CN103171875B - 一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器，属于自动化检测技术领域。其特征在于是一种矿用胶带纵向撕裂及其危险源特征采集提取位置图像和温度检测功能的智能传感器，该传感器是通过用红外敏感器件检测金属吸收红外线后辐射波长发生变化，胶带发生撕裂位置的温度升高，通过在线红外特征成像辨识纵向撕裂发生以及煤中混有的金属异物等危险源的位置，实现对胶带纵向撕裂事故及其危险源的在线实时监测和预警，很好的实现了超前预警和在线监测的目的，尤其是可以在煤矿井下恶劣的工作环境下工作，提高了检测的可靠性、针对性和实用性。

Description

一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器及使用方法

技术领域

本发明是一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器及使用方法，属于自动化检测技术领域。

背景技术

胶带输送机被广泛应用在矿山、港口、火力发电、冶金等需要长距离实时运输工作领域，纵向撕裂是矿用胶带输送机三大灾难性事故之一(纵向撕裂、横向断裂、火灾)，由于胶带工作长度较长，如果发生纵向撕裂事故，如不能及时发现很可能会造成整条胶带的损坏，长时间无法恢复生产，造成巨大的经济损失。造成胶带纵向撕裂的主要原因是煤中混有的铁钎、角钢、槽钢、螺丝等金属异物锋利刃口和棱角卡在胶带处或扎穿胶带造成纵向撕裂，因此对胶带的运行工况进行检测是非常必要的。

目前，国内现有的胶带纵向撕裂检测传感器，常用的有磁线圈式传感器、称重式传感器、CCD相机等,磁线圈式传感器主要通过磁敏感器件，感知胶带中预先放置磁线圈或钢丝绳磁场的变化，称重式传感器主要通过压力敏感元件检测胶带发生事故时，胶带承受压力的变化，CCD相机只能拍摄照片，上述传感器使用过程中都要做很多预处理，且安装复杂，受外界因素影响大易发生误动作，针对性、实用性差。所以急需一种测量精确、结构简单、有针对性和实用性、可靠性高的智能型传感器。

发明内容

本发明一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器及使用方法，针对上述传感器易发生误动作、针对性差、实用性差等缺陷，利用红外线具有很好热成像和穿透性的优点，提出一种矿用胶带纵向撕裂及其危险源特征采集提取位置图像和温度检测功能的智能传感器，该传感器是通过用红外敏感器件检测金属吸收红外线后辐射波长发生变化，胶带发生撕裂位置的温度升高，通过在线红外特征成像辨识纵向撕裂发生以及煤中混有的金属异物危险源的位置。

本发明一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器，其特征在于是一种具有矿用胶带纵向撕裂及其危险源特征采集提取位置图像和温度检测功能的智能传感器，该传感器主要由红外探测模块1、红外发射模块2、信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6、电源模块7、金属外壳8、电线接口9、固定螺母10和固定螺母11组成，其中信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6、电源模块7、和电线接口9均位于金属外壳8内，其金属外壳8为180～200mm×80～100mm×80～100mm加有紫铜网，防电磁干扰的镍鉻合金的长方体金属外壳，其红外探测模块1和红外发射模块2位于金属外壳8的左壁外侧，金属外壳8顶部和底部内侧分别设有60～80mm长的卡槽，图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6通过卡槽固定在金属外壳8上部内侧，信号调理电路3和电源模块7通过卡槽固定在金属外壳8底部内侧，电线接口9通过螺丝固定在金属外壳8的后壁内侧与外部控制系统相连，其内部各模块之间通过电线依次连接，其红外探测模块1由滤光器和红外敏感器件组成，红外发射模块2是VSMY7852X01型红外发射器，信号调理电路3由滤波电路和放大电路组成，图像处理模块5选用DSP芯片，图像采集模块4是一个MV-1394图像采集卡，通信模块6为TCF-142RS485/光纤模块。(如图1所示)

上述一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器的使用方法，其特征在于是将上述传感器通过固定螺母10和固定螺母11固定在可以平行移动的防爆云台上，通过传感器平行移动对其参数进行标定，计算出传感器检测图像中每个像素代表的实际距离，固定在金属外壳8上的红外发射模块2在工作时向胶带检测区域发射红外线，此时固定在金属外壳8上的红外探测模块1感应经胶带反射回来的红外线，同时红外探测模块1感应金属吸收红外线后辐射出的红外线，胶带纵向撕裂事故发生时温度升高辐射红外波长发生变化,红外探测模块1中的红外敏感器件将接收目标发出的红外辐射以及反射的红外线，转换为含有可见二维伪彩色信号，可见二维伪彩色信号经信号调理电路3进行滤波和放大；图像采集模块4采集调理电路3滤波和放大后的信号，得到含有胶带运行温度信息和胶带工况二维红外数字图像；图像处理模块5对二维红外数字图像进行二值化处理、图像配准、噪声平滑和杂波抑制处理，而后用局部峰值法，先将图像分为小子块，剔除非局部极大值的像素以减少运算量，再根据尖峰特性判定出金属异物及胶带温度升高处的位置，提取出纵向撕裂发生位置图像，辩识出金属异物危险源的图像以及温度异常点的图像，对提取的图像应用高斯-拉普拉斯算子进行边缘检测、数学形态学处理、霍夫曼直线检测、轮廓跟踪和区域填充处理，确定出检测区域图形的质心坐标，根据相邻两帧检测区域图形质心坐标的变化、两帧图像的采集时间间隔、像素代表的实际距离，计算出胶带运行速度，实现对胶带检测区域位置坐标的精确计算，再由提取的质心坐标信息与二维红外数字图像信息进行匹配，根据二维红外数字图像中像素点成像对应的电平值，反演出发生撕裂位置处的温度以及温度异常点的温度，通信模块6将图像处理模块5所提取出的撕裂图像、温度异常点图像、危险源信息通过RS485总线进行传输，电源模块7对红外探测模块1、红外发射模块2、信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5和通信模块6进行供电，本传感器的参数为：

像素：320×240，51μm

探测模块焦距：19mm-75mm

空间分辨率：0.68-2.68mrad

测量温差：≤80mk30℃

测量误差：±2﹪

水平视场角：12°-49°

垂直视场角：9°-36°

胶带宽度：800-2400mm

胶带速度：≤6.0m/s

测量距离：≤0.130km(探测模块焦距为75mm，胶带宽度800mm时)

测量光谱范围：8-14μm

图像帧频：30帧/s

图像颜色：彩色/黑白

调焦方式：自动/手动

检测准确率：98﹪以上

工作温度：-40℃～60℃

电压：6-15V

功耗：≤6W

信噪比：＞56dB

通信协议：RS485。

本发明一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器及使用方法，其优点在于：

1.本传感器充分考虑了胶带运行过程中可能造成胶带发生纵向撕裂的因素，对引起胶带撕裂的危险源特征进行采集和提取，实现对胶带纵向撕裂事故及其危险源的在线实时监测和预警，很好的实现了超前预警和在线监测的目的。

2.本传感器采用了红外测温成像及数字图像处理技术，在胶带发生纵向撕裂事故之初进行位置定位，提高了检测的针对性和实用性。

3.本传感器充分利用红外线具有很强穿透力和抗干扰的特点，可以在煤矿井下恶劣的工作环境工作，提高了检测的可靠性。

附图说明

图1矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器结构图

标号为：1-红外探测模块、2-红外发射模块、3-信号调理电路、4-图像采集模块、5-图像处理模块、6-通信模块、7-电源模块、8-金属外壳、9-电线接口、10-固定螺母、11-固定螺母

具体实施方式

实施方式1：

该传感器由红外探测模块1、红外发射模块2、信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6、电源模块7、金属外壳8、电线接口9、固定螺母10、固定螺母11组成，其中信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6、电源模块7、和电线接口9均位于金属外壳8内，其金属外壳8为180mm×80mm×80mm加有紫铜网，防电磁干扰的镍鉻合金的长方体金属外壳，其红外探测模块1和红外发射模块2位于金属外壳8的左壁外侧，金属外壳8顶部和底部内侧分别设有60mm长的卡槽，图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6通过卡槽固定在金属外壳8上部内侧，信号调理电路3和电源模块7通过卡槽固定在金属外壳8底部内侧，电线接口9通过螺丝固定在金属外壳8的后壁内侧与外部控制系统相连，其内部各模块之间通过电线依次连接，其红外探测模块1由滤光器和红外敏感器件组成，红外发射模块2是VSMY7852X01型红外发射器，信号调理电路3由滤波电路和放大电路组成，图像处理模块5选用DSP芯片，图像采集模块4是一个MV-1394图像采集卡，通信模块6为TCF-142RS485/光纤模块。(如图1所示)

检测胶带宽度为800mm，胶带运行速度为4.0m/s，本传感器安装在胶带大架上，距离胶带上表面1000mm处，调整红外探测模块1的焦距为19mm。将传感器通过固定螺母10、固定螺母11固定在可以平行移动的防爆云台上，通过传感器平行移动对其参数进行标定，计算出传感器检测图像中每个像素代表的实际距离。固定在金属外壳上的红外发射模块2在工作时向胶带检测区域发射红外线，此时固定在金属外壳上的红外探测模块1可以感应经胶带反射回来的红外线，同时红外探测模块1还可以感应金属吸收红外线后辐射出的红外线。胶带纵向撕裂事故发生时温度升高辐射红外波长发生变化,红外探测模块1中的红外敏感器件将接收目标发出的红外辐射以及反射的红外线，转换为含有可见二维伪彩色信号，可见二维伪彩色信号经信号调理电路3进行滤波、放大；图像采集模块4采集调理电路3滤波、放大后的信号，得到含有胶带运行温度信息、胶带工况二维红外数字图像；图像处理模块5对二维红外数字图像进行二值化处理、图像配准、噪声平滑、杂波抑制处理，而后用局部峰值法，先将图像分为小子块，剔除非局部极大值的像素以减少运算量，再根据尖峰特性判定出金属异物及胶带温度升高处的位置，提取出纵向撕裂发生位置图像，辩识出金属异物危险源的图像以及温度异常点的图像，对提取的图像应用高斯-拉普拉斯算子进行边缘检测、数学形态学处理、霍夫曼直线检测、轮廓跟踪、区域填充等处理，确定出检测区域图形的质心坐标，根据相邻两帧检测区域图形质心坐标的变化、两帧图像的采集时间间隔、像素代表的实际距离，计算出胶带运行速度，实现对胶带检测区域位置坐标的精确计算，再由提取的质心坐标信息与二维红外数字图像信息进行匹配，根据二维红外数字图像中像素点成像对应的电平值，反演出发生撕裂位置处的温度以及温度异常点的温度，通信模块6将图像处理模块5所提取出的撕裂图像、温度异常点图像、危险源信息通过RS485总线进行传输。电源模块7对红外探测模块1、红外发射模块2、信号调理电路3、图像采集模块4、图像处理模块5、通信模块6进行供电。本传感器的工作参数为：

像素：320×240，51μm

探测模块焦距：19mm

空间分辨率：2.68mrad

测量温差：≤90mk

测量误差：±2﹪

水平视场角：49°

垂直视场角：36°

胶带宽度：800mm

胶带速度：4.0m/s

测量距离：≤0.033km

测量光谱范围：8-14μm

图像帧频：30帧/s

图像颜色：彩色/黑白

调焦方式：自动/手动

检测准确率：98﹪以上

工作温度：0℃

电压：6-15V

功耗：≤6W

信噪比：＞50dB

通信协议：RS485。

实施方式2：

检测胶带宽度为1000mm，胶带的运行速度为6.0m/s。本传感器安装在胶带大架上，距离胶带上表面1200mm处。本传感器的工作参数为：

像素：320×240，51μm

探测模块焦距：20mm

空间分辨率：2.55mrad

测量温差：≤100mk

测量误差：±3﹪

水平视场角：46°

垂直视场角：35°

胶带宽度：1000mm

胶带运行速度：6.0m/s

测量距离：≤0.021km

测量光谱范围：8-14μm

图像帧频：30帧/s

图像颜色：彩色/黑白

调焦方式：自动/手动

检测准确率：98﹪以上

工作温度：-10℃

电压：6-15V

功耗：≤6W

信噪比：＞40dB

通信协议：RS485

其它同实施方式1。

实施方式3：

检测胶带宽度为2400mm，胶带运行速度为6.0m/s。通过计算，将两个传感器并联使用。本传感器安装在胶带大架上，距离胶带上表面2600mm处。本传感器的工作参数为：

像素：320×240，51μm

探测模块焦距：35mm

空间分辨率：1.45mrad

测量温差：≤80mk

测量误差：±2﹪

水平视场角：26°

垂直视场角：20°

胶带宽度：2400mm

胶带运行速度：6.0m/s

测量距离：≤0.045km

测量光谱范围：8-14μm

图像帧频：30帧/s

图像颜色：彩色/黑白

调焦方式：自动/手动

检测准确率：98﹪以上

工作温度：30℃

电压：6-15V

功耗：≤6W

信噪比：＞30dB

通信协议：RS485。

其它同实施方式1。

Claims (2)

1.一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器，其特征在于是一种具有矿用胶带纵向撕裂及其危险源特征采集提取位置图像和温度检测功能的智能传感器，该传感器主要由红外探测模块(1)、红外发射模块(2)、信号调理电路(3)、图像采集模块(4)、图像处理模块(5)、通信模块(6)、电源模块(7)、金属外壳(8)、电线接口(9)、固定螺母(10)和固定螺母(11)组成，其中信号调理电路(3)、图像采集模块(4)、图像处理模块(5)、通信模块(6)、电源模块(7)、和电线接口(9)均位于金属外壳(8)内，其金属外壳(8)为180～200mm×80～100mm×80～100mm加有紫铜网，防电磁干扰的镍鉻合金的长方体金属外壳，其红外探测模块(1)和红外发射模块(2)位于金属外壳(8)的左壁外侧，金属外壳(8)顶部和底部内侧分别设有60～80mm长的卡槽，图像采集模块(4)、图像处理模块(5)、通信模块(6)通过卡槽固定在金属外壳(8)上部内侧，信号调理电路(3)和电源模块(7)通过卡槽固定在金属外壳(8)底部内侧，电线接口(9)通过螺丝固定在金属外壳(8)的后壁内侧与外部控制系统相连，其内部各模块之间通过电线依次连接，其红外探测模块(1)主要由滤光器和红外敏感器件组成，红外发射模块(2)是VSMY7852X01型红外发射器，信号调理电路(3)由滤波电路和放大电路组成，图像处理模块(5)选用DSP芯片，图像采集模块(4)是一个MV-1394图像采集卡，通信模块(6)为TCF-142RS485/光纤模块。 

2.权利要求1所述一种矿用胶带纵向撕裂红外智能检测传感器的使用方法，其特征在于是将上述传感器通过固定螺母(10)和固定螺母(11)固定在可以平行移动的防爆云台上，通过传感器平行移动对其参数进行标定，计算出传感器检测图像中每个像素代表的实际距离，固定在金属外壳(8)上的红外发射模块(2)在工作时向胶带检测区域发射红外线，此时固定在金属外壳(8)上的红外探测模块(1)感应经胶带反射回来的红外线，同时红外探测模块(1)感应金属吸收红外线后辐射出的红外线，胶带纵向撕裂事故发生时温度升高辐射红外波长发生变化,红外探测模块(1)中的红外敏感器件将接收目标发出的红外辐射以及反射的红外线，转换为含有可见二维伪彩色信号，可见二维伪彩色信号经信号调理电 路(3)进行滤波和放大；图像采集模块(4)采集调理电路(3)滤波和放大后的信号，得到含有胶带运行温度信息和胶带工况二维红外数字图像；图像处理模块(5)对二维红外数字图像进行二值化处理、图像配准、噪声平滑和杂波抑制处理，而后用局部峰值法，先将图像分为小子块，剔除非局部极大值的像素以减少运算量，再根据尖峰特性判定出金属异物及胶带温度升高处的位置，提取出纵向撕裂发生位置图像，辩识出金属异物危险源的图像以及温度异常点的图像，对提取的图像应用高斯-拉普拉斯算子进行边缘检测、数学形态学处理、霍夫曼直线检测、轮廓跟踪和区域填充处理，确定出检测区域图形的质心坐标，根据相邻两帧检测区域图形质心坐标的变化、两帧图像的采集时间间隔、像素代表的实际距离，计算出胶带运行速度，实现对胶带检测区域位置坐标的精确计算，再由提取的质心坐标信息与二维红外数字图像信息进行匹配，根据二维红外数字图像中像素点成像对应的电平值，反演出发生撕裂位置处的温度以及温度异常点的温度，通信模块(6)将图像处理模块(5)所提取出的撕裂图像、温度异常点图像、危险源信息通过RS485总线进行传输，电源模块(7)对红外探测模块(1)、红外发射模块(2)、信号调理电路(3)、图像采集模块(4)、图像处理模块(5)和通信模块(6)进行供电，本传感器的参数为： 

像素：320×240，51μm 

探测模块焦距：19mm-75mm 

空间分辨率：0.68-2.68mrad 

测量温差：≤80mk30℃ 

测量误差：±2﹪ 

水平视场角：12°-49° 

垂直视场角：9°-36° 

胶带宽度：800-2400mm 

胶带速度：≤6.0m/s 

测量距离：≤0.130km(探测模块焦距为75mm，胶带宽度800mm时) 

测量光谱范围：8-14μm 

图像帧频：30帧/s 

图像颜色：彩色/黑白 

调焦方式：自动/手动 

检测准确率：98﹪以上 

工作温度：-40℃～60℃ 

电压：6-15V 

功耗：≤6W 

信噪比：＞56dB 

通信协议：RS485。