对形变信号进行处理运算，获得各塔吊形变危险点处的形变量化数值；
10.上位机，通过数据传输模块与所述控制器连接，用于获取所述控制器的输出信号；
11.对内声光报警模块，与所述上位机连接，在塔吊形变量超过阈值时，发出声光报警信号，对塔吊操作员进行声光警示；
12.对外声光报警模块，与所述上位机连接，在塔吊形变量超过阈值时，发出声光报警信号，对塔吊落点周围工人发出声光警示；
13.显示模块，与所述上位机连接，用于显示塔吊形变量化数值。
14.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述形变信号采集模块包括若干应变测量电路，所述应变测量电路与所述应变片连接。
15.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述应变片为金属箔式应变片。
16.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述应变片的设置点位包括塔吊顶部拉杆位置、起重臂前端位置、起重臂中间位置以及塔吊支腿位置。
17.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述应变测量电路包括由电阻r1、r2、r3、r4首尾连接构成的电压型惠斯通电桥，以及电阻rt1、rt2、rt3、rt4、rt5和rt6，所述电阻rt1与电阻rt2串联，所述电阻rt4与电阻rt5串联，所述电阻rt1和所述电阻rt4的另一端分别与所述惠斯通电桥的桥臂a端连接，所述电阻rt2和所述电阻rt5的另一端分别与所述惠斯通电桥的桥臂c端连接，所述电阻rt1与电阻rt2之间，以及所述电阻rt4与电阻rt5之间通过双掷开关s2与所述惠斯通电桥的桥臂d端连接，所述惠斯通电桥的桥臂c端一路连接电阻rt3，另一路连接电阻rt6，所述电阻rt3和电阻rt6的另一端经双掷开关s1与所述惠斯通电桥的桥臂b端连接。
18.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述数据传输模块包括有线数据传输模块和无线数据传输模块。
19.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述有线数据传输模块为rs485通信接口模块。
20.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，所述无线数据传输模块采用型号为dw1000和/或dw3000的微型低功耗uwb通信模块。
21.优选地，在上述的塔吊形变监测装置中，还包括与所述形变信号采集模块、信号调理电路和控制器连接的系统电源模块，所述系统电源模块连接有基准电压模块，所述基准电压模块与所述形变信号感应终端中的各应变片电连接。
22.本实用新型的有益效果为：本实用新型的塔吊形变监测装置通过布设在塔吊形变危险点的应变片，可以感知塔吊形变危险点的应力形变情况，并通过形变信号采集模块将感应信号传输至控制器进行运算处理，最后通过对内声光报警模块和对外声光报警模块进行警报信号的输出，不受雨雾天气和高温天气影响，线性稳定性好，使用成本低，环境适应性强。
附图说明
23.图1位本实用新型的原理模块图；
24.图2为本实用新型所述系统电源模块和基准电压模块的模块图；
25.图3为本实用新型所述应变测量电路的电路图。
具体实施方式
26.为使对本实用新型作进一步的了解，下面参照说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明：
27.本实用的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本实用和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者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实用的限制。此外，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
28.本实用的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可
以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用中的具体含义。
29.请参见图1，如图所示，本实用新型的实施例提出了一种塔吊形变监测装置，包括：形变信号感应终端、形变信号采集模块、信号调理电路、控制器、上位机、对内声光报警模块、对外声光报警模块、显示模块、系统电源模块以及基准电压模块。其中，形变信号感应终端包括若干设置在塔吊形变危险点的应变片，用于感应塔吊形变危险点的形变信号。形变信号采集模块与形变信号感应终端连接，用于采集形变信号感应终端感应的形变信号。信号调理电路与形变信号采集模块连接，用于将形变模拟信号转换为形变数字信号。控制器，与信号调理电路连接，用于对形变信号进行处理运算，获得各塔吊形变危险点处的形变量化数值。上位机通过数据传输模块与控制器连接，用于获取控制器的输出信号。对内声光报警模块与上位机连接，在塔吊形变量超过阈值时，发出声光报警信号，对塔吊操作员进行声光警示。对外声光报警模块与上位机连接，在塔吊形变量超过阈值时，发出声光报警信号，对塔吊落点周围工人发出声光警示。显示模块与上位机连接，用于显示塔吊形变量化数值。系统电源模块与形变信号采集模块、信号调理电路和控制器连接，基准电压模块与系统电源模块连接，基准电压模块与形变信号感应终端中的各应变片电连接。
30.具体地，在本实用新型的优选实施例中，该形变信号采集模块包括若干应变测量电路，应变测量电路与应变片一一对应连接。在本实用新型中，该应变片为金属箔式应变片。应变片的设置点位包括塔吊顶部拉杆位置、起重臂前端位置、起重臂中间位置以及塔吊支腿位置。
31.具体地，在本实用新型的优选实施例中，如图3所示，该应变测量电路包括由电阻r1、r2、r3、r4首尾连接构成的电压型惠斯通电桥，以及电阻rt1、rt2、rt3、rt4、rt5和rt6。其中，电阻rt1与电阻rt2串联，电阻rt4与电阻rt5串联，电阻rt1和电阻rt4的另一端分别与惠斯通电桥的桥臂a端连接，电阻rt2和电阻rt5的另一端分别与惠斯通电桥的桥臂c端连接。电阻rt1与电阻rt2之间，以及电阻rt4与电阻rt5之间通过双掷开关s2与惠斯通电桥的桥臂d端连接。惠斯通电桥的桥臂c端一路连接电阻rt3，另一路连接电阻rt6，电阻rt3和电阻rt6的另一端经双掷开关s1与惠斯通电桥的桥臂b端连接。在本实用新型的优选实施例中，该电阻rt1、rt2、rt3均为阻值为120ω，精度为0.1％的精密电阻，电阻rt4、rt5和rt6均为阻值为350ω，精度为0.1％的精密电阻。在惠斯通电桥的桥臂ac端之间接入电源电压后，惠斯通电桥的桥臂bc端输出应变差分电压信号，在应变片接入惠斯通电桥的桥臂ab端，开关s1断开，开关s2闭合时，则该应变测量电路构成单臂桥接法，在应变片接入惠斯通电桥的桥臂ab、bc端，断开开关s1，闭合开关s2，则该应变测量电路构成半桥接法，在惠斯通电桥的桥臂ab、bc、cd、da端都接入应变片，开关s1和s2都断开，则该应变测量电路构成全桥接法，以此可以适应桥路之间单臂、半桥、全桥模式的切换。
32.具体地，在本实用新型的优选实施例中，如图2所示，系统电源模块包括两个dc/dc直流电源变换器，其中一个dc/dc直流电源变换器用于将直流24v转换为12v直流，供形变信号采集模块、信号调理电路和控制器工作时使用，另一个dc/dc直流电源变换器则连接六个低压差线性稳压器，每个低压差线性稳压器输出一路5v的基准电压供对应的应变片使用。
33.在一些实施例中，该数据传输模块包括有线数据传输模块和无线数据传输模块。其中，有线数据传输模块为rs485通信接口模块，无线数据传输模块采用型号为dw1000和/
或dw3000的微型低功耗uwb通信模块。信号调理电路包括a/d转换芯片ad7793和数字隔离芯片adum5401，经应变测量电路输出的电压模拟信号在该a/d转换芯片ad7793的模数转换下，变为数字信号，然后经过数字隔离芯片与控制器的io端口连接，完成高精度的数据采集，同时具有较强的抗干扰能力。
34.综上所述，本实用新型的塔吊形变监测装置通过布设在塔吊形变危险点的应变片，可以感知塔吊形变危险点的应力形变情况，并通过形变信号采集模块将感应信号传输至控制器进行运算处理，最后通过对内声光报警模块和对外声光报警模块进行警报信号的输出，不受雨雾天气和高温天气影响，线性稳定性好，使用成本低，环境适应性强。
35.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内，本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。