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专利名称：建筑物整体平移微机监测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种位移监测装置，尤其是一种建筑物整体搬迁时用对建筑物的位移量进行实时监测的微机监测装置。
目前，千斤顶进程的测控是靠人工来完成的，在各推动点上分别由该点的观察人员用肉眼观测它的进程。并将数据用对讲机通知油阀控制点上的人员，由他们手动调节千斤顶的动力油阀门的开度，以控制进程的同步。这种人工测量方法存在的问题是1、用人眼对千斤顶进程观察时精度(即分辨率)较低，(毫米级)。2、由于对位移的观察和油阀门的操作，不能由一个点上的人员来完成，所以其“测”和“控”的配合很不协调。即众多观察“进程”的人员向油阀控制点报数据的方式是混乱无序的。而控制油阀门的人亦不能即时了到解调节油阀后的效果。
三、技术内容1、技术问题本实用新型要解决的问题是(1)提高对千斤顶进程测量的精度使之达到以“丝”为计量单位的精度级别；(2)在一个点上实现测控的全过程，以使测、控动作迅速、协调，提高千斤顶进程的同步率。
2、技术方案本实用新型由微机和传感部件所组成，该监测装置包括显示器、屏幕切换器、显示机、采集机、16路数字量输入输出卡、光电隔离型数字量输入卡、光栅编码器。显示机和采集机共用一台显示器，即屏幕切换器的输入端分别接显示机和采集机的输出端，屏幕切换器的输出端接显示器，显示机和采集机分别通过“ISA”总线与16路数字量输入输出卡相连，采集机还通过“ISA”总线与光电隔离型数字量输入卡相连，光电隔离型数字量输入卡的输入端分别与多路光栅编码器组件相连接。16位数字量输入输出卡由输入输出卡K1、K2所组成，输入输出卡K1的接口J1、J3对应于输入输出卡K2的接口J2、J4相接，输入输出卡K1的接口J6与显示机上的ISA总线相接，输入输出卡K2的接口J7与采集机上的ISA总线相接。光栅编码器组件由盒体、支架、转轴、转轮、钢丝、配重物、连轴器、光栅编码器所组成，支架固定在盒体中，转轴安装在支架上，可以自由转动，在两个支架之间的转轴上固定有转轮，转轴的另一端通过连轴器与光栅编码器相连接，钢丝绕在转轮上，配重物与钢丝相连接自由下垂悬挂在盒体外。用光栅传感器(或称光栅编码器)作为距离传感器，将采集到的各千斤顶进程信号传给微机。微机将这些信号以图形的方式直观地显示在屏幕上，油阀控制点上的人员根据这些信号数据，调节千斤顶油阀开度以控制千斤顶进程的同步率。
3、技术效果本实用新型采用“微机”代替“人工”对建筑物整体平移过程进行测量，对建筑物整体平移位移量的测量精度大大提高了；操作人员借助于这台装置能很直观地看清各千斤顶进程，以控制它们的同步率，以上优点使建筑物整体平移的位移同步率提高了。从而，减少了建筑物的受损程度，在一个点上实现测控的全过程，以使测、控动作迅速、协调，提高千斤顶进程的同步率。
四

图1是本实用新型的电原理框图。其中有显示器1、屏幕切换器2、显示机3、采集机4、16路数字量输入输出卡5、光电隔离型数字量输入卡6、光栅编码器组件7。
图2是本实用新型的电路结构原理图。
图3是本实用新型光栅编码器组件7的结构示意图。其中有盒体71、支架72、转轴73、转轮74、钢丝75、配重物76、连轴器77、光栅编码器78。
五具体实施方式
1传感器的选择和安装方法的设计对选择房体位移测量的传感器有如下几点要求1)测量分辨率要小于0.1mm。
2)由于测量时间延续较长它的零点不能飘移。
3)测量点较多，传感器价格不能太高。
4)因房体的位移量为数十米，千斤顶最大顶程只有一米，所以千斤顶本体也要不断地移位。在这种情况下，传感器要便于安装。
综上所述，本仪器选用了光栅编码器来进行位移测量。光栅编码器的分辨率很高(600线的编码器用在本仪器上时，可达0.05mm的分辨率)。由于光栅编码器输出的是数字量脉冲信号，故不会有零点飘移问题。同时它价格低，体积�。�便于安装这些优点满足了上述的几点要求。在测量建筑物位移的过程中将光栅编码器固定在被移动的房体上。再引入一根钢丝，其一端在光电编码器的转轴上绕两圈，並由一个配重物将其拉紧，另一端固定在某个不动点上。随着房体的移动，定点物与建筑物之间距离变长，钢丝沿着光电编码器的转轴移动，于是牵动了光栅编码器的转轴旋转，这样光栅编码器就输出脉冲信号。微机对这个脉冲信号进行采样和累积记录，所记录的累积数对应了传感器转轴的转动角度，并可折算成建筑物的直线位移量。同时，建立定时计数方式可得到单位时间中位移量的变化值。(即位移速度)。同理单位时间中速度的变化值就是加速度。由于在推动房体移位的过程中，有来回震动现象，微机需要根据编码器输出的A，B两相脉冲的相位差来判别房体的位移的方向。以判别对脉冲记录数是进行累加，还是递减。
除了位移传感器(光栅编码器组件)外，监测仪的主体是两台微机。它们用于将采集到的各路光栅编码器输出的脉冲信号折算成房体各点的位移量后以棒形图形式在屏幕上平行地显示出来。使操作人员很直观地看清各千斤顶进程，以控制它们的同步率。微机系应用软件程序是用Dlephi语言编写的。Dlephi是基于windows软件平台上的一种“可视化”“面对对象”的高级语言。它既可以嵌入“汇编”直接对基层的I/O口进行操作，又有丰富的图形显示功能，很适合本仪器的开发。但windows操作系统在用作“工控”时的实时性能很差(即速度慢)。细细分析就是windows系统软件显示时间(即刷新屏幕所占用的时间)太长，是毫秒级。这个速度大大慢于指令执行时间(毫微秒级)。这样会漏检光栅编码器输出的脉冲信号，产生误差。在测控点较少的情况下，用多线程的方式可以缓解这个缺点。但在对房体位移的监测过程中，监测点较多(有几十台千斤顶，每台测一个监测点)用“多线程”的方式效果並不好。对此本仪器采用了双微机协处理的工作方式，来对监测点进行实时监测。其结构图1所示。
图1中一台微机专门采集和记录各编码器输出的脉冲，它不作显示。(即程序中没有与刷新屏幕有关的指令)；下称“采集机”。另一台微机专门作显示。下称“显示机”它接收“采集机”传送来的数据(即各监视点的位移量)。以棒形图方式显示出来。只要采集机一方工作速度快，不漏检信号，系统精度就高。而对显示机实时性能性能要求不高，因为它只是被动地去显示采集机传来的信号。使控制油阀门的人直观地看清各千斤顶进程，以操作阀门的开度。两台微机是用并行口进行数据通信的。它们各自通过16路数字量输出板给对方发送数据。从自己的16路数字量输入板上接收对方发来的数据。
系统中两台微机的通信速度和系统的实时性是有关系的。因为在它们通信时采集机放弃了对编码器的监测。在这段时间中不允许编码器产生一个以上的脉冲，否则采集机就要漏检信号了。参看软件流程图可以粗略地算出系统的实时性指标应满足下列关系T1+T2＜T3T1为采集机对全部编码器检测一次的总时间。
T2为采集机和显示机通信一次的时间。
T3为房体移位最快时，编码器输出两个脉冲的时间间隔。
不满足上式，采集机就会漏检编码器的脉冲信号造成误差。为了提高通信速度，这里采用了并行口的方式进行双字节通信。通信速度为毫秒微级。这里设定高5位为地址(即编码器序号)低11位为该序号编码器的脉冲记录数据(即该点的位移量)由于这里的并行通信没有握手信号，所以在程序中采用了一些措施使采集机发送数据和显示机接收数据同时进行。采集机是判明显示机处于“等待收数”的状态下，才允许发数据。它将测到的所有编码器脉冲记录数附上地址序号后一一发出，为了确保对方不漏收数据，每个数据发2次。若系统中有n个监测点，采集机在一次通信过程中就发2n个双字节数据。它只管向显示机的并行输入口上送数据，不管显示机如何接收这些数据。显示机是能够无误地接收数据的。其理由是1)程序中设法做到双机发收同时进行(相当于串行通信口握手信号所起的作用)。
2)两微机工作频率相同，“发收”节拍相同(相当于串行通信时两机取相同的波特率)。
3)采集机每个数据发2次，显示机每个数据收2次。完全消除了双微机收发节拍上的微小误差所造成的漏收数据现象。
采集机在测量到位移速度和加速度等数据后。根据自己输入口上的标志字FFFFH或OOOOH来判别显控机是正在忙于“作显示或控制”，(即刷新屏幕或控制阀门的开度)还是在“等待收数”。若为前者，显控机不能发数据，仍然去执行测量任务。若为后者，则采集机将自己记录到的各编码器的脉冲数据一一发出去。每个数据发2次，最后发一个OOOOH维持在对方的输入口上作为“发数结束标志”。表示当前不发数了。此后转回测量程序，并重复上述过程。显控机是以收一次数和显示一次这两个重复的节拍进行循环的。为了保证接收机和显示机同时进行发收数据，显示机发出一个可接收数据的标志字OOOOH后就等待采集机传来数据。若采集机正忙于测量不能发数。显示机从自己输入口上取到的数据是OOOOH。这个OOOOH是采集机发完一批数后最后发出的那个“结束标志”。显控机继续处于等待收数状态。采集机发出第一个数据后，(因为这个数据高5位为非0的地址数)显示机就取到一个非0的数据，在它保存完这个非0的数据后脱离等待收数的状态，接着连续收2n-1个数据。(连同以上那个非0数据共2n个数据)。显示机收完2n个数据后，又一次要去作显示了。在作显示和控制前它发出特征字FFFFH维持在对方的输入口上，表示现在不能收数据。显示机做完显示后重新送一个OOOOH到对方的输入口上表示当前可以收数，处于“等待收数据”状态。并周而复始的进行“收数”“显示”这两个节拍。特别指出数据处理程序是在显示机程序中完成的，其目的是为了尽量使采集机不脱离测量程序。以免漏检光栅编码器输出的脉冲信号。
权利要求1.一种建筑物整体平移微机监测装置，由信号传感部件和信号处理部件所组成，其特征在于该监测装置包括显示器(1)、屏幕切换器(2)、显示机(3)、采集机(4)、16路数字量输入输出卡(5)、光电隔离型数字量输入卡(6)、光栅编码器(7)，显示机(3)和采集机(4)共用一台显示器(1)，即屏幕切换器(2)的输入端分别接显示机(3)和采集机(4)的输出端，屏幕切换器(2)的输出端接显示器(1)，显示机(3)和采集机(4)分别通过“ISA”总线与16路数字量输入输出卡(5)相连，采集机(4)还通过“ISA”总线与光电隔离型数字量输入卡(6)相连，光电隔离型数字量输入卡(6)的输入端分别与多路光栅编码器组件(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的建筑物整体平移微机监测装置，其特征在于16位数字量输入输出卡(5)由输入输出卡K1、K2所组成，输入输出卡K1的接口J1、J3对应与输入输出卡K2的接口J2、J4相接，输入输出卡K1的接口J6与显示机上的ISA总线相接，输入输出卡K2的接口J7与采集机上的ISA总线相接。
3.根据权利要求1或2所述的建筑物整体平移微机监测装置，其特征在于光栅编码器组件(7)由盒体(71)、支架(72)、转轴(73)、转轮(74)、钢丝(75)、配重物(76)、连轴器(77)、光栅编码器(78)所组成，支架(72)固定在盒体(71)中，转轴(73)安装在支架(72)上，可以自由转动，在两个支架之间的转轴上固定有转轮(74)，转轴(73)的另一端通过连轴器(77)与光栅编码器(78)相连接，钢丝(75)绕在转轮(74)上，配重物(76)与钢丝(75)相连接自由下垂悬挂在盒体(71)外。
专利摘要建筑物整体平移微机监测装置是用于建筑物整体搬迁时对建筑物的位移量进行实时监控的装置，由信号传感部件和信号处理部件所组成，该监测装置包括显示器、屏幕切换器、显示机、采集机4、16路数字量输入输出卡、光电隔离型数字量输入卡、光栅编码器所组成，显示机和采集机共用一台显示器，即屏幕切换器的输入端分别接显示机和采集机的输出端，屏幕切换器的输出端接显示器，显示机和采集机分别通过“ISA”总线与16路数字量输入输出卡相连，采集机还通过“ISA”总线与光电隔离型数字量输入卡相连，光电隔离型数字量输入卡的输入端分别与多路光栅编码器组件相连接。使建筑物整体位移量的测量精度和位移的同步率大大提高。
文档编号G01C15/00GK2583633SQ02286389
公开日2003年10月29日 申请日期2002年11月29日 优先权日2002年11月29日
发明者章文舒, 卫龙武 申请人:江苏东大特种基础工程有限公司, 南京工业大学