CN111308930A - 连续物料体积测量方法及装置 - Google Patents

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吴彪
张青青
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    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本发明公开了一种连续物料体积测量方法及装置,用于对连续物料的体积进行测量,包括激光雷达、称重传感器、速度传感器、FPGA开发板、计算机。所述激光雷达，用于检测皮带秤是否空载，及有料时所过物料的体积。所述称重传感器，用于检测所过物料的重量，所述速度传感器，用于检测皮带带速，所述FPGA开发板，用于进行人工智能算法计算，所述计算机，用于显示所过瞬时物料的截面。本发明结构合理、使用方便、测量精度高、环境适应性强,便于大规模推广应用。

Description

连续物料体积测量方法及装置
技术领域
本申请涉及皮带秤技术领域，具体涉及一种连续物料体积测量方法及装置。
背景技术
皮带秤自诞生以来，已有一百余年，先后经历了机械式皮带秤，机械电子式皮带秤，电子皮带秤、射线皮带秤、激光皮带秤等几个阶段，经过了百年的开展，皮带秤日趋成熟和稳定，其运用也越来越广泛。随着新技能特别是数字技能和网络技能的不断涌现，电子皮带秤技能也得到了新的开展。
皮带秤称重原理：全悬浮式秤架与非自动平台秤类似，称重平台由4只称重传感器支撑，称重托辊装在平台上。
在现行使用的皮带秤中，重量计量方法基本上可以分为两类，通常采用积分法或累加法来计算瞬时流量和累计重量，以下简述两种不同方法。
(1)积分法
当皮带输送物料时，连续测量称重托辊上代表单位皮带长度上的载重值 q(kg/m)，并将q值与同一时刻的皮带速度值v(m/s)相乘，则所得的乘积等于物料的瞬时流量。
(2)累积法
累积计量法，是以采样时刻称重值和采样时刻皮带速度，估算整个采样周期内的累计量，将累计量对时间微分，可求出瞬时流量。
受限于单片机无法进行复杂的积分运算，所以，采用累加法近似计算瞬时流量值和累计重量值。称重显示控制器将获得的传感器mV级电压信号由A/D转换为无量纲的数字量，即重量内码D。在现行的皮带秤中采取信号简单的相加法来计算总重量内码D，即
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由上式可以看出，任何一路传感器故障所导致的信号缺失、信号异常都会对称量值产生严重影响。
目前主流的皮带秤主要是以下三种：
1、电子皮带秤：称重桥架安装于输送机架上，当物料经过时，托辊检测到皮带机上的物料重量信息通过杠杆作用将信号传到称重传感器，产生一个正比于皮带载荷的电压信号。在皮带秤上有一个称重传感器装在称重桥架上，工作时，会将检测到的皮带上的物料重量送入称重仪表，同时将测速传感器测得的皮带输送机的速度信号也送入称重仪表，仪表将速度信号与称重信号进行积分处理，得到瞬时流量及累计重量。速度传感器直接连在大直径测速滚筒上，提供一系列脉冲，每个脉冲表示一个皮带运动单元，脉冲的频率正比于皮带速度。称重仪表从称重传感器和速度传感器接收信号，通过积分运算得出一个瞬时流量值和累积重量值，并分别显示出来。
电子式皮带秤存在的主要问题如下：
矿用皮带负荷大，环境恶劣，传感器受到的震动剧烈，不适用高精密传感器；其次矿用皮带现场粉尘大，机械传动容易对传感器造成磁化，传感器在使用过程中容易出现磁性漂移，使得校准困难。
最后，矿用皮带测量时，带速与带强均远大于其他应用场合，测量误差普遍在10％以上。皮带校准工作量大，通常每年校准次数均在20次以上。
2、射线式皮带秤：核子皮带秤是利用r射线穿透物料的衰减程度来测量单位荷重的，r射线由射源发出后，经煤炭、皮带和电离室保护外罩衰减后被电离室接受，传递过程中影响射线衰减的因素常会带来测量误差。也存在如下问题。
皮带厚度的自然磨损，电离室表面会累积灰尘，会对射线的穿透厚度产生影响，从而影响测量结果。但这两者的变化都比较缓慢，所以总的影响轻微。
如果皮带跑偏使皮带甚至物料跑到射线覆盖区域之外，会产生较大甚至严重的测量误差。
煤炭的品种、水分变化，会引起质量吸收系数的变化，会产生测量误差，煤炭体积大小变化也会引起射线的多次折射，会使测量精度降低。
射线在皮带平面的宽度总是要大于物料的宽度，但由于物料的界面形状不规则，电离室接受到的射线强度是一部分经物料不规则衰减和一部分未经衰减的平均强度，改变了核子皮带秤的理论函数模型，而且由于在实际应用中的物料宽度和截面形状的不确定，会使核子皮带秤在工作中的实际函数模型也不确定。
在核子皮带秤的函数模型中实际还有一个变量；物料宽度S，而在实际应用中将实物校准时的物料宽度按固定值处理，在工作中物料宽度的变化必然会带来测量误差。
此外核子皮带秤安全性值得深思。通过上述描写可以得知：核子皮带秤运用r射线来进行称量物体，具有核辐射源。虽说有相关的保护措施，但也不是万能的。一旦发生泄露等事故，后果将会很严重。而实际应用中核子皮带秤的误差也高达15％以上，射线也对人体健康存在巨大的潜在风险。
3、激光皮带秤：在80年代后期，随着二极管泵浦固体激光器(DPL)的发展，固体激光器大大提高了效率和重复频率，克服了热效应等缺点，实现了单模稳定运转，高稳频，高功率，高效率和高光束质量，并使器件向小型化发展。正是由于固体激光器本身的这些优点和近几年来固体激光技术在成像方面取得了重大突破,使激光雷达在远程目标跟踪和识别等领域呈现出巨大的发展潜力。本研究利用二维固态激光雷达，在不足两米的皮带输送平面上射出5000～6000光束定向激光，通过激光反射波长，确定二维截面面积，配合速度传感器，准确测量皮带所运煤量。
激光皮带秤仅可输出体积，而无法输出重量，这对原煤中含有矸石的情况十分不利，因为原煤是以重量定价，而非体积。
总体来说，现有技术的物料体积测量方法精度不高，不能满足实际应用的需要，亟待研发一种精度更高的体积测量方。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足,而提供了一种测量精度高、环境适应性强的连续物料体积测量方法。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的：
一种连续物料体积测量系统,用于对连续物料的体积进行测量,包括激光雷达、称重传感器、速度传感器、FPGA开发板、计算机；
所述激光雷达(101),用于检测皮带秤是否空载，及有料时所过物料的体积；
所述称重传感器(102),用于检测所过物料的重量；
所述速度传感器(103),用于检测皮带带速；
所述FPGA开发板(104),用于进行人工智能算法计算；
所述计算机(105)，用于显示所过瞬时物料的截面；
所述FPGA开发板分别通过串口、与激光雷达、称重传感器、速度传感器、计算机相连接。
一种连续物料体积测量方法及装置,用于对连续物料的体积进行测量,包括如下步骤：
A、将所述测量系统移至物料堆一端,系统各单元通电,打开计算机的软件, 确认各单元通信正常；
B、点击计算机软件上的开始按钮,采煤机带动整套设备在轨道上水平移动,激光雷达与称重传感器、速度传感器分别通过串口口将数据传递给FPGA 开发板,所述FPGA开发板对获取的数据进行处理,计算得出三维数据后通过串口传递给计算机,计算机将数据以模型的形式展示；
C、待测量系统行进至轨道另一端,点击计算机软件上的结束扫描按钮, 整个物料扫描结束,计算机关闭各单元通信,存储数据至数据库。
作为优选技术方案,所述FPGA开发板安装沿采煤机铁轨方向铺设,所述激光雷达安装在皮带正上方,所述称重传感器安装在托辊上,所述速度传感器安装在皮带下，所述计算机安装在调度室。所述接口通过有线或者无线网络相连接。
本发明所采用的技术方案具有以下有益效果本发明结构合理、使用方便、测量精度高、环境适应性强,便于大规模推广应用。
附图说明
图1是本发明测量系统结构示意图；
图2是本发明测量系统操作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实例对本发明作进一步的详细描述。然而可以理解的是,下述具体实施方式仅仅是本发明的优选技术方案,而不应该理解为对本发明的限制。
如图1所示,一种连续物料体积测量方法,用于对连续物料的体积进行测量,包括激光雷达(101)、称重传感器(102)、速度传感器(103)、FPGA开发板(104)、计算机(105)；所述FPGA开发板(104)通过串口一(201) 与激光雷达(101)相连接,所述FPGA开发板(104)通过串口二(202)与称重传感器(102)相连接,所述FPGA开发板(104)通过串口三(203) 与速度传感器(103)相连接。所述FPGA开发板(104)通过串口四(204) 与计算机(105)相连接。
所述激光雷达(101)安装在皮带正上方,记录行进绝对位置,并通过串口一传递行进数据给FPGA开发板；
所述称重传感器(102)安装在托辊上,扫描过程中读取物料堆断面二维信息,并将二维信息通过串口二传递给FPGA开发板；
所述速度传感器(103)安装在皮带下，并将速度信息通过串口三传递给FPGA开发板；
所述FPGA开发板(104)安装沿采煤机铁轨方向铺设,用于接收激光雷达、称重传感器、速度传感器的数据,计算处理后形成三维坐标数据并通过串口四传递给计算机；
所述计算机(105)安装调度室,用于监控整个扫描测量过程,将数据以模型的形式展示并存储。
如图2所示,一种连续物料体积测量方法,用于对连续物料的体积进行测量,包括如下步骤：
A、将采煤机开始运行,测量系统各单元通电,打开计算机的软件,确认各单元通信正常；
B、点击计算机软件中的开始按钮,采煤机带动整套设备在轨道上水平移动,激光雷达通过串口一将数据传递给FPGA开发板,所述FPGA开发板对获取的数据进行处理,计算得出三维数据后通过串口四传递给计算机,计算机将数据以模型的形式展示；
C、待测量系统行进至轨道另一端,直至整个物料堆扫描结束,计算机关闭各单元通信,存储数据至数据库。
作为优选技术方案,所述串口一、串口二、串口三、串口四通过有线或者无线网络相连接。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种连续物料体积测量装置,用于对连续物料的体积进行测量,其特征在于,
包括激光雷达(101)、称重传感器(102)、速度传感器(103)、FPGA开发板(104)、计算机(105)；
所述激光雷达(101),用于检测皮带秤是否空载，及有料时所过物料的体积；
所述称重传感器(102),用于检测所过物料的重量；
所述速度传感器(103),用于检测皮带带速；
所述FPGA开发板(104),用于进行人工智能算法计算；
所述计算机(105)，用于显示所过瞬时物料的截面；
所述FPGA开发板分别通过串口、与激光雷达、称重传感器、速度传感器、计算机相连接。
2.一种连续物料体积测量方法，其特征在于，应用权利要求1所述的连续物料体积测量装置，包括如下步骤：
A、将所述测量系统移至物料堆一端,系统各单元通电,打开FPGA开发板的软件,确认各单元通信正常；
B、点击计算机(105)软件上的开始按钮,整套设备在轨道上匀速移动,激光雷达(101)、称重传感器(102)、速度传感器(103)分别通过串口、将数据传递给FPGA开发板(104),所述FPGA开发板(104)对获取的数据进行处理,计算得出三维数据后通过串口口传递给计算机(105),计算机(105)将数据以模型的形式展示；
C、待测量系统行进至轨道另一端,直至整个散料堆扫描结束,计算机(104)关闭各单元通信,存储数据至数据库。
3.根据权利要求2所述的测量方法,其特征在于,所述FPGA开发板安装沿采煤机铁轨方向铺设,所述激光雷达安装在皮带正上方,所述称重传感器安装在托辊上,所述速度传感器安装在皮带下，所述计算机安装在调度室。
4.根据权利要求2或3所述的测量方法,其特征在于,所述串口(201、202、203、204)通过有线或者无线网络相连接。
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