一种弧形闸门开度检测装置及方法技术领域
本发明涉及闸门开度检测领域，特别是一种弧形闸门开度检测装置及方法。
背景技术
弧形闸门开度测量方法目前最广泛采用的主要有如下这些技术方案：
1、对于液压式弧形闸门，通过拉绳式位移传感器测量出驱动闸门开启、关闭的液压油缸活塞的位移，通过活塞位移间接换算弧门开度。该传感器本体安装在弧门液压油缸缸体上面，从传感器内拉出一根细钢丝绳，该钢丝绳拉出的一端固定在油缸活塞远端跟闸门铰接处附近，随着活塞的伸出和缩回，钢丝绳亦跟着被拉出和收回，钢丝绳拉出依靠活塞拉动，收回依靠传感器内部的涡卷弹簧的弹力，这个原理有些类似我们日常使用的能自动收回的钢卷尺。在传感器内部，钢丝绳盘绕在一个轮毂上，在钢丝绳拉出、收回的过程中，轮毂会跟着旋转，与轮毂同轴安装有一个绝对型编码器（过去也常用价格低廉的增量型编码器），该编码器用以检测轮毂的角位移，这个角位移信号一般通过RS422(SSI协议)接口、RS485（Modbus、Profibus等协议）接口、4-20mA电流环等方式传输至相应弧门电气控制柜中的PLC（可编程控制器）或开度检测仪表，由于传感器内轮毂角的位移和钢丝绳的线位移是线性对应关系，因此可通过简单的线性变换计算出钢丝绳的线位移也就是油缸活塞的位移，然后通过油缸活塞位移间接计算出闸门的开度。该技术虽使用普遍，但缺点明显，主要表现在：1）暴雨洪水季节，闸门上游水位较高，一些树枝、树根、杂草等各类漂浮物汇集在闸门上游的边沿，在风或浪的作用下经常会翻过闸门直接砸到下面的传感器钢丝绳上，造成钢丝绳被砸断导致开度测量失效，上游掉下来的杂物或由于下游水位过高漂浮过来的杂物也有可能会缠绕或悬挂在钢丝绳上对钢丝绳造成额外的扰动，给开度测量带来巨大偏差；2）钢丝绳在收回过程中一圈一圈有序的缠绕在轮毂上面，有时会出现叠绕的情况，这样会造成很大的测量偏差。3）传感器内部的涡卷弹簧时间久了可能会生锈或机械失效，会造成钢丝绳不能很好绷紧或正常收回、甚至被油缸活塞拉断。4）由于传感器是户外安装，如果防水做的不好，在大雨天气，雨水很容易通过传感器内编码器的转轴处进入编码器内部导致编码器损坏。5）活塞位移和闸门开度并非一个简单的数学关系，是一个比较复杂的函数关系，该函数的计算涉及到诸多闸门自身的机械尺寸和安装位置数据，在现场实际应用中，尤其对于后期装备的开度测量装置，这些数据往往难以准确获得，这给弧门开度计算带来很多困难，为了克服这个问题，实际应用中多是采取开度多点取样线性逼近的方法拟合实际开度函数曲线计算开度，但这样不仅会有较大的计算误差，而且调试标定非常麻烦，一般至少需要取样10个以上的开度点，每个取样点都需要用其他方法测量一次实际开度，作为开度标定的基础数据也需要保证一定的测量精度。
2、对于液压式弧形闸门，另外一种常用开度检测方法是测量油缸活塞位移间接换算开度，只不过所用位移传感器（如：磁致伸缩位移传感器）是安装在油缸内部。这种方案虽然没有上述拉绳式位移传感器的一些缺点，但它也有自身的缺点：1）由于位移传感器内置，这就需要位移传感器在油缸出厂前就在油缸内部安装就位，现场使用过程中位移传感器一旦出现故障，维修或更换将会及其困难，有时甚至需要拆下整个油缸返厂维修，而且维修周期长、代价大。2）活塞位移和闸门开度并非一个简单的数学关系，是一个比较复杂的函数关系，该函数的计算涉及到诸多闸门自身的机械尺寸和安装位置数据，在现场实际应用中，尤其对于后期装备的开度测量装置，这些数据往往难以准确获得，这给弧门开度计算带来很多困难，为了克服这个问题，实际应用中多是采取开度多点取样线性逼近的方法拟合实际开度函数曲线计算开度，但这样不仅会有较大的计算误差，而且调试标定非常麻烦，一般至少需要取样10个以上的开度点，每个取样点都需要用其他方法测量一次实际开度，作为开度标定的基础数据也需要保证一定的测量精度。
3、对于卷扬式弧形闸门的开度测量，常用的方案是在卷筒的端面跟卷筒同心安装一个绝对型编码器，通过该绝对型编码器测量卷筒的角位移，角位移信号一般通过RS422接口(SSI协议)、RS485接口（Modbus、Profibus等协议）、4-20mA电流环等方式传输至相应弧门电气控制柜中的PLC或开度检测仪表，卷筒角位移通过线性变换计算出成卷扬钢丝绳的线位移，再通过钢丝绳的线位移换算闸门开度，由于钢丝绳的线位移和闸门开度同样不是简单的数学关系，是一个比较复杂的函数关系，该函数的计算涉及到诸多闸门自身的机械尺寸和安装位置数据，在现场实际应用中，尤其对于后期装备的开度测量装置，这些数据往往难以准确获得，这给弧门开度计算带来很多困难，为了克服这个问题，实际应用中多是采取开度多点取样线性逼近的方法拟合实际开度函数曲线计算开度，但这样不仅会有较大的计算误差，而且调试标定非常麻烦，一般至少需要取样10个以上的开度点，每个取样点都需要用其他方法测量一次实际开度，作为开度标定的基础数据也需要保证一定的测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种弧形闸门开度检测装置，通过使用传感器检测闸门开启时旋转的角度，从而得出弧形闸门的开度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种弧形闸门开度检测装置，包括控制器和角度检测装置，控制器的输入端连接角度检测装置，角度检测装置检测弧形闸门开启时旋转的角度，并传递给控制器；
所述角度检测装置装设在闸门上，所述闸门包括支撑铰、支臂、弧形门页，支臂的一端铰接于支撑铰处，支臂的另一端设有弧形门页。
优选的，所述角度检测装置为倾角传感器。
优选的，所述倾角传感器为一个或多个，可装设在闸门上的任意位置或其他跟随闸门绕支撑铰旋转的物体上。
优选的，所述倾角传感器为两个，分别安装于闸门的左右两侧。
优选的，所述角度检测装置为编码器。
优选的，所述编码器装设于支撑铰处，编码器为增量型编码器或绝对型编码器。
优选的，所述控制器通过RS485通信模块与上位机连接。
优选的，所述控制器和角度检测装置可封装于同一封装盒内，也可分别装设于不同位置。
优选的，所述编码器通过RS485或RS442或4-20mA接口与控制器连接。
优选的，所述控制器为PLC或弧门开度监测仪表。
优选的，还包括电源模块，电源模块与控制器连接，为装置提供电能。
一种弧形闸门开度检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：使用角度检测装置检测闸门开启时旋转的角度α；
步骤二；角度检测装置将检测到的信息传递给控制器，并由控制器计算闸门的开度；闸门绕支撑铰3转动，闸门转动的角度α和弧门开度=H之间是正弦关系，数学关系式为：H=r*sinα，其中r为弧门曲率半径。
本发明具有以下优点：
1）相比于传统的检测方法，简化了检测及计算步骤，大大提高了工作效率，保证的装置的可靠性；
2）安装方便，传感器可安装在闸门上的任何位置，便于现场施工，降低施工事故风险；
3）由于本发明中最主要采用的测量弧门转角的倾角传感器可以很方便的做成全封闭式的，因而防护性大幅提升；
4）采用本装置，测量精度将得到大幅提升，尤其是稳定性和可靠性将有质的飞跃；
5）对于液压式启闭机，通过在闸门左、右两侧各安装一只倾角传感器，同时检测弧门左右两侧的开度，以检测到的弧门两侧开度的偏差值作为控制依据进行左右两侧油缸纠偏控制，能很好的避免闸门启闭过程中出现卡阻现象；
6）本发明提供了倾角传感器与编码器两种测量角度的方式，用户可根据实际情况，进行合适的选择。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的结构框图；
图2为本发明闸门的结构示意图；
图中：弧形门页1、支臂2、支撑铰3、倾角传感器4。
具体实施方式
如图1-2中，一种弧形闸门开度检测装置，包括控制器和角度检测装置，控制器的输入端连接角度检测装置，角度检测装置检测弧形闸门开启时旋转的角度，并传递给控制器；
所述角度检测装置装设在闸门上，所述闸门包括支撑铰3、支臂2、弧形门页1，支臂2的一端铰接于支撑铰3处，支臂2的另一端设有弧形门页1。
所述角度检测装置为倾角传感器。倾角传感器使用方便，自带A/D转换功能，检测精度高，能够精确到0.001度。
所述倾角传感器为一个或多个，可装设在闸门上的任意位置或其他跟随闸门绕支撑铰3旋转的物体上。安装范围不受条件限制，可根据实际情况选择传感器个数与安装位置。如图1中，倾角传感器4可装设于支臂2上。
所述倾角传感器为两个，分别安装于闸门的左右两侧。在闸门的左右两侧各安装一个倾角传感器，能够同时检测闸门两侧的开度，以检测到的闸门两侧开度的偏差值作为控制依据进行左右两侧油缸纠偏控制，能很好的避免闸门启闭过程中出现卡阻现象。
所述角度检测装置为编码器，编码器可配置性高、可编程性高，检测、响应时间较好。
所述编码器装设于支撑铰3处，编码器为增量型编码器或绝对型编码器。
所述控制器通过RS485通信模块与上位机连接，建立与上位机的通信，实现人机交互。
所述控制器和角度检测装置可封装于同一封装盒内，也可分别装设于不同位置。
所述编码器通过RS485或RS442或4-20mA接口与控制器连接。
所述控制器为PLC或弧门开度监测仪表。
还包括电源模块，电源模块与控制器连接，为装置提供电能。
一种弧形闸门开度检测装置的检测方法，包括以下步骤：
步骤一：使用角度检测装置检测闸门开启时旋转的角度α；
步骤二；角度检测装置将检测到的信息传递给控制器，并由控制器计算闸门的开度；闸门绕支撑铰3转动，闸门转动的角度α和弧门开度=H之间是正弦关系，数学关系式为：H=r*sinα，其中r为弧门曲率半径。r是常数，在相应弧门机械图中能够查到，即便查不到相应机械图，现场实测也很容易，所以只要测出闸门转角α就能换算出闸门开度。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。