[发明专利]采煤机煤岩自动识别装置

说明书

技术领域

本发明涉及采煤机自动控制领域，具体而言涉及一种采煤机煤岩自动识别装置以及基于该装置的煤岩自动识别方法。

背景技术

在采煤领域，提高识别煤层和岩石层分界面的准确度对于准确地掌握割煤力度、保证煤质、准确计算回收率以及节约煤资源具有重要意义。传统的通过人工打眼方法进行煤岩识别，存在劳动强度大，生产效率低的弊端，已逐渐被通过物探手段进行的自动识别所取代。目前研究热点之一是如何通过煤岩分界面传感机理来提高煤岩识别准确度，进而对采煤机滚筒进行调高以保证割煤的准确度。

煤岩分界面传感机理，主要是通过获取某些物理量在煤层和岩石层上具有不同的反馈参数，然后利用计算机进行分析以对煤层和岩石层做出区分。比如通过获取高频射频电波在煤层和岩石层产生不同的反射，或者利用震动传感器获取在煤层和岩石层产生的不同频率的震动，或者利用扭矩传感器获取采煤机滚筒在接触煤层和岩石层所输出的不同扭矩等。其中，通过电波反射可以提前判断煤岩分界面，从而可以提前调整采煤机滚筒的高度，但是因为煤岩层的复杂性，有时存在识别不准等情况，而通过振动和扭矩进行识别，属于即时识别，虽然准确度较高，但是没有给采煤机控制系统或操作人员留出调整的时间余量，只有在采煤机已经接触到岩石层才会做出反馈，缺乏有效的预见性，使识别失去部分意义。现有的采煤机的煤岩识别装置也主要是通过获取一两种物理量进行煤岩识别，不能将有效的预见性与即时的准确性相结合，或者有的只是进行识别，而不能与采煤机控制系统进行有效结合，无法实现识别与采煤的自动一体化。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种采煤机煤岩自动识别装置，该装置利用多种识别手段，集预见性识别与即时性识别与一体，使二者相互补充，相互印证，提高了识别的精度和效率。

为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

一种采煤机煤岩自动识别装置，包括接收天线（1）和发射天线（10），其特征在于：接收天线（1）与接收衰减模块（2）相连，接收衰减模块（2）与接收混频模块（3）相连，接收混频模块（3）分别与频率可调脉冲发生模块（4）和AD转换模块（5）相连，AD转换模块（5）与FPGA模块（6）相连，FPGA模块（6）分别与ARM模块（12）和DA转换模块（7）相连，ARM模块（12）分别与振动传感器（11）、扭矩传感器（13）和人机交互模块（14）相连，DA转换模块（7）与发射混频模块（8）相连，发射混频模块（8）分别与频率可调脉冲发生模块（4）和输出衰减模块（9）相连，输出衰减模块（9）与发射天线（10）相连。

优选的，所述FPGA模块（6）采用xilinx公司Virtex-V系列FPGA，FF665 管脚封装，采用XC5VSX50T芯片；所述AD转换模块（5）采用National Semiconductor公司的单通道CMOS型ADC081000芯片；所述DA转换模块（7）采用ADI公司的AD9736转换器；所述ARM模块（12）采用Samsung Exynos 4412芯片，基于ARM Cortex-A9内核，ARMv7指令集。

本发明的另一个目的是提供一种基于上述装置的煤岩自动识别方法，通过以下步骤实现： 

（a）在人机交互模块（14）设定操作参数并保存；

（b）经ARM模块（12）控制FPGA模块（6）并经过DA转换模块（7）和发射混频模块（8）由发射天线（10）向采煤机滚筒前进方向的煤层和/或岩层发射高频射频信号；

（c）通过接收天线（1）和接收衰减模块（2）采集反射的回波信号，并由接收混频模块（3）进行下混频，得到中频信号，由频率可调脉冲发生模块（4）对中频信号进行采样，采样频率不低于1Gsps，所采集数据存储在FPGA模块（6）的存储器内，并将数据传送给ARM模块，同时由ARM模块（12）采集震动传感器（11）和扭矩传感器（13）的信号, 再由ARM模块（12）通过小波变换和粒子滤波算法实现数据滤波，消除采煤机震动和回波方向变化产生的干扰，利用小波变换的调焦功能和频率域—时间域双重局部性来压制噪声； 

（d）由ARM模块（12）判断滤波后的数据中的信号突变点，记录下突变点的时间信息，由ARM模块（12）根据高频射频信号在工作物质中的传播速度确定煤层和/或岩层的厚度，并应用卡尔曼滤波技术和粒子滤波技术预测下一个采样点的分界面信息；

(e)ARM模块（12）将工作物质厚度信息经通信口传送给采煤机伺服控制系统，并由采煤机伺服控制系统对摇臂进行位置控制。