[发明专利]一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法

说明书

一种刮板输送机的直线度监测系统与方法，系统包括激光脉冲光源与光耦合器相连，然后经过两路环形器与两路光纤相连，环形器同时与光电探测器相连，最后和高速采集器连接；两路光纤平行安装在刮板输送机上，弱反射光栅对称刻蚀在两路光纤内部；方法为：步骤一、两路光纤平行铺设于刮板机一侧；步骤二、激光脉冲光源产生1个脉冲光，经过两路平行的弱反射光栅反射，高速采集器记录下两路反射信号，通过对两路信号做差，既能消除温度对光栅的影响，又能得到刮板机的形变方向和大小。本发明实现的刮板输送机的直线度测量系统与方法，简单、高效、精确，具有抗干扰能力强，成本低，原理清晰等突出优点。

技术领域

本发明涉及一种综采工作面直线度监测系统与方法，尤其涉及一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法。

背景技术

刮板输送机作为煤炭开采工作面的关键设备，既为采煤机提供运行轨道，又是煤炭的运输通道，同时与多台液压支架通过推移千斤顶相连接，是工作面直线度和顺利推进的保障，实际工作中，煤矿工人需要依次控制推移千斤顶实现工作面的调直。然而，大规模综采工作面全长数百米，上百个液压支架，人工调直不仅效率低而且准确性差，严重制约着煤炭资源的安全高效开采。近年来，国内外出现了多种自动调直技术，然而，受到刮板输送机直线度测量精度的影响，实际应用中存在精度低，效率低且成本高的问题。

公开号:CN108033203B,名称为“综放工作面后部刮板输送机直线度确定装置、拉移系统”的中国发明专利，公开了一种利用图像识别方式实现刮板输送机直线度测量的方法。该系统安装复杂且成本高，需要多个高清摄像头，并且由于井下光线弱的问题，煤尘大等，图像数据传输及识别技术难度大，计算时间长，难以满足生产过程实施控制的需要。

公开号:CN108957405A，名称为“一种采煤工作面刮板输送机直线度的检测方法”的中国发明专利，公开了一种利用捷联惯导和超声波定位系统相结合的刮板机直线度检测方法。该方法在实际应用中受到捷联惯导成本高与超声波测量精度低的影响。

公开号:CN109341593A，名称“一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法”的中国发明专利，公开了一种利用光纤传感技术监测刮板输送机直线度的方法。该方法在实际应用中，需要根据传感光纤的直线度与刮板输送机直线度之间存在的映射关系，需要进行积分演算出刮板输送机的直线度。在实际应用中，由于光纤传感器受到温度影响产生应变，积分误差大，不能获得准确的映射关系。

方新秋等在文章“基于光纤光栅的刮板输送机直线度感知关键技术研究”中提出了基于强反射光栅的刮板输送机直线度感知技术。该方法测量准确度高，成本低，然而，强反射光纤光栅每个节点占用一个波长，受到光纤光栅波长解调仪精度及光源带宽的限制，一根光纤上最多只能放置40个光栅，难以满足几百米长工作面对直线度测量的要求。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法，该系统具有设备简单，成本低，抗干扰能力强等优点，特别适用于综采工作面等极端工作环境。该方法能够直接、便捷、准确的实现刮板输送机的直线度监测。

本发明提供的一种基于弱反射光栅的刮板输送机的直线度监测系统，包括：激光脉冲光源，弱反射光纤光栅和高速采集器三部分。首先，激光脉冲光源与分光比为50:50的1分2光耦合器相连，光耦合器的两路输出分别与环形器1的1端口和环形器2的1端口相连，然后，环形器1的2端口与光纤1相连，环形器1的3端口与光电探测器1相连，环形器2的2端口与光纤2相连，环形器2的3端口与光电探测器2相连，最后，光电探测器1和光电探测器2与高速采集器相连。光纤1和光纤2平行安装在刮板输送机一侧，构成一组差分式弱反射光纤，间距1厘米，弱反射光栅节点对称刻蚀在光纤1和光纤2的内部，对称的两个差分节点组成一对差分信号，相邻两节点的间距不大于0.5米，即300米长工作面上光栅节点不少于600个，光纤外部包裹矩形橡胶管，为保证两个正交方向的测量，一条橡胶管管中布置两组相互垂直的差分式弱反射光纤，共四条光纤，实现刮板输送机水平和竖直方向的形变测量。