CN111232557B - 一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置及方法，包括宽带光源、第一光纤环形器阵列、第二光纤环形器阵列、准直器阵列、反射膜阵列、第三光纤环形器阵列和光路分析仪，宽带光源发出的光在传输时，由刻在单模光纤上的若干个光栅将不同波长的光分开，并通过第一光纤环形器、第二光纤环形器和准直器到达贴在刮板输送机工作面的反射膜上，不同波长的光通过反射膜反射回来，由第三光纤环形器进入单模光纤，最终进入光路分析仪中，光路分析仪通过分析不同波长的光传输距离，得到反射膜的位置点，进而可得到刮板输送机工作面的直线度。具有结构简单、抗电磁干扰能力强、精度高、可实现长距离测量等优点。

Description

一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装 置及方法

技术领域

本发明涉及分布式刮板输送机工作面直线度的检测，具体涉及一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置及方法，属于煤矿综采设备工作状态监测领域

背景技术

刮板输送机作为煤矿综采工作面上的关键设备之一，其性能直接影响矿井安全和生产水平。刮板输送机除了可以运输煤炭以外，还可以作为采煤机移动轨道和液压支架支点，如果刮板输送机运行方向上直线度较差，不仅加剧了刮板链的磨损，影响煤矿生产安全；同时，采煤机以刮板输送机为运行轨道往复运行，较差的直线度导致截割位移误差。因此，保证刮板输送机在直线上运行十分重要。

现有的直线度检测手段主要包括：采用基于陀螺仪的惯性导航技术绘出采煤机行走轨迹得到刮板输送机工作面的直线度，但是陀螺仪设备造价昂贵，成本高；在刮板输送机上进行激光定标，通过高清摄像仪拍摄图像得到刮板输送机工作面的直线度，但该方法测量精度较低，在高粉尘条件下拍摄图像不清晰；在液压支架上安装激光测距仪，检测液压支架相对于刮板输送机的位置，间接测得刮板输送机工作面的直线度，但由于支架在移架时会出现仰俯等问题，该方法实施起来也较为困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，结构简单，抗电磁干扰能力强，精度高。

本发明的另一目的是提供上述基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置的检测方法，可实现刮板输送机工作面直线度的直接测量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，包括宽带光源、第一光纤环形器阵列、第二光纤环形器阵列、准直器阵列、反射膜阵列、第三光纤环形器阵列和光路分析仪，所述第一光纤环形器阵列包括多个通过光纤光栅依次串联的第一光纤环形器A，多个第一光纤环形器A第二端口连接的单模光纤上依次刻有中心波长为λ₁，λ₂，……，λ_n的布拉格光栅，所述宽带光源通过单模光纤与所述第一光纤环形器阵列串联；所述第二光纤环形器阵列包括多个第二光纤环形器B，所述准直器阵列包括多个等间隔排列的准直器，所述反射膜阵列包括多个粘贴在刮板输送机运行方向的工作面上的反射膜，所述反射膜的阵列间隔与准直器的阵列间隔相同，所述第三光纤环形器阵列包括多个通过单模光纤依次串连的第三光纤环形器C，所述光路分析仪通过单模光纤与所述第三光纤环形器阵列串联；

所述第一光纤环形器阵列、第二光纤环形器阵列、准直器阵列、第三光纤环形器阵列的布置方向分别与所述反射膜阵列的布置方向平行，且所述第一光纤环形器A、第二光纤环形器B、准直器、反射膜、第三光纤环形器C的布置数量均相同，第一光纤环形器A的第三端口与第二光纤环形器B的第一端口相连，第二光纤环形器B的第二端口与准直器相连，第二光纤环形器B的第三端口与第三光纤环形器C的第一端口相连。

优选的，所述第一光纤环形器A、第二光纤环形器B、准直器、反射膜、第三光纤环形器C的布置数量均不少于三个。

优选的，所述反射膜是厚度小于1mm表面镀有金属膜的薄片。

本发明还提供上述基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置的检测方法，

宽带光源输出的宽带光谱从第一个第一光纤环形器A1的第一端口进入到第一光纤环形器A1，从第一光纤环形器A1的第二端口输出，从第一光纤环形器A1第二端口输出的光到达第一个光栅处，返回波长为λ₁的光，波长为λ₁的光通过第一个第二光纤环形器B1的第一端口进入第二光纤环形器B1，从第二光纤环形器B1的第二端口输出后通过第一个准直器到达第一个反射膜，波长为λ₁的光受到第一个反射膜的作用再通过第一个准直器从第二光纤环形器B1的第二端口回到第二光纤环形器B1，从第二光纤环形器B1的第三端口输出，从第二光纤环形器B1的第三端口输出的光通过第一个第三光纤环形器C1的第一端口进入第三光纤环形器C1，从第三光纤环形器C1的第二端口输出后通过单模光纤进入到光路分析仪；

从第一光纤环形器A1第二端口输出的光到达第一个光栅处未被返回的剩余波长的光继续向前传输通过第二个第一光纤环形器A2的第一端口进入，从第一光纤环形器A2的第二端口输出，从第一光纤环形器A2的第二端口输出的光到达第二个光栅处，返回波长为λ₂的光，波长为λ₂的光通过第二个第二光纤环形器B2的第一端口进入第二光纤环形器B2，从第二光纤环形器B2的第二端口输出后通过第二个准直器到达第二个反射膜，波长为λ₂的光受到第二个反射膜的作用再通过第二个准直器从第二光纤环形器B2的第二端口回到第二光纤环形器B2，从第二光纤环形器B2的第三端口输出，从第二光纤环形器B2的第三端口输出的光通过第二个第三光纤环形器C2的第一端口进入第三光纤环形器C2，从第三光纤环形器C2的第二端口输出后通过单模光纤进入到光路分析仪；

从第一光纤环形器A2第二端口输出的光到达第二个光栅处未被返回的剩余波长的光继续向前传输，依次类推，波长λ₁、λ₂、λ₃、……、λ_n的光均通过单模光纤进入到光路分析仪；光路分析仪通过计算不同波长的光传输的距离，得到各反射膜的位置，由于反射膜的位置点对应刮板输送机上的位置，根据位置点的连线，得到刮板输送机工作面沿运行方向上的直线度。

与现有技术相比，本发明利用不同波长的光到达工作面反射回来后的路径长度信息实现工作面上点的定位这一巧妙构思，在得到刮板输送机运行方向工作面上各点的位置后，通过这些位置点实现了工作面直线度的检测。本发明具有抗电磁干扰能力强、结构简单、测量精度高等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的光路原理示意图。

图中：1、宽带光源，2、第一光纤环形器阵列，3、光纤光栅，4、第二光纤环形器阵列，5、准直器阵列，6、反射膜阵列，7、第三光纤环形器阵列，8、光路分析仪，9、刮板输送机工作面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，包括宽带光源1、第一光纤环形器阵列2、第二光纤环形器阵列4、准直器阵列5、反射膜阵列6、第三光纤环形器阵列7和光路分析仪9，所述第一光纤环形器阵列2包括通过光纤光栅3依次串联的第一光纤环形器A1、第一光纤环形器A2、第一光纤环形器A3，所述光纤光栅3上刻有光栅阵列，第一光纤环形器A1与第一光纤环形器A2之间的单模光纤上刻有中心波长为λ₁的布拉格光栅，第一光纤环形器A2与第一光纤环形器A3之间的单模光纤上刻有中心波长为λ₂的布拉格光栅，第一光纤环形器A3第二端口连接的单模光纤上刻有中心波长为λ₃的布拉格光栅，所述宽带光源1通过单模光纤与所述第一光纤环形器阵列2串联；

所述第二光纤环形器阵列4包括第二光纤环形器B1、第二光纤环形器B2、第二光纤环形器B3，所述准直器阵列5包括等间隔排列的准直器51、准直器52、准直器53，所述反射膜阵列6包括粘贴在刮板输送机运行方向的工作面9上的反射膜61、反射膜62、反射膜63，三个反射膜之间的间隔距离与三个准直器之间的间隔距离相等，所述反射膜是厚度小于1mm表面镀有金属膜的薄片，所述第三光纤环形器阵列7包括通过单模光纤依次串连的第三光纤环形器C1、第三光纤环形器C2、第三光纤环形器C3，所述光路分析仪8通过单模光纤与所述第三光纤环形器阵列7串联；

所述第一光纤环形器阵列2、第二光纤环形器阵列4、准直器阵列5、第三光纤环形器阵列7的布置方向分别与所述反射膜阵列6的布置方向平行，所述第一光纤环形器A1的第三端口A13与第二光纤环形器B1的第一端口B11相连，第二光纤环形器B1的第二端口B12与准直器51相连，第二光纤环形器B1的第三端口B13与第三光纤环形器C1的第一端口C11相连，所述第一光纤环形器A2的第三端口A23与第二光纤环形器B2的第一端口B21相连，第二光纤环形器B2的第二端口B22与准直器52相连，第二光纤环形器B2的第三端口B23与第三光纤环形器C2的第一端口C21相连，所述第一光纤环形器A3的第三端口A33与第二光纤环形器B3的第一端口B31相连，第二光纤环形器B3的第二端口B32与准直器53相连，第二光纤环形器B3的第三端口B33与第三光纤环形器C3的第一端口C31相连。

所述第一光纤环形器阵列2中，第一光纤环形器A1的端口A11与A12之间的传输光路具备单向性，第一光纤环形器A1的端口A12与A13之间的传输光路具备单向性；第一光纤环形器A2的端口A21与A22之间的传输光路具备单向性，第一光纤环形器A2的端口A22与A23之间的传输光路具备单向性；第一光纤环形器A3的端口A31与A32之间的传输光路具备单向性，第一光纤环形器A3的端口A32与A33之间的传输光路具备单向性。

所述第二光纤环形器阵列4中，第二光纤环形器B1的端口B11与B12之间的传输光路具备单向性，第二光纤环形器B1的端口B12与B13之间的传输光路具备单向性；第二光纤环形器B2的端口B21与B22之间的传输光路具备单向性，第二光纤环形器B2的端口B22与B23之间的传输光路具备单向性；第二光纤环形器B3的端口B31与B32之间的传输光路具备单向性，第二光纤环形器B3的端口B32与B33之间的传输光路具备单向性。

所述第三光纤环形器阵列7中，第三光纤环形器C1的端口C11与C12之间的传输光路具备单向性，第三光纤环形器C1的端口C12与C13之间的传输光路具备单向性；第三光纤环形器C2的端口C21与C22之间的传输光路具备单向性，第三光纤环形器C2的端口C22与C23之间的传输光路具备单向性；第三光纤环形器C3的端口C31与C32之间的传输光路具备单向性，第三光纤环形器C3的端口C32与C33之间的传输光路具备单向性。

宽带光源1输出的宽带光谱从第一光纤环形器A1的端口A11进入到第一光纤环形器A1，从端口A12输出；从端口A12输出的光到达第一个光栅处，返回波长为λ₁的光，剩余波长的光继续向前传输通过第一光纤环形器A2的端口A21进入到第一光纤环形器A2，从端口A22输出；从端口A22输出的光到达第二个光栅处，返回波长为λ₂的光，剩余波长的光继续向前传输通过第一光纤环形器A3的端口A31进入到第一光纤环形器A3，从端口A32输出；从端口A32输出的光到达第三个光栅处，返回波长为λ₃的光，剩余波长的光继续向前传输；

返回的波长为λ₁、λ₂、λ₃的光分别通过第二光纤环形器B1的端口B11、第二光纤环形器B2的端口B21、第二光纤环形器B3的端口B31进入第二光纤环形器B1、第二光纤环形器B2、第二光纤环形器B3，然后分别从端口B12、端口B22、端口B32输出；

从端口B12、端口B22、端口B32输出的光分别通过准直器51、准直器52、准直器53到达反射膜61、反射膜62、反射膜63；

波长为λ₁的光受到反射膜61的作用通过准直器51和端口B12回到第二光纤环形器B1，从端口B13输出，波长为λ₂的光受到反射膜62的作用通过准直器52和端口B22回到第二光纤环形器B2，从端口B23输出，波长为λ₃的光受到反射膜63的作用通过准直器53和端口B32回到第二光纤环形器B3，从端口B33输出；

从端口B13、端口B23、端口B33输出的光分别通过第三光纤环形器C1的端口C11、第三光纤环形器C2的端口C21、第三光纤环形器C3的端口C31进入到第三光纤环形器C1、第三光纤环形器C2、第三光纤环形器C3，然后分别从端口C12、端口C22、端口C32输出；

从端口C12、端口C22、端口C32输出的波长分别为λ₁、λ₂、λ₃的光通过单模光纤进入到光路分析仪8；光路分析仪8通过计算不同波长的光传输的距离，可得到各反射膜的位置，由于反射膜的位置点对应刮板输送机上的位置，根据位置点的连线，便可得到刮板输送机工作面沿运行方向上的直线度。

以上所述，仅是本发明的优选实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围；凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改或同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，其特征在于，包括宽带光源、第一光纤环形器阵列、第二光纤环形器阵列、准直器阵列、反射膜阵列、第三光纤环形器阵列和光路分析仪，所述第一光纤环形器阵列包括多个通过光纤光栅依次串联的第一光纤环形器A，多个第一光纤环形器A第二端口连接的单模光纤上依次刻有中心波长为λ₁，λ₂，……，λ_n的布拉格光栅，所述宽带光源通过单模光纤与所述第一光纤环形器阵列串联；所述第二光纤环形器阵列包括多个第二光纤环形器B，所述准直器阵列包括多个等间隔排列的准直器，所述反射膜阵列包括多个粘贴在刮板输送机运行方向的工作面上的反射膜，所述反射膜的阵列间隔与准直器的阵列间隔相同，所述第三光纤环形器阵列包括多个通过单模光纤依次串连的第三光纤环形器C，所述光路分析仪通过单模光纤与所述第三光纤环形器阵列串联；

所述第一光纤环形器阵列、第二光纤环形器阵列、准直器阵列、第三光纤环形器阵列的布置方向分别与所述反射膜阵列的布置方向平行，且所述第一光纤环形器A、第二光纤环形器B、准直器、反射膜、第三光纤环形器C的布置数量均相同，第一光纤环形器A的第三端口与第二光纤环形器B的第一端口相连，第二光纤环形器B的第二端口与准直器相连，第二光纤环形器B的第三端口与第三光纤环形器C的第一端口相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，其特征在于，所述第一光纤环形器A、第二光纤环形器B、准直器、反射膜、第三光纤环形器C的布置数量均不少于三个。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置，其特征在于，所述反射膜是厚度小于1mm表面镀有金属膜的薄片。

4.一种权利要求1所述的基于光纤传感的分布式刮板输送机工作面直线度检测装置的检测方法，其特征在于，

宽带光源输出的宽带光谱从第一个第一光纤环形器A1的第一端口进入到第一光纤环形器A1，从第一光纤环形器A1的第二端口输出，从第一光纤环形器A1第二端口输出的光到达第一个光栅处，返回波长为λ₁的光，波长为λ₁的光通过第一个第二光纤环形器B1的第一端口进入第二光纤环形器B1，从第二光纤环形器B1的第二端口输出后通过第一个准直器到达第一个反射膜，波长为λ₁的光受到第一个反射膜的作用再通过第一个准直器从第二光纤环形器B1的第二端口回到第二光纤环形器B1，从第二光纤环形器B1的第三端口输出，从第二光纤环形器B1的第三端口输出的光通过第一个第三光纤环形器C1的第一端口进入第三光纤环形器C1，从第三光纤环形器C1的第二端口输出后通过单模光纤进入到光路分析仪；

从第一光纤环形器A1第二端口输出的光到达第一个光栅处未被返回的剩余波长的光继续向前传输通过第二个第一光纤环形器A2的第一端口进入，从第一光纤环形器A2的第二端口输出，从第一光纤环形器A2的第二端口输出的光到达第二个光栅处，返回波长为λ₂的光，波长为λ₂的光通过第二个第二光纤环形器B2的第一端口进入第二光纤环形器B2，从第二光纤环形器B2的第二端口输出后通过第二个准直器到达第二个反射膜，波长为λ₂的光受到第二个反射膜的作用再通过第二个准直器从第二光纤环形器B2的第二端口回到第二光纤环形器B2，从第二光纤环形器B2的第三端口输出，从第二光纤环形器B2的第三端口输出的光通过第二个第三光纤环形器C2的第一端口进入第三光纤环形器C2，从第三光纤环形器C2的第二端口输出后通过单模光纤进入到光路分析仪；

从第一光纤环形器A2第二端口输出的光到达第二个光栅处未被返回的剩余波长的光继续向前传输，依次类推，波长λ₁、λ₂、λ₃、……、λ_n的光均通过单模光纤进入到光路分析仪；光路分析仪通过计算不同波长的光传输的距离，得到各反射膜的位置，由于反射膜的位置点对应刮板输送机上的位置，根据位置点的连线，得到刮板输送机工作面沿运行方向上的直线度。

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