CN110498188A - 综采工作面刮板输送机链条状态检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置及方法，涉及链条检测技术领域。所述检测装置包括磁场发生装置和磁场检测装置；磁场发生装置包括可调直流源与多匝线圈，磁场检测装置包括检测探头、偏振器、光纤环形器、宽带光源以及光电探测器，检测探头包括反射镜、磁感线圈和磁光晶体，检测探头通过调整支架靠近链条实现在线检测。本发明先将刮板输送机链条磁化，链条缺陷产生的漏磁场与检测探头的磁感线圈互感，因互感在磁感线圈中产生的磁信号在磁光晶体中转变为光信号，光信号再转变为电信号，通过信号处理获得链条的状态信号，可实现链条的实时在线检测，确保刮板输送机安全稳定运行，规避煤矿生产安全隐患。

Description

综采工作面刮板输送机链条状态检测装置及方法
技术领域
本发明涉及链条检测技术领域，具体涉及一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置及方法。
背景技术
随着对煤矿机械安全稳定运行要求的不断提高，作为综采工作面上的关键机械设备，刮板输送机的稳定运行直接影响煤矿生产的安全性和连续性。由于链条承受的载荷最大，所以刮板输送机中更多的故障是发生在链条上。有必要采取一种行之有效的手段对链条实现在线检测。
刮板输送机工作条件复杂，链条长期处在高负荷状态下工作，容易出现磨损、开裂、锈蚀、塑性变形等失效形式。如果能及时的发现链条的重大缺陷隐患并及时更换链条，可以有效减少生产中刮板输送机出现的故障。
目前，对刮板输送机链条的检测仍然采用传统的检测方法，例如磁粉检测、声发射和超声波检测。然而，磁粉检测无法实现在线检测，使用不便，声发射和超声波检测等方法所用的设备价格昂贵，都无法适应当前综采工作面生产的需要。
因此，鉴于以上问题，亟需一种简单可靠、成本低廉的设备来实现对综采工作面刮板输送机链条的状态检测。
发明内容
有鉴于此，本发明公开了一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，在综采工作面刮板输送机工作中，将链条的裂纹等缺陷信息以磁场变化的形式被采集到检测探头中，检测探头将磁场的变化转换为光信号的变化，光电探测器将带有链条状态的光信号转变为电信号，经信号处理后得到链条状态信息，实现了对综采工作面刮板输送机链条状态实时在线检测，在刮板输送机链条磨损较为严重或者有较大缺陷时，可以及时更换链条，确保刮板输送机安全稳定运行，规避煤矿生产安全隐患，价格低廉、重量轻、精度高、安全稳定。
根据本发明的目的提出的一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，包括安装在链条下方、磁化链条的磁场发生装置以及安装在刮板输送机旁边的磁场检测装置；所述磁场发生装置包括可调直流源以及与可调直流源电连接的多匝线圈，所述磁场检测装置包括检测探头、偏振器、光纤环形器、宽带光源以及光电探测器，所述检测探头与偏振器相连，所述光纤环形器有三个端口，分别与偏振器、宽带光源、光电探测器相连；所述检测探头通过调整支架靠近链条实现在线检测。
优选的，所述检测探头包括反射镜、磁感线圈和磁光晶体，所述磁光晶体具有两个端口，分别与偏振器和反射镜相连；所述反射镜、磁感线圈和磁光晶体一起封装于直径10cm、长12cm的塑料壳内。
优选的，所述磁光晶体为铋铁石榴石磁光晶体。
优选的，所述磁感线圈为双层16匝、长250cm的闭环线圈。
优选的，所述可调直流源的调节范围为0-500mA。
优选的，所述多匝线圈为经过防爆处理的五层30匝、长10m的漆包线。
优选的，所述光纤环形器消光比≥25dB。
本发明另外公开的一种综采工作面刮板输送机链条状态检测方法，使用上述检测装置，包括以下几个步骤：
步骤一：刮板输送机运行时，通过调节可调直流源输出一定电流到多匝线圈，多匝线圈产生磁场使链条磁化，当链条磁饱和后，链条裂纹的磁导率不同，会出现漏磁场，漏磁场含有链条的状态信息；
步骤二：漏磁场的存在使得链条周围的磁场强度发生变化，当检测探头靠近链条时，检测探头中的磁感线圈会产生瞬时电流，瞬时电流中含有链条的状态信息；
步骤三：宽带光源的输出光依次经过光纤环形器、偏振器后形成线偏振光，线偏振光经过磁光晶体到达反射镜后反射回来，反射回来的线偏振光再次经过磁光晶体、偏振器和光纤环形器后到达光电探测器；当线偏振光往返经过磁光晶体时，根据法拉第磁光效应，瞬时电流产生的瞬时磁场使线偏振光的偏振面旋转与瞬时电流成比例的角度，因此到达光电探测器的线偏振光包含有链条的状态信息；
步骤四：到达光电探测器的线偏振光经过光电转换后变成电信号，电信号经过信号处理模块处理后得到链条的状态信息。
优选的，步骤二中闭合磁感线圈中的瞬时电流计算公式为：式中：i为瞬时电流；R为闭合磁感线圈电阻；ΔΦ为磁通量变化；Δt为时间变化量。
优选的，步骤三中线偏振光法拉第旋转角度计算公式为：式中：ΔB为瞬时电流导致的磁感应强度变化量；V为磁光晶体的Verdet常数；l为磁光晶体的长度。
与现有技术相比，本发明公开的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置及方法的优点是：
(1)本发明先将刮板输送机链条磁化，然后通过漏磁场与检测探头的磁感线圈互感，因互感在磁感线圈中产生的磁信号在磁光晶体中转变为光信号，光信号再转变为电信号，通过信号处理获得链条的状态信号。当链条出现裂纹等缺陷时，显示器波形会出现尖峰，并可以判断出缺陷的位置和数量，有效检测出链条的状态信息。
(2)本发明在刮板输送机工作时，使链条的裂纹等缺陷信息以磁场变化的形式被采集到探头中，可实现链条的实时在线检测，在刮板输送机链条磨损较为严重或者有较大缺陷时，及时更换链条，确保刮板输送机安全稳定运行，规避煤矿生产安全隐患。
(3)本发明价格低廉、重量轻、精度高、安全稳定。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域中的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的原理示意图；
图中的数字或字母所代表的零部件名称为：
1-可调直流源；2-多匝线圈；3-检测探头；31-反射镜；32-磁感线圈；33-磁光晶体；4-偏振器；5-光纤环形器；6-宽带光源；7-光电探测器；8-链条。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做简要说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
图1-图2示出了本发明较佳的实施例，分别从不同的角度对其进行了详细的剖析。
如图1-2所示的一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，包括安装在链条8下方、磁化链条8的磁场发生装置以及安装在刮板输送机旁边的磁场检测装置。磁场发生装置包括可调直流源1以及与可调直流源1电连接的多匝线圈2，磁场检测装置包括检测探头3、偏振器4、光纤环形器5、宽带光源6以及光电探测器7，检测探头3通过调整支架靠近链条8实现在线检测。具体的，偏振器4与检测探头3连接，光纤环形器5有三个端口，分别与宽带光源6、光电探测器7和偏振器4相连。
进一步的，检测探头3包括反射镜31、磁感线圈32和磁光晶体33，反射镜31、磁感线圈32和磁光晶体33一起封装在直径10cm、长12cm的塑料壳内。磁光晶体33具有两个端口，分别与偏振器4和反射镜31相连。
进一步的，磁光晶体33为铋铁石榴石磁光晶体。
进一步的，磁感线圈32为双层16匝、长250cm的闭环线圈。
进一步的，可调直流源1的调节范围为0-500mA。
进一步的，多匝线圈2为经过防爆处理的五层30匝、长10m的漆包线。
进一步的，光纤环形器5消光比≥25dB。
本发明另外公开的综采工作面刮板输送机链条状态检测方法，包括以下几个步骤：
步骤一：刮板输送机运行时，通过调节可调直流源1输出一定电流到多匝线圈2，由安培环路定理可知，多匝线圈2周围会产生磁场使链条8磁化，当链条8磁饱和后，由于裂纹等缺陷处和其他地方磁导率不同，在缺陷处会出现漏磁场，漏磁场含有链条8的状态信息。
步骤二：漏磁场的存在使得链条8周围的磁场强度发生变化，当检测探头3靠近链条8时，检测探头3中的磁感线圈32会产生瞬时电流，瞬时电流中含有链条8的状态信息。具体的，闭合磁感线圈32中的瞬时电流计算公式为：式中：i为瞬时电流；R为闭合磁感线圈32电阻；ΔΦ为磁通量变化；Δt为时间变化量。
步骤三：宽带光源6的输出光依次经过光纤环形器5、偏振器4后形成线偏振光，线偏振光经过磁光晶体33到达反射镜31后反射回来，反射回来的线偏振光再次经过磁光晶体33、偏振器4和光纤环形器5后到达光电探测器7。当线偏振光往返经过磁光晶体33时，根据法拉第磁光效应，瞬时电流产生的瞬时磁场使线偏振光的偏振面旋转与瞬时电流成比例的角度，因此到达光电探测器7的线偏振光法拉第旋转角为包含有链条8的状态信息。具体的，线偏振光法拉第旋转角度计算公式为：式中：ΔB为瞬时电流导致的磁感应强度变化量；V为磁光晶体33的Verdet常数；l为磁光晶体33的长度。
步骤四：到达光电探测器7的线偏振光经过光电转换后变成电信号，电信号经过信号处理模块处理后得到链条8的状态信息。具体的，链条8无损时，光电探测器7输出值恒定；链条8出现裂纹等缺陷时，光电探测器7输出值跳变。
综上所述，本发明公开的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，采用光纤传感技术和互感技术相结合的方式，先将刮板输送机链条磁化，然后通过漏磁场与检测探头的磁感线圈互感，将磁信号转变为光信号，光信号再转变为电信号，通过信号处理获得链条的状态信号。当链条出现裂纹等缺陷时，显示器波形会出现尖峰，并可以判断出缺陷的位置和数量，有效检测出链条的状态信息。在刮板输送机工作时，使链条的裂纹等缺陷信息以磁场变化的形式被采集到探头中，可实现链条的实时在线检测，在刮板输送机链条磨损较为严重或者有较大缺陷时，及时更换链条，确保刮板输送机安全稳定运行，规避煤矿生产安全隐患，而且价格低廉、重量轻、精度高、安全稳定。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现和使用本发明。对这些实施例的多种修改方式对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，包括安装在链条(8)下方、磁化链条(8)的磁场发生装置以及安装在刮板输送机旁边的磁场检测装置；所述磁场发生装置包括可调直流源(1)以及与可调直流源(1)电连接的多匝线圈(2)，所述磁场检测装置包括检测探头(3)、偏振器(4)、光纤环形器(5)、宽带光源(6)以及光电探测器(7)，所述检测探头(3)与偏振器(4)相连，所述光纤环形器(5)有三个端口，分别与偏振器(4)、宽带光源(6)、光电探测器(7)相连；所述检测探头(3)通过调整支架靠近链条(8)实现在线检测。
2.根据权利要求1所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述检测探头(3)包括反射镜(31)、磁感线圈(32)和磁光晶体(33)，所述磁光晶体(33)具有两个端口，分别与偏振器(4)和反射镜(31)相连；所述反射镜(31)、磁感线圈(32)和磁光晶体(33)一起封装于直径10cm、长12cm的塑料壳内。
3.根据权利要求2所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述磁光晶体(33)为铋铁石榴石磁光晶体。
4.根据权利要求2所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述磁感线圈(32)为双层16匝、长250cm的闭环线圈。
5.根据权利要求1所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述可调直流源(1)的调节范围为0-500mA。
6.根据权利要求1所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述多匝线圈(2)为经过防爆处理的五层30匝、长10m的漆包线。
7.根据权利要求1所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置，其特征在于，所述光纤环形器(5)消光比≥25dB。
8.一种使用权利要求1-7任一项所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测装置进行链条状态检测的方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
步骤一：刮板输送机运行时，通过调节可调直流源(1)输出一定电流到多匝线圈(2)，多匝线圈(2)产生磁场使链条(8)磁化，当链条(8)磁饱和后，链条(8)裂纹的磁导率不同，会出现漏磁场，漏磁场含有链条(8)的状态信息；
步骤二：漏磁场的存在使得链条(8)周围的磁场强度发生变化，当检测探头(3)靠近链条(8)时，检测探头(3)中的磁感线圈(32)会产生瞬时电流，瞬时电流中含有链条(8)的状态信息；
步骤三：宽带光源(6)的输出光依次经过光纤环形器(5)、偏振器(4)后形成线偏振光，线偏振光经过磁光晶体(33)到达反射镜(31)后反射回来，反射回来的线偏振光再次经过磁光晶体(33)、偏振器(4)和光纤环形器(5)后到达光电探测器(7)；当线偏振光往返经过磁光晶体(33)时，根据法拉第磁光效应，瞬时电流产生的瞬时磁场使线偏振光的偏振面旋转与瞬时电流成比例的角度，因此到达光电探测器(7)的线偏振光包含有链条(8)的状态信息；
步骤四：到达光电探测器(7)的线偏振光经过光电转换后变成电信号，电信号经过信号处理模块处理后得到链条(8)的状态信息。
9.根据权利要求8所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测方法，其特征在于，步骤二中闭合磁感线圈(32)中的瞬时电流计算公式为：式中：i为瞬时电流；R为闭合磁感线圈(32)电阻；ΔΦ为磁通量变化；Δt为时间变化量。
10.根据权利要求8所述的综采工作面刮板输送机链条状态检测方法，其特征在于，步骤三中线偏振光法拉第旋转角度计算公式为：式中：ΔB为瞬时电流导致的磁感应强度变化量；V为磁光晶体(33)的Verdet常数；l为磁光晶体(33)的长度。
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