由于復雜多變的地質環(huán)境、推力不均、注漿不均、尾盾間隙不均等影響,頂管機在施工過程中實際頂進的軌跡與預期軌跡之間往往存在偏差,較大偏差會導致施工事故或嚴重的經濟損失。采用坐標轉換方法,設計了基于組合光電傳感器陣列和PLC相結合的姿態(tài)測量系統(tǒng),開發(fā)了相關實時顯示的操作界面,用于實時顯示測量的頂管機3個方向姿態(tài)角。并應用投影的方法,計算頂管機實時顯示運行軌跡,輔助頂管機姿態(tài)控制。實驗中進行人為模擬頂管機機頭的運動偏差情況來驗證該測量系統(tǒng)的準確性,實驗表明,該激光測量系統(tǒng)點光源的坐標識別精度達3 mm,角度測量精度達0.1°,最大誤差0.784°,符合頂管機施工要求,方便了頂管機姿態(tài)測量,提高了頂管施工質量和效率。 

【文章來源】：電子測量與儀器學報. 2020,34(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)結構框圖

數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設計,分為點光源識別模塊、PLL鎖相環(huán)時鐘管理模塊、A/D轉換模塊、SDRAM數(shù)據(jù)緩存模塊和串口發(fā)送接收模塊。點光源識別模塊是采用對特定波長的光源才有響應的光敏電阻,組成的光電傳感器陣列。點光源識別模塊的數(shù)據(jù)采集卡選用AC6651接口板卡。其中一路電路如圖2所示。為減少平面光電傳感器陣列到數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)通道的路數(shù),采用編碼器將傳感器陣列輸出的多路電壓信號進行編碼[18]。由于傳感器(即光敏電阻)點數(shù)較多,但傳感器信號只能單個獨立產生,而數(shù)據(jù)采集卡的I/O通道數(shù)有限,所以在光電信號送入后續(xù)接口板卡輸入通道之前采用編碼技術,將多路光電信號進行編碼,處理器采集信號后再進行解碼處理。對于6×6=36的平面光電傳感器陣列,信號編碼采用4片10線-4線優(yōu)先編碼器74HC147,將36路光電傳感器輸出電平信號進行編碼減少為16路信號;圖2只包含1片接口電路,其余3片電路連接類似,其輸出編碼信號經過通用I/O接口卡AC6651后輸入處理器。

FPGA軟件程序按照層次化設計思想,建立工程項目,在項目的頂層設計文件中,對內部各功能模塊的連接關系和對外接口進行例化描述,然后分別對各個功能模塊進行細化設計。其RTL視圖如圖3所示。如圖4所示,點光源識別模塊采用狀態(tài)機的方式實現(xiàn)。首先將平面光電傳感器陣列進行編碼,增加無光照狀態(tài)和有光照狀態(tài)的編碼;光敏電阻陣列無光照狀態(tài)下,預先將列編碼的控制線全部輸出置0,等待行編碼狀態(tài)控制線的輸入狀態(tài);當行編碼狀態(tài)控制線輸入狀態(tài)不全為1,開始執(zhí)行掃描,在列編碼掃描控制線循環(huán)狀態(tài)下,執(zhí)行行編碼狀態(tài)控制線逐行掃描。同時,在列編碼掃描控制線循環(huán)狀態(tài)下,對于非當前行編碼掃描控制線輸出全部置1。

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3397213