CN111397542B - 一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法 - Google Patents

一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法 Download PDF

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Abstract

一种刮板输送机的直线度监测系统与方法，系统包括激光脉冲光源与光耦合器相连，然后经过两路环形器与两路光纤相连，环形器同时与光电探测器相连，最后和高速采集器连接；两路光纤平行安装在刮板输送机上，弱反射光栅对称刻蚀在两路光纤内部；方法为：步骤一、两路光纤平行铺设于刮板机一侧；步骤二、激光脉冲光源产生1个脉冲光，经过两路平行的弱反射光栅反射，高速采集器记录下两路反射信号，通过对两路信号做差，既能消除温度对光栅的影响，又能得到刮板机的形变方向和大小。本发明实现的刮板输送机的直线度测量系统与方法，简单、高效、精确，具有抗干扰能力强，成本低，原理清晰等突出优点。

Description

一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法
技术领域
本发明涉及一种综采工作面直线度监测系统与方法，尤其涉及一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法。
背景技术
刮板输送机作为煤炭开采工作面的关键设备，既为采煤机提供运行轨道，又是煤炭的运输通道，同时与多台液压支架通过推移千斤顶相连接，是工作面直线度和顺利推进的保障，实际工作中，煤矿工人需要依次控制推移千斤顶实现工作面的调直。然而，大规模综采工作面全长数百米，上百个液压支架，人工调直不仅效率低而且准确性差，严重制约着煤炭资源的安全高效开采。近年来，国内外出现了多种自动调直技术，然而，受到刮板输送机直线度测量精度的影响，实际应用中存在精度低，效率低且成本高的问题。
公开号:CN108033203B,名称为“综放工作面后部刮板输送机直线度确定装置、拉移系统”的中国发明专利，公开了一种利用图像识别方式实现刮板输送机直线度测量的方法。该系统安装复杂且成本高，需要多个高清摄像头，并且由于井下光线弱的问题，煤尘大等，图像数据传输及识别技术难度大，计算时间长，难以满足生产过程实施控制的需要。
公开号:CN108957405A，名称为“一种采煤工作面刮板输送机直线度的检测方法”的中国发明专利，公开了一种利用捷联惯导和超声波定位系统相结合的刮板机直线度检测方法。该方法在实际应用中受到捷联惯导成本高与超声波测量精度低的影响。
公开号:CN109341593A，名称“一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法”的中国发明专利，公开了一种利用光纤传感技术监测刮板输送机直线度的方法。该方法在实际应用中，需要根据传感光纤的直线度与刮板输送机直线度之间存在的映射关系，需要进行积分演算出刮板输送机的直线度。在实际应用中，由于光纤传感器受到温度影响产生应变，积分误差大，不能获得准确的映射关系。
方新秋等在文章“基于光纤光栅的刮板输送机直线度感知关键技术研究”中提出了基于强反射光栅的刮板输送机直线度感知技术。该方法测量准确度高，成本低，然而，强反射光纤光栅每个节点占用一个波长，受到光纤光栅波长解调仪精度及光源带宽的限制，一根光纤上最多只能放置40个光栅，难以满足几百米长工作面对直线度测量的要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测系统与方法，该系统具有设备简单，成本低，抗干扰能力强等优点，特别适用于综采工作面等极端工作环境。该方法能够直接、便捷、准确的实现刮板输送机的直线度监测。
本发明提供的一种基于弱反射光栅的刮板输送机的直线度监测系统，包括：激光脉冲光源，弱反射光纤光栅和高速采集器三部分。首先，激光脉冲光源与分光比为50:50的1分2光耦合器相连，光耦合器的两路输出分别与环形器1的1端口和环形器2的1端口相连，然后，环形器1的2端口与光纤1相连，环形器1的3端口与光电探测器1相连，环形器2的2端口与光纤2相连，环形器2的3端口与光电探测器2相连，最后，光电探测器1和光电探测器2与高速采集器相连。光纤1和光纤2平行安装在刮板输送机一侧，构成一组差分式弱反射光纤，间距1厘米，弱反射光栅节点对称刻蚀在光纤1和光纤2的内部，对称的两个差分节点组成一对差分信号，相邻两节点的间距不大于0.5米，即300米长工作面上光栅节点不少于600个，光纤外部包裹矩形橡胶管，为保证两个正交方向的测量，一条橡胶管管中布置两组相互垂直的差分式弱反射光纤，共四条光纤，实现刮板输送机水平和竖直方向的形变测量。
本发明提供的一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测方法，其方法如下所述。
步骤一、激光脉冲光源每秒钟产生一个光源，经过分光器变成两路等幅光源分别送入环形器1和环形器2，进而实现两路光源信号同步送入光纤1和光纤2，当光源信号每遇到一个弱反射光线节点，产生一个反射信号经过环形器的3端口进入光电探测器，最终通过高速采集器接收反射信号，光纤3和4与之步骤相同。
步骤二、每一个弱反射光纤节点反射一个信号，光纤1的反射信号依次为FBG#1、FBG#2、……、FBG#n,光纤2的反射信号依次为FBG#1'、FBG#2'、……、FBG#n'，分别用光纤1的信号减去光纤2的信号，即得到FBG#1-FBG#1'、FBG#2-FBG#2'、……、FBG#n-FBG#n'等n组差值，差值的幅值代表该节点处刮板输送机的形变大小，差值的极性代表形变方向，因此光纤1和光纤2实现了刮板输送机水平方向形变的测量，光纤3和光纤4实现了刮板输送机竖直方向的测量。
有益效果
本发明与现有基于高精度惯导技术的直线度测量技术相比，具有成本低、设备结构简单及抗干扰能力强的优点，与基于强反射光纤直线度测量技术相比，能够满足长工作面直线度监测，该系统特别适用于综采工作面等极端工作环境。
附图说明
图1为本发明所述弱反射光栅测量刮板输送机直线度的系统示意图。
图2为本发明所述光纤安装示意图。
图3为本发明所述差分式弱反射光栅直线度测量信号图。
具体实施方式
请参阅图1、图2和图3所示：
图1是本发明所述弱反射光栅测量刮板输送机直线度的系统示意图。首先，激光脉冲光源与分光比为50:50的1分2光耦合器相连，光耦合器的两路输出分别与环形器1的1端口和环形器2的1端口相连，然后，环形器1的2端口与光纤1相连，环形器1的3端口与光电探测器1相连，环形器2的2端口与光纤2相连，环形器2的3端口与光电探测器2相连，最后，光电探测器1和光电探测器2与高速采集器相连。光纤1和光纤2平行安装在刮板输送机一侧，构成一组差分式弱反射光纤，间距1厘米，弱反射光栅节点对称刻蚀在光纤1和光纤2的内部，对称的两个差分节点组成一对差分信号，相邻两节点的间距不大于0.5米，即300米长工作面上光栅节点不少于600个。
图2是本发明一个实施例中光纤的布置方案，光纤外部包裹矩形橡胶管，为保证两个正交方向的测量，矩形橡胶管中布置四个光纤，相对的两根一组，平行布置，光纤1和2测量水平形变，光纤3和4测量竖直形变。
图3是本发明一个实施例中光纤1和2测量水平方向形变的信号原理图，环形器1和2是两路相同的光源，分别经过光纤1和2的光栅（FBG）节点，经过FBG节点的透射光作为下一个节点的源信号，反射回来的信号被高速采集卡接收，包含了该节点处的形变信息。当光纤1和2水平方向无形变，经过光纤1中光栅节点FBG#1-FBG#n反射回来的信号与经过光纤2中光栅节点FBG#1'-FBG#n'反射回来的信号相同，两者之间的差值为零，代表刮板输送机呈现直线状态，水平方向无形变。当两者之间的差值不为零时，表示刮板输送机水平方向有形变，差值的正负代表形变方向，绝对值的大小对应着形变大小。该方法不存在积分误差，各节点的信号差直接反应该处的形变大小，该方法为刮板输送机的直线度测量及采煤机工作面自动控制提供了新的思路和方法。

Claims (2)

1.一种基于弱反射光栅的刮板输送机的直线度监测系统，其特征在于：
首先，激光脉冲光源与分光比为50:50的1分2光耦合器相连，光耦合器的两路输出分别与环形器1的1端口和环形器2的1端口相连，然后，环形器1的2端口与光纤1相连，环形器1的3端口与光电探测器1相连，环形器2的2端口与光纤2相连，环形器2的3端口与光电探测器2相连，最后，光电探测器1和光电探测器2与高速采集器相连；
所述的光纤1和光纤2平行安装在刮板输送机一侧，构成一组差分式弱反射光纤，间距1厘米，弱反射光栅节点对称刻蚀在光纤1和光纤2的内部，对称的两个差分节点组成一对差分信号，相邻两节点的间距不大于0.5米，即300米长工作面上光栅节点不少于600个，光纤外部包裹矩形橡胶管，为保证两个正交方向的测量，一条橡胶管管中布置两组相互垂直的差分式弱反射光纤，共四条光纤，实现刮板输送机水平和竖直方向的形变测量。
2.一种基于弱反射光栅的刮板输送机直线度监测方法，其特征在于：
步骤一、激光脉冲光源每秒钟产生一个光源，经过1分2光耦合器变成两路等幅光源分别送入环形器1和环形器2，进而实现两路光源信号同步送入光纤1和光纤2，当光源信号每遇到一个弱反射光线节点，产生一个反射信号经过环形器的3端口进入光电探测器，最终通过高速采集器接收反射信号，光纤3和光纤4与之步骤相同；
其中，所述光纤1和所述光纤2平行安装在刮板输送机一侧，构成一组差分式弱反射光纤，间距1厘米，弱反射光栅节点对称刻蚀在所述光纤1和所述光纤2的内部，对称的两个差分节点组成一对差分信号，相邻两节点的间距不大于0.5米，光纤外部包裹矩形橡胶管，一条所述橡胶管管中布置两组相互垂直的差分式弱反射光纤，共四条光纤；
步骤二、每一个弱反射光纤节点反射一个信号，光纤1的反射信号依次为FBG#1、FBG#2、……、FBG#n,光纤2的反射信号依次为FBG#1'、FBG#2'、……、FBG#n'，分别用光纤1的信号减去光纤2的信号，即得到FBG#1-FBG#1'、FBG#2-FBG#2'、……、FBG#n-FBG#n'，n组差值信号，差值的幅值代表该节点处刮板输送机的形变大小，差值的极性代表形变方向，因此光纤1和光纤2实现了刮板输送机水平方向形变的测量，光纤3和光纤4实现了刮板输送机竖直方向的测量。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111232557B (zh) * 2020-01-09 2020-11-24 中国矿业大学 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
CN111811438A (zh) * 2020-07-14 2020-10-23 山东科技大学 一种综采工作面水平控制系统及方法
CN113104529B (zh) * 2021-03-29 2022-12-20 中煤科工开采研究院有限公司 光纤传感器装置和刮板输送机
CN115680659B (zh) * 2023-01-03 2023-04-04 太原向明智控科技有限公司 一种基于激光检测的煤矿综采工作面调直方法与系统

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61153510A (ja) * 1984-12-26 1986-07-12 Nec Corp 加工精度測定方法
CN1335485A (zh) * 2001-07-26 2002-02-13 华中科技大学 一种环光棚法空间直线度测量装置
CN101650158A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 天津市天坤光电技术有限公司 一种用于测量直线位移的差分平面反射镜激光干涉系统
CN102927932A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 上海理工大学 基于复合微进给轴驱动的超长工件直线度检测装置
CN202974203U (zh) * 2012-11-14 2013-06-05 广东汉唐量子光电科技有限公司 一种用于测量物体表面形貌的系统
CN103547883A (zh) * 2011-05-20 2014-01-29 加泰罗尼亚理工大学 用于非接触测量表面的方法和设备
CN103994785A (zh) * 2014-05-29 2014-08-20 武汉理工大学 一种基于弱光纤光栅阵列的传感监测装置和传感方法
CN105181111A (zh) * 2015-09-21 2015-12-23 电子科技大学 一种超弱光纤光栅阵列同φ-otdr相结合的光纤振动传感系统
CN105698831A (zh) * 2016-01-26 2016-06-22 武汉理工大学 双芯光纤光栅阵列传感网络及分布式传感信息获取方法
CN106017366A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种直线度综合检测装置
CN106986142A (zh) * 2017-01-23 2017-07-28 中国矿业大学 基于拉压力传感器综采面刮板输送机自动调直装置及方法
CN207585756U (zh) * 2017-12-05 2018-07-06 广西师范大学 一种基于弱反射光栅的振动测量装置
CN208458667U (zh) * 2018-06-15 2019-02-01 厦门万久科技股份有限公司 一种关节式可伸缩球杆仪
CN109341593A (zh) * 2018-08-17 2019-02-15 中国矿业大学 一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法
CN109425304A (zh) * 2017-09-02 2019-03-05 湖南北斗星空自动化科技有限公司 一种利用光栅式位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法
CN109883362A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 华侨大学 一种基于光栅干涉原理的直线度测量系统
CN110361037A (zh) * 2019-07-01 2019-10-22 武汉理工大学 基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统与寻峰方法
US10514250B2 (en) * 2016-06-23 2019-12-24 University Of Utah Research Foundation Interferometry system and associated methods

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9490182B2 (en) * 2013-12-23 2016-11-08 Kla-Tencor Corporation Measurement of multiple patterning parameters

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61153510A (ja) * 1984-12-26 1986-07-12 Nec Corp 加工精度測定方法
CN1335485A (zh) * 2001-07-26 2002-02-13 华中科技大学 一种环光棚法空间直线度测量装置
CN101650158A (zh) * 2008-08-15 2010-02-17 天津市天坤光电技术有限公司 一种用于测量直线位移的差分平面反射镜激光干涉系统
CN103547883A (zh) * 2011-05-20 2014-01-29 加泰罗尼亚理工大学 用于非接触测量表面的方法和设备
CN102927932A (zh) * 2012-10-31 2013-02-13 上海理工大学 基于复合微进给轴驱动的超长工件直线度检测装置
CN202974203U (zh) * 2012-11-14 2013-06-05 广东汉唐量子光电科技有限公司 一种用于测量物体表面形貌的系统
CN103994785A (zh) * 2014-05-29 2014-08-20 武汉理工大学 一种基于弱光纤光栅阵列的传感监测装置和传感方法
CN105181111A (zh) * 2015-09-21 2015-12-23 电子科技大学 一种超弱光纤光栅阵列同φ-otdr相结合的光纤振动传感系统
CN105698831A (zh) * 2016-01-26 2016-06-22 武汉理工大学 双芯光纤光栅阵列传感网络及分布式传感信息获取方法
US10514250B2 (en) * 2016-06-23 2019-12-24 University Of Utah Research Foundation Interferometry system and associated methods
CN106017366A (zh) * 2016-07-22 2016-10-12 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 一种直线度综合检测装置
CN106986142A (zh) * 2017-01-23 2017-07-28 中国矿业大学 基于拉压力传感器综采面刮板输送机自动调直装置及方法
CN109425304A (zh) * 2017-09-02 2019-03-05 湖南北斗星空自动化科技有限公司 一种利用光栅式位移测距原理检测轨道板翘曲度的方法
CN207585756U (zh) * 2017-12-05 2018-07-06 广西师范大学 一种基于弱反射光栅的振动测量装置
CN208458667U (zh) * 2018-06-15 2019-02-01 厦门万久科技股份有限公司 一种关节式可伸缩球杆仪
CN109341593A (zh) * 2018-08-17 2019-02-15 中国矿业大学 一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法
CN109883362A (zh) * 2019-03-11 2019-06-14 华侨大学 一种基于光栅干涉原理的直线度测量系统
CN110361037A (zh) * 2019-07-01 2019-10-22 武汉理工大学 基于弱光栅阵列分布式传感预处理系统与寻峰方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Utility of an optically-based, micromechanical system for printing collagen fibers;Jeffrey A. Paten 等;《Biomaterials》;20130415;2577-2587 *
光学低相干反射技术在FBG检测中的应用研究;孙杰;《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》;20160615;I140-82 *
基于光纤光栅的刮板输送机直线度感知关键技术研究;方新秋 等;《煤炭科学技术》;20190131;第47卷(第1期);152-158 *
基于航位推测的刮板输送机形态检测研究;王超 等;《煤炭学报》;20170831;第42卷(第8期);2173-2180 *

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Publication number Publication date
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