CN105300454A - 采煤机在线状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采煤机在线状态监测系统，包括在采煤机旋转滚筒内壁周向设置的多个光纤光栅传感器，光纤光栅传感器通过一根传输光纤串联引出通过光信号无线传输系统传输至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪的输出端与数据处理系统连接；其中多个光纤光栅传感器采集旋转滚筒截割过程所需要的物理参数。通过采用本发明系统，实现采煤机动态过程中的多参数一次采集，并由一根传输光纤进行多参数的传输，实现了利用光纤光栅传感技术对采煤机进行多参数在线动态监测。

Description

采煤机在线状态监测系统

技术领域

本发明属于煤炭智能化掘采技术与装备领域，具体涉及一种采煤机在线状态监测系统。

背景技术

煤炭工业是关系国家经济命脉的重要基础产业，支撑着国民经济持续高速发展。综采装备智能化是煤矿实现机械化、自动化生产的关键技术，它是实现无人化采矿的关键环节，既对提高煤矿生产效率至关重要，也对减少煤矿伤亡事故十分重要。综采装备运行状态感知、综采工作面工况感知、装备性能预测与智能维护，提高装备运行可靠性是自动化矿的关键技术。

在国内外，通过文献资料检索和查询，还没有见到将光纤光栅传感技术全面应用于在综采装备性能测量的相关报道，特别是在用于采煤机旋转滚筒截割过程进行监测方面还是空白。在国内外，虽然已有少数光纤光栅传感器用于在综采装备性能参数监测的报道，但是归纳查阅的国外文献看到，光纤光栅传感技术在综采装备领域的应用主要还是属于静态、单参数监测，应用光纤光栅传感检测技术实现综采装备的在线动态监测方面，国外多数还处于实验研究阶段，尤其是在光纤光栅传感技术应用于采煤机的在线状态监测方面还未见相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种采煤机在线状态监测系统，利用光纤光栅传感技术对采煤机进行多参数在线动态监测。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种采煤机在线状态监测系统，其特征在于：它包括在采煤机旋转滚筒内壁周向设置的多个光纤光栅传感器，光纤光栅传感器通过一根传输光纤串联引出通过光信号无线传输系统传输至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪的输出端与数据处理系统连接；其中多个光纤光栅传感器采集旋转滚筒截割过程所需要的物理参数。

按上述系统，所述的光信号无线传输系统包括第一磁耦合同步盘、第二磁耦合同步盘、光纤准直器和固定盘；第一磁耦合同步盘设置在旋转滚筒转子内，与转子通过轴承连接；第二磁耦合同步盘设置在旋转滚筒定子内通过轴承与定子连接，并通过磁耦合随第一磁耦合同步盘的转动而同步转动；固定盘设置在定子上；

所述的传输光纤依次从第一磁耦合同步盘和第二磁耦合同步盘的中间穿过，并在第二磁耦合同步盘与固定盘之间通过所述的光纤准直器无线传输，再由固定盘中的传输光纤引出，与所述的光纤光栅解调仪连接。

本发明的有益效果为：

1、通过采用本发明系统，实现采煤机动态过程中的多参数一次采集，并由一根传输光纤进行多参数的传输，实现了利用光纤光栅传感技术对采煤机进行多参数在线动态监测。

2、采用2个磁耦合同步盘，虽然它们分别与转子和定子机械刚性连接，但由于光纤本身很柔软，第一磁耦合同步盘随转子产生的振动不会传到第二磁耦合同步盘，实现了两磁耦合同步盘之间的“柔性连接”，这样就解决了旋转滚筒运行中转轴扰动、振动偏差等引起耦合特性变化对光束的干扰问题，保证旋转轴心与光轴高精度同步，从而保证旋转过程中传输光的耦合效率和光强稳定性。

3、通过采用光纤准直器进行光信号的无线传输，发射端的透镜能使从光纤中发射出的锥形光束变成平行光束，接收端的透镜能使从入射的平行光束变成锥形光束，从而大大的提高了传输光纤的无线耦合效率。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为光信号无线传输系统的结构示意图。

图中：1-光纤光栅传感器，2-传输光纤，3-旋转滚筒，4-光信号无线传输系统，5-光纤光栅解调仪，6-数据处理系统，4-1-转子，4-2-第一磁耦合同步盘，4-3-第二磁耦合同步盘，4-4-固定盘，4-5-定子。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

图1为本发明一实施例的结构示意图，一种采煤机在线状态监测系统，包括在采煤机旋转滚筒3内壁周向设置的多个光纤光栅传感器1，光纤光栅传感器1通过一根传输光纤2串联引出通过光信号无线传输系统4传输至光纤光栅解调仪5，光纤光栅解调仪5的输出端与数据处理系统6连接；其中多个光纤光栅传感器1采集旋转滚筒截割过程所需要的物理参数。

所述的光信号无线传输系统4如图2所示，包括第一磁耦合同步盘4-2、第二磁耦合同步盘4-3、光纤准直器和固定盘4-4；第一磁耦合同步盘4-2设置在旋转滚筒3转子4-1内，与转子4-1通过轴承连接；第二磁耦合同步盘4-3设置在旋转滚筒定子内通过轴承与定子4-5连接，并通过磁耦合随第一磁耦合同步盘4-2的转动而同步转动；固定盘4-4设置在定子4-5上。

所述的传输光纤2依次从第一磁耦合同步盘4-2和第二磁耦合同步盘4-3的中间穿过，并在第二磁耦合同步盘4-3与固定盘4-4之间通过所述的光纤准直器无线传输，再由固定盘4-4中的传输光纤2引出，与所述的光纤光栅解调仪5连接。

采煤机结构复杂，引起状态变化的影响因素较多，实现多参数分布式传感检测，面临着测点网络的建立和铺设方法等问题。本发明以多学科交叉融合为基本手段，在分析采煤机系统和截割滚筒的结构特点和各种工况特征的基础上，依据采煤机的零件━━部件（结构）━━系统的模型，通过进行各层次的机械性能分析和测试数据分析，进行各层次的性能演变规律与表征的分析，结合光纤光栅传感技术特点与性能，为分布检测提供传感测点规划、测点布置及温度补偿方法的依据，进行布点优化和误差分析，最后形成采煤机运行状态在线分布传感系统，并实现工程应用验证。

本发明以综采装备中最为复杂的装备――采煤机为对象，研究采煤机状态感知、综采工作面工况感知、装备性能预测与智能维护的共性关键技术，为实现采煤机无人化开采提供关键技术，为我国煤炭资源的高效、安全开采提供技术支持，对提高我国煤炭资源的开采能力，避免或减少井下开采中重大人员伤害的发生，保障煤炭安全、高效开采具有重要的现实意义和战略意义。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种采煤机在线状态监测系统，其特征在于：它包括在采煤机旋转滚筒内壁周向设置的多个光纤光栅传感器，光纤光栅传感器通过一根传输光纤串联引出通过光信号无线传输系统传输至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪的输出端与数据处理系统连接；其中多个光纤光栅传感器采集旋转滚筒截割过程所需要的物理参数。

2.根据权利要求1所述的采煤机在线状态监测系统，其特征在于：所述的光信号无线传输系统包括第一磁耦合同步盘、第二磁耦合同步盘、光纤准直器和固定盘；第一磁耦合同步盘设置在旋转滚筒转子内，与转子通过轴承连接；第二磁耦合同步盘设置在旋转滚筒定子内通过轴承与定子连接，并通过磁耦合随第一磁耦合同步盘的转动而同步转动；固定盘设置在定子上；

所述的传输光纤依次从第一磁耦合同步盘和第二磁耦合同步盘的中间穿过，并在第二磁耦合同步盘与固定盘之间通过所述的光纤准直器无线传输，再由固定盘中的传输光纤引出，与所述的光纤光栅解调仪连接。