[发明专利]一种基于光纤光栅的采煤机摇臂位姿监测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种采煤机摇臂位姿监测方法，属于矿井机械工况监测领域，尤其适用于一种基于光纤光栅的采煤机摇臂位姿监测装置及方法。

背景技术

在煤矿生产中，采煤机是煤炭综合机械化开采中的关键设备，受地质活动的影响，煤层厚度常具有较大的空间差异性，采煤机滚筒需要沿工作面煤岩界面的高度不断调整，以获得最大的采出率，并尽量避免截割岩石。采煤机摇臂位姿监测就是在采煤机进行开采时，对采煤机的摇臂位姿进行监测，从而对采煤机的前后滚筒进行调高，前后滚筒高度能够随煤层厚度变化进行调整，以获得最大采出率并避免切割到顶板和底板。

目前，采煤机摇臂位姿监测在国内外已经有了多种方法，包括滚筒支臂振动监测与特征频谱分析、滚筒驱动电机电流值与采煤机行进速度监测及比截割能量特征分析、雷达探测法等。这些监测方法基本都是采用现场实时采集信号，其显著的缺点是受采煤现场恶劣环境条件的干扰较大，信号采集不稳定，识别结果的可靠性低，造成采煤机摇臂位姿监测效果普遍不理想。

发明内容

技术问题：针对上述技术目的，提供一种本质安全，抗电磁干扰能力强，受环境影响小，可靠性高，测量精度高，能够对采煤机摇臂位姿进行及时监测，可自动监测及实时在线动态连续监测的基于光纤光栅的采煤机摇臂位姿监测装置及方法。

技术方案：为实现上述局地目的，本发明的基于光纤光栅的采煤机摇臂位姿动态监测系统包括数据分析子系统、位姿数据传递子系统、位姿数据传感采集子系统，其中数据分析子系统通过矿用传输光纤与位姿数据传递子系统相连接，位姿数据传递子系统通过光纤尾纤与位姿数据传感采集子系统相连接；

所述数据分析子系统包括相互连接的面上监控计算机和光纤光栅解调设备，以及为两者供电的供电电源，数据分析子系统设置在地面监控室内，光纤光栅解调设备通过矿用传输光纤与设置在井下采煤机上的位姿数据传递子系统相连接；

所述位姿数据传递子系统包括多个相互连接的光纤接线盒；

所述位姿数据传感采集子系统为光纤接线盒与数量匹配的光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器，多个光纤接线盒与多个光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器之间分别通过匹配数量的光纤尾纤相互连接；

所述多个光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器分为两组，一组设置在采煤机前摇臂液压油缸的活塞杆上，另一组设置在后摇臂液压油缸的活塞杆上。

所述光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器包括光纤光栅加速度传感器、光纤光栅倾角传感器和光纤光栅温度传感器，所述的光纤光栅温度传感器监测采煤机的工作环境温度，并对光纤光栅加速度传感器和光纤光栅倾角传感器监测结果进行温度补偿。

所述的光纤光栅加速度传感器和光纤光栅倾角传感器的温度补偿方法为最小二乘拟合补偿方法。

一种基于光纤光栅的采煤机摇臂位姿动态监测监测方法，步骤如下：

步骤一：在采煤机前摇臂液压油缸的活塞杆的位置安装一组光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器，在采煤机后摇臂液压油缸的活塞杆的位置安装一组光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器，在采煤机机身的位置安设光纤接线盒；

步骤二：每个光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器、通过光纤尾纤利用光纤接线盒与矿用传输光纤连接，将光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器监测到的光信号传输到井上；

步骤三：利用供电电源对地面上监控计算机和光纤光栅解调设备进行供电，矿用传输光纤与光纤光栅解调设备连接，光纤光栅解调设备将接收到的光信号解调为数字信号，光纤光栅解调设备通过网线将数字信号传输给监控计算机；

步骤四：监控计算机对采集到的数字信号通过最小二乘拟合补偿方法对加速度传感器和倾角传感器的数据进行温度补偿，利用小波分析降噪技术对采煤机位姿信号进行降噪分离处理；

步骤五：处理之后的采煤机摇臂位姿数据通过监控计算机分析软件实现人机交互和实时动态显示，实现对采煤机摇臂位姿的动态监测。

有益效果：本发明与已有技术相比，可有如下优点：

1、本申请在煤机摇臂上设置光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器，光纤光栅具有极其灵敏的传感特性，煤机摇臂油缸活塞杆发生很小的伸缩和转动时，都可以测量出来。

2、光纤光栅采煤机摇臂位姿监测传感器利用了光纤光栅的核心技术，光纤光栅本质安全，无源工作，可实现井下现场直接采集数据，方便灵活，抗电磁干扰能力强；同时，利用光纤进行信号传输，传输距离远，可靠性高，测量范围大。