预应力千斤顶活塞缸位移测量装置及测量计算方法
阅读说明：本技术 预应力千斤顶活塞缸位移测量装置及测量计算方法 (Device and method for measuring displacement of piston cylinder of prestress jack ) 是由 廖强 方正 罗斌 方宗平 于 2021-08-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于预应力千斤顶技术领域,具体公开了一种预应力千斤顶活塞缸位移测量装置及测量计算方法,该系统包括数据采集模块、数据处理模块和中央处理模块,数据采集模块用于采集千斤顶液压系统的压力和流量信息,数据处理模块的输入端与数据采集模块的输出端连接,数据处理模块用于获取采集的信息,并对信息进行模数转换和信号增强处理,中央处理模块的输入端与数据处理模块的输出端连接,中央处理模块用于接收处理后的信息并转换得到千斤顶的行程位移量。采用本技术方案,通过各模块配合,实现千斤顶活塞缸行程位移量的精准测量。(The invention belongs to the technical field of prestressed jacks and particularly discloses a device for measuring displacement of a piston cylinder of a prestressed jack and a measuring and calculating method. By adopting the technical scheme, the accurate measurement of the stroke displacement of the jack piston cylinder is realized through the cooperation of the modules.)
技术领域
本发明属于预应力千斤顶技术领域，涉及一种预应力千斤顶活塞缸位移测量装置及测量计算方法。
背景技术
在工程建设中，液压千斤顶作为一种基础性工具设备，被广泛应用于各类场景，如建筑物的顶升平移，工程结构的支撑，结构件的吊装牵引，各种类型的荷载试验，结构物的预应力施加等。一般性工程用途的千斤顶，在使用过程中通常仅需要关注单方面的参数指标，如顶升平移只关注位移量指标，支撑吊装只关注荷载指标。而预应力千斤顶是用于张拉钢绞线等预应力筋的专用千斤顶，预应力千斤顶均为穿心式液压双作用千斤顶，预应力千斤顶需和高压油泵配合使用，张拉和回顶的动力均由高压油泵的高压油提供。且用于预应力工程的千斤顶则具有很强的特殊性，其主要表现在以下方面：
1.双重属性：既是一种施工机具，又是一种计量器具。
2.多参数指标：荷载、位移、运行状态、运行速率等。
尤其是在位移测量方面，目前多采用接触式附加装置进行位移测量，使用过程中接触式附加装置易损坏，造成施工数据不完整，对施工质量的控制和后期资料报表的生成造成了困难。且现有的位移测量装置不适用于恶劣复杂的工况，由于恶劣复杂工况的作业空间、场合限制多，不便于安装，成本高，不利于使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种预应力千斤顶活塞缸位移测量装置及测量计算方法，实现千斤顶活塞缸行程位移量的精准测量。
为了达到上述目的，本发明的基础方案为：一种预应力千斤顶活塞缸位移测量装置，包括数据采集模块、数据处理模块和中央处理模块；
所述数据采集模块用于采集千斤顶液压系统的压力和流量信息；
所述数据处理模块的输入端与数据采集模块的输出端连接，数据处理模块用于获取采集的信息，并对信息进行模数转换和信号增强处理；
所述中央处理模块的输入端与数据处理模块的输出端连接，中央处理模块用于接收处理后的信息并转换得到千斤顶的行程位移量。
本基础方案的工作原理和有益效果在于：利用数据采集模块获取相应数据，并将数据信息传输至数据处理模块，将压力及流量数值转化为电信号，并增强信号，有利于数值传输。中央处理模块对采集的压力及流量信息进行分析计算，获取千斤顶活塞缸行程位移量，实现千斤顶活塞缸行程位移量的精准测量。压力与流量体积换算，解决人工测量、直接测量过程中的安全问题和不准确的问题。该技术方案也适用于其他恶劣复杂工况，尤其是不方便直接安装位移测量装置的场景，但需要对液压油缸活塞位移进行测量定位或控制的场合。
进一步，所述数据采集模块包括压力传感器和流量传感器，压力传感器和流量传感器集成一体设置或者分体设置。
压力传感器和流量传感器集成一体设置，便于整体安装、拆卸。压力传感器和流量传感器分体设置，便于根据需要，灵活调整压力传感器和流量传感器的安装位置。
进一步，所述数据处理模块包括模数转换单元和信号增强单元，所述模数转换单元的输入端与数据采集模块的输出端连接，模数转换单元的输出端与信号增强单元的输入端连接，所述信号增强单元的输出端与中央处理模块连接。
依次实现对采集信息的模数转换和信号增强，保证每个信号均得到预处理，有利于后续信号传输。
进一步，还包括供电模块和电源管理模块，所述供电模块的供电端分别与各模块连接，所述电源管理模块的控制信号输出端与供电模块的控制端连接。
采用供电系统，确保在整个施工周期内本方案的物联终端保持运行，自动连续采集数据。电源管理模块可控制供电模块的启停，便于灵活控制供电模块的供电操作，避免电量浪费或未及时供电而影响其它模块正常运行。
进一步，还包括通信模块，所述通信模块包括有线通信单元或无线通信单元，各模块通过通信模块进行信息传输。
根据选择有线通信单元或无线通信单元，灵活使用。
进一步，还包括壳体，各模块均设置在壳体内。
壳体用于保护设备，避免外部环境的污水、尘土等污染设备。
进一步，所述壳体一侧设有凹槽，凹槽可卡接在千斤顶液压系统的进油口处。
在壳体上设置凹槽，利用凹槽与进油口卡接，便于定位。
本发明还提供一种用于本发明所述位移测量装置的测量计算方法，包括如下步骤：
S1，假设千斤顶液压系统的进油口处压力一定，即压缩系数一定，设为k，建立流过千斤顶进油口处介质的体积与千斤顶活塞缸伸长量的计算公式：
L＝(ax2+bx+c)k
其中，L为千斤顶活塞缸伸长量，x为流过千斤顶进油口处介质的体积,a、b、c为标定产生的回归方程的系数；
S2，设定千斤顶活塞缸伸长量数值固定，即活塞缸的体积一定，设为V，建立流过千斤顶进油口处介质的体积与千斤顶进油口处压强的计算公式：
其中，k为压缩系数，ΔV为体积变化量，ΔP为压强变化量；
S3，获取时间t1与t2对应的通过进油口的介质流量体积V1和V2，以及压力信息F1和F2，再根据压力信息换算得到压强信息P1和P2；
将V1和V2进行求差计算，得到ΔV，同时将P1和P2进行求差计算，得到ΔP；
将ΔV和ΔP输入S2中的计算公式，得到k，并将k输入S1中的计算公式，得到千斤顶活塞缸伸长量。
利用该方法将压力与流量体积信号转换为千斤顶活塞缸位移信号，操作简单，利于使用。
附图说明
图1是本发明预应力千斤顶活塞缸位移测量装置的立体图；
图2是本发明预应力千斤顶活塞缸位移测量装置的左侧视图；
图3是图2的A-A剖视图。
说明书附图中的附图标记包括：通信模块1、信号增强单元1.1、固定螺帽1.2、固定防护座1.3、电源管理模块2、供电模块2.1、数据采集模块3、压力传感器3.1、流量传感器3.2、数据处理模块4、外壳5、盖板6、凹槽7。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。
如图1-3所示，本发明公开了一种预应力千斤顶活塞缸位移测量装置，
包括数据采集模块3、数据处理模块4和中央处理模块，通过液压压力补偿与流量体积换算实现千斤顶活塞缸行程位移量的精准测量。使用时先在千斤顶与高压油泵间采用高压油管连接，将本装置安装在油管的一定位置处，启动高压油泵向千斤顶供油。
数据采集模块3设置在预应力千斤顶的油管通路上，采用非接触式测量，数据采集模块3用于采集千斤顶液压系统的压力和流量信息。数据采集模块3包括压力传感器3.1(采用如电阻式压力传感器3.1)和流量传感器3.2，压力传感器3.1和流量传感器3.2集成一体设置或者分体设置，压力传感器3.1和流量传感器3.2可集成安装在一块电路板上，便于移动安装。还可对流量传感器3.2的监测参数进行扩展应用，如根据流量参数进行运行状态监测、故障诊断、液压介质监测等。
数据处理模块4的输入端与数据采集模块3的输出端电性连接，数据处理模块4用于获取采集的信息，并对信息进行模数转换和信号增强处理。数据处理模块4包括模数转换单元(采用如AD9634BCPZ-170模数转换器等)和信号增强单元1.1(如信号放大器、TS-9200信号增强器等)，模数转换单元的输入端与数据采集模块3的输出端电性连接，模数转换单元的输出端与信号增强单元1.1的输入端电性连接，所述信号增强单元1.1的输出端与中央处理模块电性连接。
中央处理模块的输入端与数据处理模块4的输出端电性连接，中央处理处理模块用于接收处理后的信息，并根据压力信号和流量体积信号，计算转换得到千斤顶的行程位移量。
本发明的一种优选方案中，预应力千斤顶活塞缸位移测量装置还包括供电模块2.1和电源管理模块2，用于保证供电。供电模块2.1的供电端分别与各模块电性连接，电源管理模块2的控制信号输出端与供电模块2.1的控制端电性连接，用于控制独立供电模块2.1的启动与停止。供电模块2.1选用高能量密度电池，电源管理模块2可采用控制开关。
本发明的一种优选方案中，预应力千斤顶活塞缸位移测量装置还包括通信模块1，通信模块1包括有线通信单元或无线通信单元，各模块通过通信模块1进行信息传输。有线通信单元可采用光纤、电缆等线路连接模块，无线通信单元采用WiFi通信模块、2G/3G/4G网络通信模块等。通信模块1上也设有信号增强单元1.1，用于改善信息传输效果。
如图1和2所示，本发明的一种优选方案中，预应力千斤顶活塞缸位移测量装置还包括壳体，各模块均设置在壳体内，壳体可避免外部污染物与预应力千斤顶活塞缸位移测量装置设备接触，保护设备。壳体包括外壳5和盖板6，壳体底部设有凹槽7，凹槽7可卡接在千斤顶液压系统的进油口处，便于安装定位。通信模块1和设置在通信模块1上的信号增强单元1.1通过固定防护座1.3与固定螺帽1.2安装在外壳5上，安装稳定。
本发明还提供一种用于本发明所述位移测量装置的测量计算方法，包括如下步骤：
S1，假设千斤顶液压系统的进油口处压力一定，即压缩系数一定，设为k，建立流过千斤顶进油口处介质的体积与千斤顶活塞缸伸长量的计算公式：
L＝(ax2+bx+c)k
其中，L为千斤顶活塞缸伸长量，x为流过千斤顶进油口处介质的体积,a、b、c为标定产生的回归方程的系数；
S2，设定千斤顶活塞缸伸长量数值固定，即活塞缸的体积一定，设为V，建立流过千斤顶进油口处介质的体积与千斤顶进油口处压强的计算公式：
其中，k为压缩系数，ΔV为体积变化量，ΔP为压强变化量；
S3，获取时间t1与t2对应的通过进油口的介质流量体积V1和V2，以及压力信息F1和F2，再根据压力信息换算得到压强信息P1和P2；
将V1和V2进行求差计算，得到ΔV，同时将P1和P2进行求差计算，得到ΔP；
将ΔV和ΔP输入S2中的计算公式，得到k，并将k输入S1中的计算公式，得到千斤顶活塞缸伸长量。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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