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使用磁致伸縮位移傳感器測量船用跳板的開啟角度
來源：拿度科技
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時間：2023-06-29 09:36
使用磁致伸縮位移傳感器測量船用跳板的開啟角度
作者：李海龍曰祁亮曰張樹玖
在滾裝船、客滾船、渡船以及一些特殊船舶上使用跳板作為貨物進出船舶的重要通道，這類船舶通常可以裝載車輛或者使用車輛裝卸貨物[1]。跳板關閉后作為船體結構的一部分，起到風雨密或者水密的作用。跳板開啟時，搭在碼頭，形式貨物、人員、物資等進出船舶的通道。
跳板與船體間采用鉸鏈進行連接。跳板的技術性能要求包括承載能力、通道寬度、密性、緊固裝置等，在跳板上需要布置鋼結構、液壓、電氣等附件來滿足上述要求，并且跳板的最大開啟角度有限制，在一些比較復雜的通道跳板還要求能實時提供跳板的開啟角度，以便系統參與控制和監控。
1 現有方案
1.1 采用磁式接近開關測量
磁式接近開關內置干簧片觸點，與惰性氣體密封在玻璃罩內，受磁場影響，磁吸力使干簧片彎曲并相互接觸，傳遞開關信號引起電接觸。由于密封的玻璃罩和惰性氣體，觸點可以很好地防止灰塵，氧化和腐蝕；觸點通過磁場而不是機械部件激活。磁式接近開關輸出觸點信號有常開觸
點、常閉觸點以及雙觸點[2]。
采用磁式接近開關測量跳板角度通常只用于某一指定角度的監測，無法連續測量。在現場布置時，需要單獨考慮傳感器支架、磁鐵安裝座、接線盒等附件的安裝，由于跳板上需要經常進出車輛，還要考慮附件的安裝不能影響到通行空間、防撞等。由于磁鐵的磁場范圍因素，使用磁式接近開關檢測的位置也無法做到很精確。
1.2 采用絕對值編碼器測量角度
絕對值編碼器的碼盤上刻有格雷碼，每個位置對應一個格雷碼刻度，通過光電信號轉換輸出被測物體的位置。在掉電再上電時，仍可根據當前刻度判斷編碼器的位置，因此實現記憶功能。
使用旋轉編碼器安裝于跳板的鉸鏈軸上，可以準確的計算出跳板的開啟位置。但是由于海上環境以及安裝位置的特殊性，設備受鹽霧、海浪沖擊等影響較大，編碼器受海水腐蝕較嚴重；跳板的結構尺寸較大，結構變形嚴重，可能會導致旋轉編碼器安裝卡死，導致后期維護、拆卸困難，因此該方案也不適用跳板開啟角度的測量。
1.3 傾斜傳感器
傾斜傳感器采用封裝外殼，通常可以達到 IP65 防護等級。這種傳感器測得角度是基于重力豎直方向的絕對角度，如果只在跳板上布置傳感器，無法補償船舶橫傾或者縱傾引起的偏差。因此，為了準確得到跳板的開啟角度，還需要在船體上也布置一個傾斜傳感器，兩個傾斜傳感器測量的角度差值為跳板的實時開啟角度。
如果這樣就必然帶來成本的上升；傳感器信號通常為數字信號，還需要鋪設專用的通訊電纜；采用這種傳感器也不能避免像采用磁式接近開關帶來的安裝問題。
綜合幾種方案，還需要一種新型的測量角度方案。
2 磁致伸縮位移傳感器工作原理
磁滯伸縮位移傳感器主要包括一條鐵磁材料的測量感應元件和一個可移動的磁環。電流脈沖由傳感器電子頭送出并沿著波導管傳播，通過這個電流脈沖制造的磁場與磁環產生的磁場相交時，會產生應變脈沖，這個脈沖信號以超聲的速度傳回并被電子頭檢測到，通過傳感器電子頭內部計算轉換成實時的位移信號。這個位移信號是連續的，并且不會受到斷電的影響，沒有磨損、噪音和信號出錯等問題，因此磁滯伸縮位移傳感器可以提供精準的絕對值位置測量[3]。
磁滯伸縮位移傳感器采用鋁成型外殼，耐壓外管保護著內部的電子元件，適合安裝在液壓油缸內部。磁環固定在油缸的移動部件活塞桿內，隨著活塞桿的移動在整個行程內可實現非接觸移動測量。
采用磁致伸縮位移傳感器與其他幾種測量方案相比的優勢如下：
①位移傳感器內置在油缸內部，不占用額外的安裝空間；
②位移傳感器不受氣候、海水、鹽霧等外部環境的影響，大大提高了設備的可靠性；
③位移傳感器采用非接觸式測量，無磨損，增強了感應元件的使用壽命；
④無需額外附件，簡化現場安裝，調試流程。
3 使用磁致伸縮位移傳感器測量角度的方法
跳板采用液壓油缸操作，液壓油缸與船體、跳板的連接均采用固定鉸鏈連接，液壓油缸的兩端鉸鏈與跳板的鉸鏈點可以形成一個三角形，通過三角函數，可以計算出實時角度A。在跳板關閉位置，存在初始角度（用B 表示），當前角度A與初始角度B 的差值即為跳板的實時開啟角度。
使用磁致伸縮位移傳感器測量角度的計算過程如下：
Lac：油缸活塞端的固定鉸鏈與船體的固定鉸鏈之間的距離，該值為已知固定值。
Lbc：油缸活塞桿端的固定鉸鏈與跳板的固定鉸鏈之間的距離，該值為已知固定值。
Lab：油缸的兩端鉸鏈之間的距離，該值通過位移傳感器檢測獲得。
根據現場測試反饋，現場實際測量的跳板開啟角度與理論計算結果一致，滿足使用要求。
4.結論
通過綜合考慮以上幾種測量方案以及根據在液壓油缸內置磁致伸縮位移傳感器測量船用跳板開啟角度的現場測試結果，使用磁致伸縮位移傳感器測量船用跳板的開啟角度的方案現場應用可行、結果準確，提高了系統的集成度，增加可靠性，縮短調試周期，滿足設計指標要求，可在船用跳板上廣泛采用。
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