CN107356243B - 基于光纤光栅传感的支架运行姿态在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于光纤光栅传感的支架运行姿态在线监测方法，属于支架运行姿态在线监测方法。在待监测液压支架中选择部分作为采集分站，将压力、位移、倾角光纤光栅传感器安装在采集分站中的液压支架上，各个传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存分析，通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。优点：井下现场无源工作，保证工作面安全；采用光纤光栅传感技术和光纤传输技术，抗电磁干扰能力强；采用温补光栅度温度误差进行补偿，提高监测精度；实现对支架运行姿态的在线监测，有利于指导现场生产及科研工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种支架运行姿态在线监测方法，具体是一种基于光纤光栅传感的支架运行姿态在线监测方法。
背景技术
综采是我国发展煤炭生产机械化的方向，目前我国拥有大量的综采设备。综采设备的应用，是提高效率、改善安全状况的措施。但发展不平衡，有的开机率较低。影响开机率的一个主要因素是支架对工作面的顶板控制的好坏，因此，对综采工作面进行矿压监测与控制是很有必要的。要做到这一点，首先需要对井下工作面的液压支架的实际工作状况进行监测，通过对检测数据处理、分析，评定其支护效果，并采取相应措施，以提高开机率、提高产量。综采工作面的支护质量是决定综采工作面安全、高效、高产的关键因素，生产现场迫切要求对综采工作面液压支架的运行姿态进行监测。
虽然目前国内外在人工智能化监测领域已经取得一定发展，但现有的支架运行姿态监测系统普遍具有以下缺点:1、工作效率低下，不能够实现在线实时监测；2、易受电磁干扰和外界环境干扰，不能够满足井下作业条件；3、监测精度不高；4、设备使用寿命短，无法满足长期监测的要求。
发明内容
技术问题：为了克服上述技术中的不足，本发明提供一种多采集分站，抗干扰能力强，监测精度高，复用率高的基于光纤光栅传感的支架运行姿态在线监测方法。
技术方案：实现本发明的目的技术方案包括：支架运行姿态在线监测方法，在待监测液压支架中选择部分作为采集分站，将压力光纤光栅传感器、位移光纤光栅传感器、倾角光纤光栅传感器安装在采集分站中的液压支架上，各个传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存分析，通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
按照如下步骤进行实施：
步骤一：在井下工作面选择若干液压支架组成采集分站；
步骤二：倾角光纤光栅传感器分别安装在采集分站内液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆和底座上，用来监测液压支架的顶梁俯仰角及液压支架左右倾角和高度；压力光纤光栅传感器通过油管与采集分站内液压支架立柱上的接压口连接，用来监测立柱腔内压力；位移光纤光栅传感器安装在采集分站内液压支架的立柱上，用来监测立柱的伸缩量；
步骤三：倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；
步骤四：光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存，计算机系统进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
所述的采集分站包括：液压支架、顶梁、倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器、位移光纤光栅传感器、掩护梁、前连杆、接压口、油管、底座、液压支架立柱、尾纤、接线盒、矿用光缆、光纤光栅解调仪、计算机系统；倾角光纤光栅传感器分别安装在液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆和底座上；压力光纤光栅传感器通过油管与液压支架立柱上的接压口连接；位移光纤光栅传感器安装在液压支架立柱上；倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存，计算机系统进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
计算机系统包括：数据管理子系统、三维仿真子系统、评价决策子系统和人机交互子系统；所述的数据管理子系统，具有数据采集保存、分析处理、实时预测的功能；所述的三维仿真子系统，具有支架模型与数据整合，支架可视化的功能；所述的评价决策子系统，具有根据数据分析进行综合评价、提出建议、辅助决策的功能；所述的人机交互子系统，具有数据的屏幕显示、人工输入及打印功能。
所述的倾角光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器均包含1个应变光栅和1个温补光栅，压力光纤光栅传感器包含2个应变光栅和2个温补光栅。
所述的液压支架架型为支撑掩护式或掩护式。
所述的倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器均为不锈钢封装，为单端出光纤。
所述的光纤光栅解调仪放置在井下变电所或地面科室。
有益效果，由于采用了上述方案，本发明采用多采集分站，多重子系统并用，通过位移光纤光栅传感器、倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器在线实时监测液压支架的运行姿态。在综采工作面支架运行期间，液压支架的运行姿态的变化使位移光纤光栅传感器、倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器中的光栅的栅距发生变化，从而使光栅反射回来光信号的中心波长发生漂移，利用井上的光纤光栅解调仪将反射回来的光信号解调为数字信号，然后利用计算机的多重子系统对数字信号进行存档备份，通过曲线图显示各个监测数据；同时对数据进行分析处理，通过三维运动仿真，模拟出液压支架模型，实现工作面液压支架的运行姿态在线监测及预警功能，指导现场安全生产。监测效果好，测量精度高，可靠性好，抗干扰能力强，复用率高。
优点：井下现场无源工作，保证工作面安全；采用光纤光栅传感技术和光纤传输技术，抗电磁干扰能力强；采用温补光栅度温度误差进行补偿，极大提高监测精度；计算机系统设置多重子系统，实用稳定；设备安装简单方便，使用寿命长，便于推广应用；可以实现对液压支架运行姿态的在线监测，有利于指导现场生产及科研工作。
附图说明
图1为本发明的方法步骤图。
图2为本发明的系统组成图。
图3为本发明的计算机系统框架图。
图中：1、液压支架；2、顶梁；3、倾角光纤光栅传感器；4、压力光纤光栅传感器；5、位移光纤光栅传感器；6、掩护梁；7、前连杆；8、接压口；9、油管；10、底座；11、液压支架立柱；12、尾纤；13、接线盒；14、矿用光缆；15、光纤光栅解调仪；16、计算机系统。
具体实施方式
支架运行姿态在线监测方法，在待监测液压支架中选择部分作为采集分站，将压力光纤光栅传感器、位移光纤光栅传感器、倾角光纤光栅传感器安装在采集分站中的液压支架上，各个传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存分析，通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
按照如下步骤进行实施：
步骤一：在井下工作面选择若干液压支架组成采集分站；
步骤二：倾角光纤光栅传感器分别安装在采集分站内液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆和底座上，用来监测液压支架的顶梁俯仰角及液压支架左右倾角和高度；压力光纤光栅传感器通过油管与采集分站内液压支架立柱上的接压口连接，用来监测立柱腔内压力；位移光纤光栅传感器安装在采集分站内液压支架的立柱上，用来监测立柱的伸缩量；
步骤三：倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；
步骤四：光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存，计算机系统进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
所述的采集分站包括：液压支架1、顶梁2、倾角光纤光栅传感器3、压力光纤光栅传感器4、位移光纤光栅传感器5、掩护梁6、前连杆7、接压口8、油管9、底座10、液压支架立柱11、尾纤12、接线盒13、矿用光缆14、光纤光栅解调仪15、计算机系统16；倾角光纤光栅传感器3分别安装在液压支架1的顶梁2、掩护梁6、前连杆7和底座10上；压力光纤光栅传感器4通过油管9与液压支架立柱11上的接压口连接；位移光纤光栅传感器5安装在液压支架立柱11上；倾角光纤光栅传感器3、压力光纤光栅传感器4和位移光纤光栅传感器5的尾纤12通过接线盒13与矿用光缆14相连，矿用光缆14将光信号传输到光纤光栅解调仪15，光纤光栅解调仪15将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统16中保存，计算机系统16进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测。
计算机系统16包括：数据管理子系统、三维仿真子系统、评价决策子系统和人机交互子系统；所述的数据管理子系统，具有数据采集保存、分析处理、实时预测的功能；所述的三维仿真子系统，具有支架模型与数据整合，支架可视化的功能；所述的评价决策子系统，具有根据数据分析进行综合评价、提出建议、辅助决策的功能；所述的人机交互子系统，具有数据的屏幕显示、人工输入及打印功能。
所述的倾角光纤光栅传感器3和位移光纤光栅传感器5均包含1个应变光栅和1个温补光栅，压力光纤光栅传感器4包含2个应变光栅和2个温补光栅。
所述的液压支架架型为支撑掩护式或掩护式。
所述的倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器均为不锈钢封装，为单端出光纤。
所述的光纤光栅解调仪放置在井下变电所或地面科室。
下面结合附图对本发明的一个实时案例作进一步的描述：
实施例1:在井下工作面选择若干液压支架1组成采集分站，将位于采集分站内液压支架1安装在线监测系统；该在线监测系统包括:液压支架1、顶梁2、倾角光纤光栅传感器3、压力光纤光栅传感器4、位移光纤光栅传感器5、掩护梁6、前连杆7、接压口8、油管9、底座10、立柱11、尾纤12、接线盒13、矿用光缆14、光纤光栅解调仪15、计算机系统16；倾角光纤光栅传感器3分别安装在液压支架1的顶梁2、掩护梁6、前连杆7和底座10上，用来监测液压支架1的顶梁2俯仰角及液压支架1左右倾角和高度；压力光纤光栅传感器4通过油管9与液压支架1立柱11上的接压口8连接，用来监测立柱11腔内压力；位移光纤光栅传感器5安装在液压支架1立柱11上，用来监测立柱11的伸缩量；倾角光纤光栅传感器3、压力光纤光栅传感器4和位移光纤光栅传感器5的尾纤12通过接线盒13与矿用光缆14相连，矿用光缆14将光信号传输到光纤光栅解调仪15，光纤光栅解调仪15将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统16中保存，计算机系统16进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架1运行姿态的实时监测。
所述的倾角光纤光栅传感器3和位移光纤光栅传感器5均包含1个应变光栅和1个温补光栅，压力光纤光栅传感器4包含2个应变光栅和2个温补光栅。
所述的液压支架1架型为支撑掩护式或掩护式。
所述的倾角光纤光栅传感器3、压力光纤光栅传感器4和位移光纤光栅传感器5均为不锈钢封装，采用单端出光纤的方式。
所述的光纤光栅解调仪15放置在井下变电所或地面科室。
所述的计算机系统16包括如下子系统：
数据管理子系统，具有数据采集保存、分析处理、实时预测的功能；
三维仿真子系统，具有支架模型与数据整合，支架可视化的功能；
评价决策子系统，具有根据数据分析进行综合评价、提出建议、辅助决策的功能；
人机交互子系统，具有数据的屏幕显示、人工输入及打印功能。
Claims (1)
1.一种基于光纤光栅传感的支架运行姿态在线监测方法，其特征在于：支架运行姿态在线监测方法，在待监测液压支架中选择部分作为采集分站，将压力光纤光栅传感器、位移光纤光栅传感器、倾角光纤光栅传感器安装在采集分站中的液压支架上，各个传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存分析，通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测；
按照如下步骤进行实施：
步骤一：在井下工作面选择若干液压支架组成采集分站；
步骤二：倾角光纤光栅传感器分别安装在采集分站内液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆和底座上，用来监测液压支架的顶梁俯仰角及液压支架左右倾角和高度；压力光纤光栅传感器通过油管与采集分站内液压支架立柱上的接压口连接，用来监测立柱腔内压力；位移光纤光栅传感器安装在采集分站内液压支架的立柱上，用来监测立柱的伸缩量；
步骤三：倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪；
步骤四：光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存，计算机系统进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测；
所述的采集分站包括：液压支架、顶梁、倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器、位移光纤光栅传感器、掩护梁、前连杆、接压口、油管、底座、液压支架立柱、尾纤、接线盒、矿用光缆、光纤光栅解调仪、计算机系统；倾角光纤光栅传感器分别安装在液压支架的顶梁、掩护梁、前连杆和底座上；压力光纤光栅传感器通过油管与液压支架立柱上的接压口连接；位移光纤光栅传感器安装在液压支架立柱上；倾角光纤光栅传感器、压力光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器的尾纤通过接线盒与矿用光缆相连，矿用光缆将光信号传输到光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪将光信号解调为数字信号并传输至计算机系统中保存，计算机系统进行进一步处理分析，并通过屏幕和键盘实现人机交互，实现对液压支架运行姿态的实时监测；
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所述的倾角光纤光栅传感器和位移光纤光栅传感器均包含1个应变光栅和1个温补光栅，压力光纤光栅传感器包含2个应变光栅和2个温补光栅；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 221116 Research Institute of China University of Mining and Technology,, Jiangsu Applicant after: China University of Mining & Technology Address before: 221116 Research Institute, China University of Mining and Technology, Xuzhou University, Jiangsu, China, Applicant before: China University of Mining & Technology |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |