CN107202662A - 基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统 - Google Patents

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武兵
林健
熊晓燕
郝惠敏
康志强
黄家海
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    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/04—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands
    • G01L5/10—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring tension in flexible members, e.g. ropes, cables, wires, threads, belts or bands using electrical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
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Abstract

本发明公开了一种基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，包括采集阅读器、传感器单元和上位机，采集阅读器的射频发射模块连续发送包含控制信号的射频信号，采集阅读器的天线接收传感器单元发送的信号，经过解调处理后传送至处理器模块进行信号处理，并且通过接口模块与上位机连接，实现皮带应力应变的实时检测。本发明公开的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统具有成本低、检测准确、可靠性高、无源无线、能定量分析等优点。

Description

基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统
技术领域
本发明属于应力应变测量领域，具体涉及一种基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统。
背景技术
近年来，带式输送机由于其运距长，运量大和连续运输的优点而在煤炭生产中被普遍使用。然而，高速度、长距离和大运量的运输，使得带式输送机的运行平稳性降低、驱动功率匹配差，从而导致带式输送机出现故障的概率增大，在使用过程中由于腐蚀，磨损等导致断带事故时有发生。带式输送机皮带的断裂，不仅会影响煤矿连续安全生产，严重的可能造成人员伤亡，特别是作为主提升用的上运带式输送机，倾角大，胶带长，负荷大，一旦发生断带事故，就会产生极大的危害。另外，发生断带故障时，由于重力和惯性力的作用，断裂的皮带将和皮带上的物料一同迅速滑落，将皮带和物料一同堆积在输送机下方机头处，给后续的维修工作带来极大的麻烦。
因此，在带式输送机工作的过程中，实时获取皮带所受的分布应力变化，从而掌握皮带运行工况下的健康状况，至关重要。也只有实时、准确地获取皮带所受的分布应力变化，才能准确地判断皮带的工作情况以及断带位置。
当前皮带检测的方法主要是间接测量法、基于漏磁原理的弱磁检测法以及X射线检测法，其中，间接测量法不能精准反应皮带受力的工作情况，从而无法正确地判断皮带的断裂情况和位置；弱磁检测法属定性检测，不能定量地显示钢芯的受力情况，易引起漏检和错检；X射线检测法对人体伤害比较大，不便于在普通环境下应用，同时由于采用图像的方式，因此该方法不能准确对皮带的内部受力做出判断，适合定性的观察，不适合定量的分析。并且，上述三种方法均为有线连接方式，工作过程中会大大影响传感器的工作状态，对其造成损坏。
发明内容
本发明的目的是解决现有带式输送机皮带应力应变检测技术存在不能多点直接测量、定量分析皮带工作情况、成本高、对工作环境要求高以及对工作人员的健康有危害的技术问题，提供一种成本低、检测准确、可靠性高、无源无线、能定量分析的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，包括采集阅读器、传感器单元和上位机，采集阅读器包括射频发射模块、A调制解调模块、处理器模块、接口模块、天线和电源，其中：所述传感器单元包括倍压和稳压电路、B调制解调电路、低功耗微处理器、应变电桥、低功耗放大电路、低功耗滤波电路、射频接收模块及软基底天线，应变电桥由应变片和连接线组成；
将除了应变电桥电路之外的多个传感器单元放入皮带下覆盖胶层上设置的器件槽内，器件槽由液体胶封口，并使液体胶表面与下覆盖胶层表面平齐；应变电桥中的应变片及连接线放置在两张聚四氟乙烯树脂保护膜之间，并将其贴在所述器件槽附近的下覆盖胶层表面上。
所述器件槽的面积为5cm2、深约3-5mm。
所述采集阅读器固定在托辊支架上，通过市电电源供电。
所述采集阅读器的射频发射模块连续发送信号，采集阅读器发送的射频信号包含控制信号，采集阅读器的天线接收传感器单元发送的信号，经过A调制解调模块解调处理，传送至处理器模块进行信号处理，并且通过接口模块与上位机连接。
所述传感器单元从采集阅读器发射的信号获取能量，经过倍压和稳压电路后作为电源为传感器单元提供电压和电流；应变电桥中的应变片检测皮带变形，应变电桥拾取皮带张力变化模拟信号，经过低功耗放大器、低功耗滤波电路处理后，再经过模数转换器将皮带张力模拟信号转换为数字信号，在低功耗微处理器的控制下经B调制解调电路转换为射频接收信号，再通过射频接收模块和软基底天线发送给采集阅读器；传感器单元中的射频接收模块接收采集阅读器发送的射频控制信号，传送给低功耗微处理器。
本发明具有以下优点：
1)无源无线：镶嵌在皮带中的传感器单元是通过收集采集阅读器的超高频波能量来供电，即无源；系统通过超高频波所带信息的无线传播，即无线。无源无线的设计使得本系统不必考虑电池的寿命以及电池对皮带的不利影响。
2)检测精度高，能够定量地分析皮带的受力情况：应力的测量是通过电阻应变片组成的应变电桥来完成的，应变片精度高，功耗低，工作稳定性强。定量分析能更好的检测皮带的每个工作状态。
3)分布式测量：可将多个传感器单元植入皮带中，同时可在多个位置布置采集阅读器，从而实时获取多点分布式张力数据。
4)成本低：传感器单元制造工艺成熟，大大降低了制造成本。
附图说明
图1为本发明安装有传感器单元的带式输送机示意图。
图2为本发明传感器单元在皮带中埋设方式示意图。
图3为本发明传感器单元工作流程图。
图中，1-传感器单元；2-皮带；3-滚筒；4-托辊支架；5-采集阅读器；6-上覆盖层；7-芯胶；8-下覆盖层；9-钢丝；10-增强层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作详细描述：
如图1～图3所示，本实施例中的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，包括采集阅读器5、传感器单元1和上位机，采集阅读器5包括射频发射模块、A调制解调模块、处理器模块、接口模块、天线和电源，其中：所述传感器单元1包括倍压和稳压电路、B调制解调电路、低功耗微处理器、应变电桥、低功耗放大电路、低功耗滤波电路、射频接收模块及软基底天线，应变电桥由应变片和连接线组成；
将除了应变电桥电路之外的多个传感器单元1放入皮带2下覆盖胶层8上设置的器件槽内，器件槽由液体胶封口，并使液体胶表面与下覆盖胶层8表面平齐；应变电桥中的应变片及连接线放置在两张聚四氟乙烯树脂保护膜之间，并将其贴在所述器件槽附近的下覆盖胶层8表面上。所述器件槽的面积为5cm2、深约3-5mm。所述采集阅读器5固定在托辊支架4上，通过市电电源供电。
所述采集阅读器的射频发射模块连续发送信号，采集阅读器发送的射频信号包含控制信号，采集阅读器的天线接收传感器单元发送的应变电桥测量皮带所受的张力信号，经过A调制解调模块解调处理，传送至处理器模块进行信号处理，并且通过接口模块与上位机连接。
所述传感器单元从采集阅读器发射的信号获取能量，经过倍压和稳压电路后作为电源为传感器单元提供电压和电流；应变电桥中的应变片检测皮带变形，应变电桥拾取皮带张力变化模拟信号，经过低功耗放大器、低功耗滤波电路处理后，再经过模数转换器将皮带张力模拟信号转换为数字信号，在低功耗微处理器的控制下经B调制解调电路转换为射频接收信号，再通过射频接收模块和软基底天线发送给采集阅读器；传感器单元中的射频接收模块接收采集阅读器发送的射频控制信号，传送给低功耗微处理器。

Claims (5)

1.基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，包括采集阅读器、传感器单元(1)和上位机，采集阅读器包括射频发射模块、A调制解调模块、处理器模块、接口模块、天线和电源，其特征在于：所述传感器单元包括倍压和稳压电路、B调制解调电路、低功耗微处理器、应变电桥、低功耗放大电路、低功耗滤波电路、射频接收模块及软基底天线，应变电桥由应变片和连接线组成；
将除了应变电桥电路之外的多个传感器单元(1)放入皮带(2)下覆盖胶层(8)上设置的器件槽内，器件槽由液体胶封口，并使液体胶表面与下覆盖胶层表面平齐；应变电桥中的应变片及连接线放置在两张聚四氟乙烯树脂保护膜之间，并将其贴在所述器件槽附近的下覆盖胶层表面上。
2.根据权利要求1所述的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，其特征在于：所述器件槽的面积为5cm2、深约3-5mm。
3.根据权利要求1所述的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，其特征在于：所述采集阅读器(5)固定在托辊支架上，通过市电电源供电。
4.根据权利要求1所述的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，其特征在于：所述采集阅读器(5)的射频发射模块连续发送信号，采集阅读器(5)发送的射频信号包含控制信号，采集阅读器的天线接收传感器单元(1)发送的信号，经过A调制解调模块解调处理，传送至处理器模块进行信号处理，并且通过接口模块与上位机连接。
5.根据权利要求1所述的基于射频技术的无源无线实时皮带应力应变检测系统，其特征在于：所述传感器单元从采集阅读器发射的信号获取能量，经过倍压和稳压电路后作为电源为传感器单元提供电压和电流；应变电桥中的应变片检测皮带变形，应变电桥拾取皮带张力变化模拟信号，经过低功耗放大器、低功耗滤波电路处理后，再经过模数转换器将皮带张力模拟信号转换为数字信号，在低功耗微处理器的控制下经B调制解调电路转换为射频接收信号，再通过射频接收模块和软基底天线发送给采集阅读器；传感器单元中的射频接收模块接收采集阅读器发送的射频控制信号，传送给低功耗微处理器。
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