由于復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境、推力不均、注漿不均、尾盾間隙不均等影響,頂管機(jī)在施工過程中實(shí)際頂進(jìn)的軌跡與預(yù)期軌跡之間往往存在偏差,較大偏差會(huì)導(dǎo)致施工事故或嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。采用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法,設(shè)計(jì)了基于組合光電傳感器陣列和PLC相結(jié)合的姿態(tài)測量系統(tǒng),開發(fā)了相關(guān)實(shí)時(shí)顯示的操作界面,用于實(shí)時(shí)顯示測量的頂管機(jī)3個(gè)方向姿態(tài)角。并應(yīng)用投影的方法,計(jì)算頂管機(jī)實(shí)時(shí)顯示運(yùn)行軌跡,輔助頂管機(jī)姿態(tài)控制。實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行人為模擬頂管機(jī)機(jī)頭的運(yùn)動(dòng)偏差情況來驗(yàn)證該測量系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,實(shí)驗(yàn)表明,該激光測量系統(tǒng)點(diǎn)光源的坐標(biāo)識(shí)別精度達(dá)3 mm,角度測量精度達(dá)0.1°,最大誤差0.784°,符合頂管機(jī)施工要求,方便了頂管機(jī)姿態(tài)測量,提高了頂管施工質(zhì)量和效率。 

【文章來源】：電子測量與儀器學(xué)報(bào). 2020,34(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

數(shù)據(jù)采集電路采用模塊化設(shè)計(jì),分為點(diǎn)光源識(shí)別模塊、PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘管理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、SDRAM數(shù)據(jù)緩存模塊和串口發(fā)送接收模塊。點(diǎn)光源識(shí)別模塊是采用對特定波長的光源才有響應(yīng)的光敏電阻,組成的光電傳感器陣列。點(diǎn)光源識(shí)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(jìn)行編碼[18]。由于傳感器(即光敏電阻)點(diǎn)數(shù)較多,但傳感器信號只能單個(gè)獨(dú)立產(chǎn)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(shù),將多路光電信號進(jìn)行編碼,處理器采集信號后再進(jìn)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(jìn)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(jīng)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(shè)計(jì)思想,建立工程項(xiàng)目,在項(xiàng)目的頂層設(shè)計(jì)文件中,對內(nèi)部各功能模塊的連接關(guān)系和對外接口進(jìn)行例化描述,然后分別對各個(gè)功能模塊進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。其RTL視圖如圖3所示。如圖4所示,點(diǎn)光源識(shí)別模塊采用狀態(tài)機(jī)的方式實(shí)現(xiàn)。首先將平面光電傳感器陣列進(jìn)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(yù)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(dāng)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(shí),在列編碼掃描控制線循環(huán)狀態(tài)下,對于非當(dāng)前行編碼掃描控制線輸出全部置1。

【參考文獻(xiàn)】：
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