使用磁致伸缩位移传感器测量船用跳板的开启角度

来源：拿度科技 浏览量： 时间：2023-06-29 09:36

作者：李海龙曰祁亮曰张树玖

在滚装船、客滚船、渡船以及一些特殊船舶上使用跳板作为货物进出船舶的重要通道，这类船舶通常可以装载车辆或者使用车辆装卸货物[1]。跳板关闭后作为船体结构的一部分，起到风雨密或者水密的作用。跳板开启时，搭在码头，形式货物、人员、物资等进出船舶的通道。

跳板与船体间采用铰链进行连接。跳板的技术性能要求包括承载能力、通道宽度、密性、紧固装置等，在跳板上需要布置钢结构、液压、电气等附件来满足上述要求，并且跳板的最大开启角度有限制，在一些比较复杂的通道跳板还要求能实时提供跳板的开启角度，以便系统参与控制和监控。

1 现有方案

1.1 采用磁式接近开关测量

磁式接近开关内置干簧片触点，与惰性气体密封在玻璃罩内，受磁场影响，磁吸力使干簧片弯曲并相互接触，传递开关信号引起电接触。由于密封的玻璃罩和惰性气体，触点可以很好地防止灰尘，氧化和腐蚀；触点通过磁场而不是机械部件激活。磁式接近开关输出触点信号有常开触

点、常闭触点以及双触点[2]。

采用磁式接近开关测量跳板角度通常只用于某一指定角度的监测，无法连续测量。在现场布置时，需要单独考虑传感器支架、磁铁安装座、接线盒等附件的安装，由于跳板上需要经常进出车辆，还要考虑附件的安装不能影响到通行空间、防撞等。由于磁铁的磁场范围因素，使用磁式接近开关检测的位置也无法做到很精确。

1.2 采用绝对值编码器测量角度

绝对值编码器的码盘上刻有格雷码，每个位置对应一个格雷码刻度，通过光电信号转换输出被测物体的位置。在掉电再上电时，仍可根据当前刻度判断编码器的位置，因此实现记忆功能。

使用旋转编码器安装于跳板的铰链轴上，可以准确的计算出跳板的开启位置。但是由于海上环境以及安装位置的特殊性，设备受盐雾、海浪冲击等影响较大，编码器受海水腐蚀较严重；跳板的结构尺寸较大，结构变形严重，可能会导致旋转编码器安装卡死，导致后期维护、拆卸困难，因此该方案也不适用跳板开启角度的测量。

1.3 倾斜传感器

倾斜传感器采用封装外壳，通常可以达到 IP65 防护等级。这种传感器测得角度是基于重力竖直方向的绝对角度，如果只在跳板上布置传感器，无法补偿船舶横倾或者纵倾引起的偏差。因此，为了准确得到跳板的开启角度，还需要在船体上也布置一个倾斜传感器，两个倾斜传感器测量的角度差值为跳板的实时开启角度。

如果这样就必然带来成本的上升；传感器信号通常为数字信号，还需要铺设专用的通讯电缆；采用这种传感器也不能避免像采用磁式接近开关带来的安装问题。

综合几种方案，还需要一种新型的测量角度方案。

2 磁致伸缩位移传感器工作原理

磁滞伸缩位移传感器主要包括一条铁磁材料的测量感应元件和一个可移动的磁环。电流脉冲由传感器电子头送出并沿着波导管传播，通过这个电流脉冲制造的磁场与磁环产生的磁场相交时，会产生应变脉冲，这个脉冲信号以超声的速度传回并被电子头检测到，通过传感器电子头内部计算转换成实时的位移信号。这个位移信号是连续的，并且不会受到断电的影响，没有磨损、噪音和信号出错等问题，因此磁滞伸缩位移传感器可以提供精准的绝对值位置测量[3]。

磁滞伸缩位移传感器采用铝成型外壳，耐压外管保护着内部的电子元件，适合安装在液压油缸内部。磁环固定在油缸的移动部件活塞杆内，随着活塞杆的移动在整个行程内可实现非接触移动测量。

采用磁致伸缩位移传感器与其他几种测量方案相比的优势如下：

①位移传感器内置在油缸内部，不占用额外的安装空间；

②位移传感器不受气候、海水、盐雾等外部环境的影响，大大提高了设备的可靠性；

③位移传感器采用非接触式测量，无磨损，增强了感应元件的使用寿命；

④无需额外附件，简化现场安装，调试流程。

3 使用磁致伸缩位移传感器测量角度的方法

跳板采用液压油缸操作，液压油缸与船体、跳板的连接均采用固定铰链连接，液压油缸的两端铰链与跳板的铰链点可以形成一个三角形，通过三角函数，可以计算出实时角度A。在跳板关闭位置，存在初始角度（用B 表示），当前角度A与初始角度B 的差值即为跳板的实时开启角度。

使用磁致伸缩位移传感器测量角度的计算过程如下：

Lac：油缸活塞端的固定铰链与船体的固定铰链之间的距离，该值为已知固定值。

Lbc：油缸活塞杆端的固定铰链与跳板的固定铰链之间的距离，该值为已知固定值。

Lab：油缸的两端铰链之间的距离，该值通过位移传感器检测获得。