CN109765191A - 一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，包括两组平行布置的滑轨、滑台，滑台通过螺纹孔套装在丝杠上，传动装置带动丝杠旋转，从而使与丝杠配合的滑台沿着滑轨平移；滑台上端固定有准直镜，且准直镜中轴线与下方刮板机平面保持垂直，光源安放在滑台上端，并与准直镜并列布置，根据准直镜与刮板机平面高度将焦点会聚在准直镜正下方对应的刮板机平面上；两个滑台上的准直镜通过光纤导线一与光开关相连，光开关通过光纤导线二与光谱仪相连；四个行程控制开关分别安装在两套滑轨的端部，并将触发信号传输至数据处理模块。本发明解决现有光谱仪实时性和准确性不可兼得的矛盾，能够精准识别快速运动煤岩流，为放顶煤口的开闭提供重要依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤岩识别装置，具体涉及一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，属于综放开采装备技术领域。
背景技术
在综放开采领域，煤岩实时识别技术是提高资源开采率，减少矸石含量的关键技术之一。现有煤岩识别方法主要包括人工伽马射线识别方法、雷达探测识别方法、无源红外探测方法、煤岩冲击振动测量方法、高光谱识别方法。其中人工伽马射线识别方法由于成本高昂，应用范围较窄，且伽马射线具有放射性，不利于井下安全管理；雷达探测识别方法以电磁波传播为基础，由于其测量范围和精度不可兼得，因此两者的矛盾难以彻底解决；无源红外探测方法精度较高，具有实时性，但只停留在实验阶段，尚未形成产品；煤岩冲击振动的测量方法易于实现，但精度不高；高光谱技术起源于遥感领域，具有更高的分辨率，根据光谱曲线能推演出物质的属性、种类、含量。
目前，高光谱技术在塑料、农产品等的分选中已得到广泛应用。例如在CN103480586A“一种双红外在线塑料材质分选装置”中采用两个镜头传感器分别获取两个波段的近红外图像，将两幅图像对应像素合成，并采用一定的算法即可识别塑料的材质。在文献“猕猴桃在线检测分级系统集成及试验研究”中，利用光谱技术以糖度为依据可以对猕猴桃进行分级。
在矿井潮湿、粉尘、振动等恶劣工况下，光谱仪的积分时间是影响实时性和准确性的重要因素，而现有的光谱仪在识别煤岩时，实时性和准确性不可兼得，在保证识别准确性的前提下，较大的积分时间使得光谱仪无法达到对运动煤岩流实时检测的要求，因此现有光谱仪难以解决识别准确性和实时性的矛盾，严重制约了现有光谱仪技术在综放开采中的应用。
发明内容
为了克服现有技术存在的各种不足，本发明提供一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，能够有效缓解光谱仪识别准确性和实时性的矛盾，精准识别快速运动煤岩流，为放顶煤口的开闭提供重要依据。
为了实现上述发明目的，发明一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，本识别装置安装在后部刮板输送机中部槽的正上方，且正对煤流；所述识别装置包括两组平行布置的滑轨，每组滑轨上均安装有与之配合并可沿着滑轨滑动的滑台，滑台中间具有螺纹孔，并通过螺纹孔套装在丝杠上，丝杠的一端安装在机壳内壁上，另一端与传动装置相连，传动装置带动丝杠旋转，从而使与丝杠配合的滑台沿着滑轨平移；滑台上端固定有准直镜，且准直镜中轴线与下方刮板机平面保持垂直，光源安放在滑台上端，并与准直镜并列布置，根据准直镜与刮板机平面高度将焦点会聚在准直镜正下方对应的刮板机平面上；两个滑台上的准直镜通过光纤导线一与光开关相连，光开关再通过光纤导线二与光谱仪相连；四个行程控制开关分别安装在两套滑轨的端部，并将触发信号传输至光谱仪的数据处理模块。
传动装置带动丝杠旋转，套装在丝杠上的滑台带动准直镜以和刮板输送机同样的速度同向移动，在光源的辅助下，准直镜采集反射煤流信息，并通过光纤导线传输到光开关，准直镜和光谱仪利用同步运动时间完成第一阶段的识别，滑台在滑轨上运行到终点触发行程开关，行程开关触发光开关，利用光开关的逻辑切换功能进行光路切换，该滑台迅速回程的同时，另一条丝杠按照上述方式继续承载滑台与刮板机同步运动，使两滑台上的准直镜交替对煤流信息进行采集，并通过光纤导线将信号传输到光谱仪中，并利用光谱仪的数据处理模块对光谱信号进行分析处理。
所述传动装置包括双向电机以及传动齿轮组。传动齿轮组包括一个大齿轮和一个小齿轮，双向电机依次通过大齿轮、小齿轮将动力传递给丝杠。
具体的，初始状态时，光开关与滑台一上准直镜一相连的光纤通道连通，与滑台二上准直镜二相连的光纤通道关闭，丝杠一的传动装置带动滑台一与刮板机同向同速运动，当滑台一运动至滑轨一终点时触动行程开关一，行程开关一触发光开关切换至与滑台二上的准直镜二相连的光纤通道连通，同时触发电机一反转；丝杠二的传动装置带动滑台二与刮板机同向同速运动，当滑台二运动至滑轨二终点时触发行程开关二，行程开关二触发光开关切换至与滑台一上的准直镜一相连的光纤通道连通，同时触发电机二反转；按照上述逻辑，丝杠一的传动装置与丝杠二的传动装置分别交替带动滑台一和滑台二与刮板机同向同速运动。
为保证滑台与煤(岩)流同步运动，滑台前进速度V滑等于刮板机的平均速度V刮，滑台有效行程为V滑*S；为满足交替测量要求，滑台回程速度为前进速度的n倍，且n>1；其中，S为光谱仪的积分时间。
由于光谱仪的积分时间与实时性、准确性存在决定关系，且实时性和准确性两者不可兼得，因此根据综放过程的工艺要求，可通过调节光谱仪的积分时间S，来保证光谱仪识别运动煤岩准确性的要求，基于本发明来保证光谱仪识别运动煤岩实时性的要求。
进一步的，为了避免光谱识别装置与液压支架尾梁摆动产生干涉，该识别装置通过摆杆安装在后部刮板输送机中部槽的正上方支架上，摆杆的端部铰接在后部刮板输送机边缘的上方，并通过驱动缸带动摆杆围绕铰接点在0°～90°范围内摆动。
当液压支架尾梁下降放煤时，驱动缸带动摆杆摆动至竖直位置，此时该液压支架下方的光谱识别装置处于休眠状态；在刮板机前进方向，与放煤支架最接近的未放煤支架上的光谱识别装置，在驱动缸带动下摆动至水平位置，此时该光谱识别装置处于工作状态。
优选的，光源采用卤素灯光源。这种光源寿命更长，更加稳定，且波长覆盖范围较广。
本发明利用光开关进行光路切换，使两条丝杠交替运动，并带动滑台依次前进、回程，通过两个交替运动的滑台带动准直镜进行信号采集，始终有一个与刮板机同步运动的准直镜对煤流进行识别，从而有效缓解光谱仪实时性和准确性之间的矛盾，解决高速运动煤岩流的精准识别问题；该装置工作可靠，易于实现，可以有效的提高识别效率，对提高煤炭资源开采率，减少矿山环境破坏程度，为放顶煤口的开闭提供重要依据。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明安装在综放设备中的示意图；
图3为本发明控制流程示意图；
图中：101、丝杠；102、滑轨；103、准直镜；104、光源；105、滑台；106、双向电机；107、传动齿轮组；201、光开关；202、光纤导线二；203、光谱仪和数据处理模块；204、行程控制开关；205、外壳；206、光纤导线一；401、摆杆；402、采煤机；403、前部刮板输送机；404、放顶煤液压支架；405、移后部刮板输送机油缸；406、液压支架尾梁；407、识别装置；408、后部刮板输送机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的阐述。
如图2所示，采煤机402下方为前部刮板输送机403，放顶煤液压支架404的液压支架尾梁406下方为后部刮板输送机408，通过移后部刮板输送机油缸405调整后部刮板输送机408的位置，一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置407安装在后部刮板输送机408中部槽的正上方，且正对煤流；
如图1所示，所述识别装置407包括两组平行布置的滑轨102，每组滑轨102上均安装有与之配合并可沿着滑轨102滑动的滑台105，滑台105中间具有螺纹孔，并通过螺纹孔套装在丝杠101上，丝杠101的一端安装在机壳205内壁上，另一端与传动装置相连，传动装置带动丝杠101旋转，从而使与丝杠101配合的滑台105沿着滑轨102平移；滑台105上端固定有准直镜103，且准直镜103中轴线与下方刮板机平面保持垂直，光源104安放在滑台105上端，并与准直镜103并列布置，根据滑台105与刮板机平面高度将焦点会聚在准直镜103正下方对应的刮板机平面上；两个滑台105上的准直镜103通过光纤导线一206与固定在外壳205内壁上的光开关201相连，光开关201通过光纤导线二202与光谱仪203相连；四个行程开关204分别安装在两套滑轨102的端部，并将触发信号传输至光谱仪203的数据处理模块203，数据处理模块203根据行程开关204的信号对光开关201的切换和电机106启停、正反转进行控制；其中光谱仪与数据处理模块整体封装。
所述传动装置包括双向电机106以及传动齿轮组107。传动齿轮组包括一个大齿轮和一个小齿轮，双向电机依次通过大齿轮、小齿轮将动力传递给丝杠。
具体的控制流程如图3所示，初始状态时，光开关201与滑台一上准直镜一相连的光纤通道连通，与滑台二上准直镜二相连的光纤通道关闭，丝杠一的传动装置带动滑台一与刮板机同向同速运动，当滑台一运动至滑轨一终点时触动行程开关一，行程开关一触发光开关切换至与滑台二上的准直镜二相连的光纤通道连通，同时触发电机一反转；丝杠二的传动装置带动滑台二与刮板机同向同速运动，当滑台二运动至滑轨二终点时触发行程开关二，行程开关二触发光开关切换至与滑台一上的准直镜一相连的光纤通道连通，同时触发电机二反转；按照上述逻辑，丝杠一的传动装置与丝杠二的传动装置分别交替带动滑台一和滑台二与刮板机同向同速运动。
为保证滑台105与煤(岩)流同步运动，滑台105前进速度V滑等于刮板机的平均速度V刮，滑台有效行程为V滑*S；为满足交替测量要求，滑台105回程速度为前进速度的n倍，且n>1；其中，S为光谱仪的积分时间。
由于光谱仪203的积分时间与实时性、准确性存在决定关系，且实时性和准确性两者不可兼得，因此根据综放过程的工艺要求，可通过调节光谱仪203的积分时间S，来保证光谱仪识别运动煤岩准确性的要求，基于本发明来保证光谱仪识别运动煤岩实时性的要求。
如图2所示，为了避免识别装置407与液压支架尾梁406摆动产生干涉，该识别装置407通过摆杆401安装在后部刮板输送机408中部槽的正上方支架上，摆杆401的端部铰接在后部刮板输送机408边缘的上方，并通过驱动缸带动摆杆围绕铰接点在0°～90°范围内摆动。
当液压支架尾梁406下降放煤时，驱动缸带动摆杆401摆动至竖直位置此时该放煤支架上的光谱识别装置处于休眠状态；当刮板输送机开始高速输煤时，沿刮板机运动方向与放煤支架最接近的未放煤支架下的该发明装置驱动缸带动摆杆401摆动至水平位置此时该光谱识别装置处于工作状态。
优选的，光源104采用卤素灯光源。这种光源寿命更长，更加稳定，且波长覆盖范围较广。
具体工作流程如下：
初始时，当后部刮板输送机408上的煤(岩)流以速度V刮从该装置下方通过，电机一驱动丝杠承载着滑台一以速度V滑与刮板机同向同速运动，安装在滑台一上的准直镜一在卤素灯光源的辅助下，利用同步运动时间S完成一段煤(岩)流的识别，滑台一运行到滑轨终点触发行程开关一，行程开关一触发光开关201，利用光开关201的逻辑切换功能进行光路切换，电机二立即正转，驱动另一条丝杠承载滑台二与刮板机同向同速运动，与此同时，电机一迅速反转，驱动第一条丝杠反转，滑台一以速度nV滑(n>1)回程，触发起点位置的行程开关一后，进入等待命令阶段，为下一步运行做准备；当滑台二运行到终点时，触发终点行程开关二，光开关迅速切换，电机一立即正转，同时电机二反转，滑台二回程，开始下一阶段的循环，两条丝杠交替动作，带动滑台依次实现“快进”、“快退”动作，使两滑台上的准直镜103交替对煤流信息进行采集，并通过光纤导线一206和光纤导线二202将信号传输到光谱仪203中，并利用光谱仪203的数据处理模块对光谱信号进行分析处理。
Claims (6)
1.一种运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，本识别装置(407)安装在后部刮板输送机(408)中部槽的正上方，且正对煤流；所述识别装置(407)包括两组平行布置的滑轨(102)，每组滑轨(102)上均安装有与之配合并可沿着滑轨(102)滑动的滑台(105)，滑台(105)中间具有螺纹孔，并通过螺纹孔套装在丝杠(101)上，丝杠(101)的一端安装在机壳(205)内壁上，另一端与传动装置相连，传动装置带动丝杠(101)旋转，从而使与丝杠(101)配合的滑台(105)沿着滑轨(102)平移；滑台(105)上端固定有准直镜(103)，且准直镜(103)中轴线与下方刮板机平面保持垂直，光源(104)安放在滑台(105)上端，并与准直镜(103)并列布置，根据准直镜(103)与刮板机平面高度将焦点会聚在准直镜(103)正下方对应的刮板机平面上；两个滑台(105)上的准直镜(103)通过光纤导线一(206)与光开关(201)相连，光开关(201)通过光纤导线二(202)与光谱仪(203)相连；四个行程控制开关(204)分别安装在两套滑轨(102)的端部，并将触发信号传输至光谱仪(203)的数据处理模块。
2.根据权利要求1所述的运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，所述传动装置包括双向电机(106)以及传动齿轮组(107)。
3.根据权利要求2所述的运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，初始状态时，光开关(201)与滑台一上准直镜一相连的光纤通道连通，与滑台二上准直镜二相连的光纤通道关闭，丝杠一的传动装置带动滑台一与刮板机同向同速运动，当滑台一运动至滑轨一终点时触动行程开关一，行程开关一触发光开关切换至与滑台二上的准直镜二相连的光纤通道连通，同时触发电机一反转；丝杠二的传动装置带动滑台二与刮板机同向同速运动，当滑台二运动至滑轨二终点时触发行程开关二，行程开关二触发光开关切换至与滑台一上的准直镜一相连的光纤通道连通，同时触发电机二反转；按照上述逻辑，丝杠一的传动装置与丝杠二的传动装置分别交替带动滑台一和滑台二与刮板机同向同速运动。
4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，滑台(105)前进速度V滑等于刮板机的平均速度V刮，滑台有效行程为V滑*S；滑台(105)回程速度为前进速度的n倍，且n>1；其中，S为光谱仪(203)的积分时间。
5.根据权利要求4所述的运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，该识别装置(407)通过摆杆(401)安装在后部刮板输送机(408)中部槽的正上方支架上，摆杆(401)的端部铰接在后部刮板输送机(408)边缘的上方，并通过驱动缸带动摆杆(401)围绕铰接点在0°～90°范围内摆动。
6.根据权利要求5所述的运动煤岩平移式追踪高光谱识别装置，其特征在于，光源(104)采用卤素灯光源。
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