具体实施方式

以下结合图1-7和具体实施方式对本发明提出的基于电磁感应原理的桥吊吊绳摆角检测装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

首先，对本发明用到的亥姆霍兹线圈和电磁感应现象进行介绍，位于变化磁通量中的导体会产生相应的感生电动势，这被称作电磁感应现象，也是发电机的工作原理。当磁场为恒定状态，线圈为在磁场中运动变化状态，此时，线圈中会产生感生电动势，感生电动势的大小u＝dφ/dt，其中dφ为磁通量的变化量。以上为磁场恒定时线圈产生的感生电动势的情形。当线圈为固定状态，磁场强度发生变化的时候，此时磁场的变化仍可以引起线圈中的磁通量的改变，满足线圈中产生电动势的条件，线圈仍可产生电动势。

由电流的磁效应可知，电、磁可以相互转化。通电线圈周围可以产生磁场，其产生磁场的强度大小与线圈电流强弱以及线圈的匝数成正相关关系，利用电流磁效应可生成磁场。线圈的匝数固定，此时线圈产生磁场强度的大小仅与线圈中的电流大小有关。此时，调节线圈中流过的电流即可调节线圈产生的磁场强度。由毕奥-萨伐尔定律可知电流元在空间某点P处产生的磁感强度dφ的大小与电流元的大小成正比。基于此，可以利用一对彼此平行且连通的共轴圆形线圈，两线圈内的电流方向一致，大小相同，线圈之间距离d 正好等于圆形线圈的半径R时能在其公共轴线中点附近较大范围产生近似均匀磁场，此即为亥姆霍兹线圈。

图1是本发明提供的基于电磁感应原理的桥吊吊绳摆角检测装置应用的双吊车桥吊示意图，桥式吊车的主体框架1承载了整个桥式吊车的重量，起支撑作用；两台卷扬机2能够按照桥式吊车驾驶员的命令进行升降操作；滑轮3用于小车在大车上进行移动，并且能够依据驾驶员的操作命令带动安装在小车上的卷扬机2和摆角检测装置5进行移动；桥式吊车的吊绳6通常为钢丝绳，缠绕在卷扬机2上；抓取集装箱的吊具7与吊绳6相连接；两套摆角检测5安装在小车的下方，用于检测吊绳6的摆动角度。

实施例一

图2为本实施例提供的一种基于电磁感应原理的桥吊吊绳摆角检测装置，参阅图2，该装置包括箱体10以及容置其内的第一亥姆霍兹线圈21、第二亥姆霍兹线圈22、第一轻质摆件31、第二轻质摆件32、第一线圈41、第二线圈42、第一固定件51、第二固定件52、交流电源和信号采集处理装置；所述第一亥姆霍兹线21和所述第二亥姆霍兹线圈22分别连接有交流电源，以在各自内产生交变磁场；如图2所示，所述第一轻质摆件31一端穿过所述箱体10，另一端穿过所述第一固定件51并固定有所述第一线圈41，使得所述第一轻质摆件31可以绕轴摆动，并且与所述第一线圈41的旋转角度相同；所述第一线圈41容置于所述第一亥姆霍兹线圈21的所述交变磁场中，所述第一轻质摆件31包括第一摆动轴31a，所述第一轻质摆件31和所述第一线圈41的延伸方向与所述第一摆动轴31a的延伸方向相同；所述第二轻质摆件 32一端穿过所述箱体10，另一端穿过所述第二固定件52并固定有所述第二线圈42，使得所述第二轻质摆件32可以绕轴摆动，并且与所述第二线圈42 的旋转角度相同；所述第二线圈42容置于所述第二亥姆霍兹线圈22的所述交变磁场中，所述第二轻质摆件32包括第二摆动轴32a，所述第二轻质摆件 32和所述第二线圈42的延伸方向与所述第二摆动轴32a的延伸方向相同。如图2所示，所述第一轻质摆件31和所述第二轻质摆件32的延伸方向相互垂直，所述第一轻质摆件31包括第一凹槽，所述第二轻质摆件32包括第二凹槽，桥吊吊绳分别穿过所述第一凹槽和所述第二凹槽，以使所述桥吊吊绳沿第一方向摆动时，带动所述第一轻质摆件31沿所述第一方向摆动；所述桥吊吊绳沿第二方向摆动时，带动所述第二轻质摆件32沿所述第二方向摆动；所述桥吊吊绳沿第三方向摆动时，带动所述第一轻质摆件31沿所述第一方向摆动、所述第二轻质摆件32沿所述第二方向摆动；所述第一方向与所述第二轻质摆件32延伸方向相同，所述第二方向与所述第一轻质摆件31延伸方向相同；所述第一线圈41和所述第二线圈42分别与所述信号采集处理装置相连，所述信号采集处理装置用于接收所述第一线圈41和所述第二线圈42产生的感应电动势，并根据电磁感应原理计算所述第一线圈41和所述第二线圈 42的转动角度，进而计算所述桥吊吊绳的摆动角度。

具体实施的时候，参阅图3，桥吊吊绳闯过所述第一轻质摆件31的第一凹槽31b，所述第一方向为垂直于纸面方向，桥吊吊绳摆动沿着所述第一方向摆动时将对带动所述第一轻质摆件31沿着所述第一方向摆动，所述第一线圈41位于所述第一亥姆霍兹线圈21的磁场中，所述第一亥姆霍兹线圈21 的磁场磁感线竖直向下，所述第一线圈41的圈面平行于磁感线，所述第一亥姆霍兹线圈21连接一交变电源，因此在其内产生交变磁场，交变磁场的交变频率与交变电源的交变频率相同。初始时，所述第一线圈41的圈面平行于磁感线，所述第一线圈41并不会产生感应电动势；参阅图4，所述第一轻质摆件31沿着所述第一方向摆动了一定角度，此时所述第一线圈41摆动了θ₁角度，所述第一线圈41与水平方向的夹角为θ，此时用于磁场为交变磁场，通过所述第一线圈41的磁通量φ将会随时间不断交替变化，所述第一线圈41 将会产生感应电动势u，根据电磁感应原理有：

φ＝Bscosθ

其中，s表示所述第一线圈41转动时切割磁感线段的长度。

在本实施例中，所述第一线圈41可以设置为正方形，s即为所述第一线圈41的边长，那么就有：

亥姆霍兹线圈间产生的磁感强度与线圈中流过电流、线圈匝数、线圈半径成下式关系：

其中，μ₀为真空磁导率为常数，N为线圈匝数也为常数，R为线圈的半径，I为交流电流，随时间变化。在满足一定误差的条件下，如附图5所示，在(-x,x)圆柱形区域内产生近似均匀的磁场(即感应线圈应所处的位置)，且该磁场内的磁场强度仅与线圈中通过的电流大小有关。由于电流源为交变电流源，所以在亥姆霍兹线圈内即可产生随着电流交变的交变磁场，其磁场交变频率应与交流电源的频率相一致。

于是，通过交流电源即可求出dB/dt，并且所述信息收集处理装置可测得所述第一线圈41中产生的感应电动势u,s为已知值，便可求得角度θ，最终求得所述第一线圈41的转动角度θ₁：

在本实施例中，在得出所述第一线圈41的转动角度θ₁后可以根据所述第一线圈41的转动角度θ₁计算桥吊吊绳的摆动角度θ₂。参阅图6，A点为桥吊吊绳的固定点，所述桥吊吊绳绕A点摆动，B点为第一摆动轴31a在纸面的竖直投影点，C点为所述桥吊吊绳与所述第一轻质摆件31的接触点，为了便于计算，可以设置AB＝BC。如图6所示，所述第一轻质摆件31沿着所述第一方向的摆动角度等于所述第一线圈41的转动角度θ₁，θ₂为所述桥吊吊绳沿着所述第一方向的摆动角度，并且根据几何角度关系：

从而得出所述桥吊吊绳的摆动角度，以上便是通过电磁感应原理计算桥吊吊绳的摆动角度的计算原理，并且以所述第一轻质摆件31沿着所述第一方向摆动为例，所述第二轻质摆件32沿着所述第二方向的摆动计算原理与上述相同，此处不在赘述。

但是，桥吊吊绳并非一定沿着所述第一方向或者所述第二方向摆动，即可能沿着第三方向摆动，所述第三方向指的是除了所述第一方向和所述第二方向以外的任意方向。参阅图7，设定所述第一方向为x轴所在方向，所述第二方向为y轴所在方向，此时所述吊桥吊绳沿着第三方向摆动，无论所述第三方向为哪个方向，所述桥吊吊绳都会产生沿着x轴的摆动角度θ_x和沿着 y轴的摆动角度θ_y，并且θ_x和θ_y都可以通过上述计算方法计算出来，然后通过θ_x和θ_y计算出桥吊吊绳沿着所述第三方向的摆动角度大小。

在本实施中，由于要保证所述桥吊吊绳沿着所述第三方向摆动时能够带动所述第一轻质摆件31和所述第二轻质摆件32同时沿着所述第一方向和所述第二方向摆动，所述第一轻质摆件31和所述第二轻质摆件32应当采用半圆形为主体的构型，所述第一凹槽和所述第二凹槽也为半圆形开槽。参阅图 3，所述第一轻质摆件31与所述第二轻质摆件32相同，所述第一轻质摆件 31包括第一摆件段、第二摆件段和第三摆件段，所述第一摆件段和所述第三摆件段的形状为直线型，所述第二摆件段的形状为半圆形，所述第一摆件段与所述第二摆件段的一端相连，所述第三摆件段与所述第二摆件段的另一端相连，所述第一摆件段和所述第二摆件段均平行于所述第二摆件段中心点的切线。

实施例二

与实施例一不同是，实施例一只能通过测量感应电动势并计算得出桥吊吊绳的摆动角度，但是并不能得知桥吊吊绳的摆动方向，发明人研究发现，可以通过设置所述第一线圈41和所述第二线圈42的初始位置，进行摆动方向的判断。

由于亥姆霍兹线圈的轴线中心大部分范围内磁场近似均匀，由以上假设线圈安装时初始状态为竖直，简化了分析，但此时无法辨别方向问题。针对辨别方向的问题，吊绳处于静止状态时，令所述第一线圈41和所述第二线圈 42与竖直方向上夹角为45°，那么初始时所述信号收集处理装置将会测试到感应电动势，由于是交变磁场，假设此时的最大感应电动势为u₁；以所述第一线圈41为例，所述第二线圈42相同，所述第一线圈41顺时针旋转时，穿过所述第一线圈41的磁感线增加，假设此时的最大感应电动势为u₂，那么有 u₂＞u₁；所述第一线圈41逆时针旋转时，穿过所述第一线圈41的磁感线减少，假设此时最大感应电动势为u₃，那么有u₃＜u₁。

于是，便可以通过最大感应电动势与初始感应电动势进行比较得出所述第一线圈41或者所述第二线圈42的摆动方向，摆动角度的计算进行角度差值计算即可。

本发明的有点在于基于电磁感应原理和毕奥-萨伐尔定律，利用亥姆霍兹线圈产生交变磁场，基于电磁感应定律，利用放置在磁场中的线圈产生相应的感应电动势进而测量出的电信号送入信号处理装置，经过处理计算，即可得到当前吊绳的摆角信息，采用不接触的测角方式，结构装置简单易于维护，电磁传导不受环境的影响，无相互接触摩擦部分，可以消除因机械磨损或环境带来的测量误差，从而有较高的精度；并且，得到的摆角信息可以送入防摇控制器进行防摇控制，也可以送入桥式吊车驾驶室的显示屏幕供驾驶员进行参考操作。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。