CN114502804B - 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统 - Google Patents

监测磨损组件的状况的装置、方法和系统 Download PDF

Info

Publication number
CN114502804B
CN114502804B CN202080069519.9A CN202080069519A CN114502804B CN 114502804 B CN114502804 B CN 114502804B CN 202080069519 A CN202080069519 A CN 202080069519A CN 114502804 B CN114502804 B CN 114502804B
Authority
CN
China
Prior art keywords
sensor
wear
sensor system
sensor assembly
assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080069519.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114502804A (zh
Inventor
I·H·汉密尔顿
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Core Technology Ltd
Original Assignee
Core Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from AU2019902878A external-priority patent/AU2019902878A0/en
Application filed by Core Technology Ltd filed Critical Core Technology Ltd
Priority to CN202310995619.XA priority Critical patent/CN116876609A/zh
Publication of CN114502804A publication Critical patent/CN114502804A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114502804B publication Critical patent/CN114502804B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/267—Diagnosing or detecting failure of vehicles
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/18—Status alarms
    • G08B21/182—Level alarms, e.g. alarms responsive to variables exceeding a threshold
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00—Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02—Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/26—Indicating devices
    • E02F9/264—Sensors and their calibration for indicating the position of the work tool
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2808—Teeth
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2883—Wear elements for buckets or implements in general
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/125—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by capacitive pick-up
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02F—DREDGING; SOIL-SHIFTING
    • E02F9/00—Component parts of dredgers or soil-shifting machines, not restricted to one of the kinds covered by groups E02F3/00 - E02F7/00
    • E02F9/28—Small metalwork for digging elements, e.g. teeth scraper bits
    • E02F9/2808—Teeth
    • E02F9/2816—Mountings therefor
    • E02F9/2825—Mountings therefor using adapters
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0259—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the response to fault detection
    • G05B23/0283—Predictive maintenance, e.g. involving the monitoring of a system and, based on the monitoring results, taking decisions on the maintenance schedule of the monitored system; Estimating remaining useful life [RUL]
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones

Abstract

监测磨损组件的状况的装置、方法和系统，包括用于监测磨损组件的状况的传感器系统，该传感器系统包括：具有封闭底端的外壳底部；位于外壳底部内侧的至少一个电池；介于至少一个电池与至少一个传感器组件之间的至少一个缓冲元件；位于至少一个传感器组件上方一定距离处的至少一个金属盘形天线；被配置为将金属盘形天线结合到传感器组件的至少一个金属连接器元件；以及适于被装配在至少一个金属盘形天线之上的外壳顶部，其中外壳顶部适于与外壳底部实质连接在一起。

Description

监测磨损组件的状况的装置、方法和系统
技术领域
本发明总体上涉及监测系统，并且更具体地涉及用于确定接合地面的工具组件和工具的状况的监测系统。尽管将特别参考确定采矿或推土机械上的地面接合工具组件的状况来描述本发明，但是应当理解，本发明不一定限于该应用。
背景技术
在操作过程中，所有的推土或挖掘采矿机械在与地面直接接触的机械表面上都会受到严重的冲击和磨损。为避免不得不不断更换或翻新整个机械，推土或挖掘采矿机械(例如，面铲、拉铲、前端装载机和挖掘机)通常装配有可更换的地面接合工具(GET)，该GET旨在吸收对磨损最大的机械部件的这种直接冲击的大部分(通常在推土或挖掘采矿机械的铲斗挖掘边缘处或周围)。这样，机器上的大部分磨损发生在GET上，并且因此只需更换GET即可轻松翻新推土或挖掘采矿机械。
基本有两种类型的GET被用于推土或挖掘采矿机械的铲斗。第一种类型的GET旨在破碎地面，并且通常采用从推土或挖掘采矿机械的挖掘边缘伸出的一系列尖状突起或“齿”的形式。在一些推土或挖掘采矿机械中，齿被直接焊接到铲斗的挖掘边缘上或被铸造为挖掘边缘的一部分。在其他系统中，这些类型的GET被机械附接到铲斗的挖掘边缘，通常通过使用通常称为“适配器”的另一组件。由于这些GET直接负责挖掘和破碎地面，因此它们比挖掘边缘的齿间部分受到更大的冲击(因此，磨损更大)。
通常称为“护罩”的另一种GET保护推土或挖掘采矿机械的齿间的铲斗的挖掘边缘。与适配器和齿一样，护罩被直接焊接或铸造到挖掘边缘上，或以其他方式被机械附接到铲斗唇缘。由于护罩不直接负责挖掘地下，因此它们的磨损比齿少。
在挖掘和推土作业期间，GET硬件(特别是齿)上的磨损组件会逐渐磨损并且需要定期更换，以保持有效的挖掘作业并且保护铲斗(和适配器，如果使用)免受损坏。随着GET磨损组件的磨损，切削刃的穿透减少，挖掘相同数量的材料所需要的能量增加。因此，确定GET磨损组件何时接近其使用寿命并且了解进行更换的最佳时间非常重要。
挖掘机和推土机械通常需要沿着铲斗的底部和侧边缘的多个GET磨损组件。在采矿作业中，“停机时间”可能对企业造成重大开支，因此确定何时(以及多久)检查和更换GET磨损组件非常重要。过早更换GET磨损组件(例如，齿)可能对企业意味着额外费用，因为这些组件的使用寿命没有用尽。然而，太晚更换GET磨损组件会使挖掘机的铲斗(以及铲斗上的适配器)受到损坏。与GET磨损组件不同，挖掘机的铲斗并非设计为常规(即，牺牲)磨损组件，因此维修或更换铲斗的“停机时间”对于连续采矿作业来说可能是重要并且昂贵的。
在其他情况下，在挖掘操作的挖掘和装载循环期间，齿和适配器可能会断裂和脱落，因此会“污染”矿石。GET组件通常由硬化合金钢制成，重达数百公斤，使其成为采矿作业中最严重的杂质金属危害中的一个，特别是在下游加工作业中。它们有可能造成严重的工作场所危害，这可能会因设备损坏、工厂停工和/或矿石浪费而导致重大生产损失。
通常，如果检测到GET组件的破损，则推土或挖掘采矿机械(包括相关联的运输卡车)立即停止生产并且检查挖掘面。如果无法轻易找到丢失的GET组件(或该GET的碎片)，则会从可疑位置移除几勺矿石(在采矿作业的情况下)，并且所有运载矿石的出境运输卡车都将重新安排路线以将它们的负载倾倒在“隔离”储存区。
然而，如果在破损后的相对较短的时间内没有检测到或发现破损的GET组件，则存在更大的风险，即破损的GET或GET碎片可能被输送到非设计为加工这种坚硬的材料的矿石破碎机，如果它试图加工(即，压碎)GET或GET碎片，通常会遭受重大(通常是灾难性的)机械损坏。例如，如果其中一个GET齿从推土或挖掘采矿机械的铲斗中脱落，可能会堵塞破碎机，造成严重损坏，并且使破碎机一次停止服务和运行数小时或数天(取决于机械损坏的程度)。
此外，从破碎机移除卡住的GET齿或损坏的GET碎片的过程是非常危险的过程，如果不正确执行，可能导致人员受伤甚至死亡。不经意间进入破碎机的GET齿或碎片也有可能由于例如破碎机的颚部施加在其上的巨大机械力而以极快的速度被弹射出去，这反过来又对附近的人员和设备构成重大危险。
在GET磨损组件丢失、损坏或完全磨损的情况下继续运行的推土或挖掘采矿机会显著增加机器的其他部件(例如，铲子的铲斗唇缘)破损或加速磨损/损坏的风险，导致昂贵的设备维修和延长停机时间。
磨损的GET磨损组件(即，磨损超过其使用寿命的GET磨损组件)的更换依赖于确定磨损程度和更换时机的有效方法。同样，破碎或分离的GET组件是一个严重的安全问题，再加上能源浪费、生产损失和设备损坏，它们每年都会对全球采矿业造成巨大的运营成本。考虑到直接和间接成本，这个问题对全球采矿业造成的总成本每年可以以数十亿美元来衡量。用于确定磨损组件的状况和更换时间的现有方法主要基于两种方法。应用最广泛的方法是目视确认方法。然而，它是一个极易受到“人为错误”影响的系统，因此不被认为是一种有效的解决方案。
已经在采矿业中用于监测磨损组件状况的另一种方法涉及使用卡尺或框架来检查磨损组件相对于测量工具的磨损程度。该系统并未普遍用于采矿业，因为它特定于所使用的GET磨损组件，并且采矿作业通常在其挖掘机和推土机械车队中使用不同设计的GET。
正是在这种背景下开发了本发明。
在本说明书中，当文件、行为或知识项被提及或讨论时，该引用或讨论并不承认该文件、行为或知识项或其任何组合在优先权日是可公开获取的，为公众所知的，公知常识的一部分；或已知与解决本说明书所涉及的任何问题的尝试相关。
在整个本说明书中，词语“包括(comprise)”或诸如“包括有”或“包含的”等变体将被理解为暗示包括所陈述的元素、整体或步骤、或一组元素、整体或步骤，但是不排除任何其他元素、整体或步骤、或一组元素、整体或步骤。
发明内容
本公开涉及一种用于监测磨损组件的状况的传感器系统，该传感器系统包括：
具有封闭底端的外壳底部；
位于外壳底部内侧的至少一个电池；
介于至少一个电池与至少一个传感器组件之间的至少一个缓冲元件；
位于至少一个传感器组件上方一定距离处的至少一个金属盘形天线；
被配置为将金属盘形天线结合到传感器组件的至少一个金属连接器元件；以及
适于被装配在至少一个金属盘形天线之上的外壳顶部，其中外壳顶部适于与外壳底部实质连接在一起。
外壳顶部或外壳底部中的至少一者可以对射频电磁信号实质是透明的。更优选地，外壳顶部或外壳底部中的至少一者可以由塑料构成。更优选地，外壳顶部或外壳底部中的至少一者可以由聚醚酰亚胺塑料构成。
传感器系统还可以包括在外壳底部的底面上的硅橡胶层。
至少一个电池可以包括锂电池。更优选地，至少一个电池可以包括锂电芯硬币电池，其中锂电芯硬币电池的直径基本符合外壳底部的内径。
至少一个缓冲元件可以由低密度泡沫构成。
至少一个传感器组件可以包括至少一个印刷电路板和至少一个温度传感器。备选地，至少一个传感器组件可以包括至少一个印刷电路板、至少一个温度传感器和至少一个加速度计。备选地，至少一个传感器组件包括至少一个印刷电路板、至少一个温度传感器和至少一个MEMS加速度计。至少一个传感器组件可以包括至少一个磁力计、至少一个电容传感器、至少一个压电麦克风或至少一个MEMS压电麦克风。
至少一个金属盘形天线可以由铜铍合金构成。类似地，至少一个金属连接器元件可以由铜铍合金构成。至少一个金属连接器元件还可以包括至少一个金属盘形天线的一部分的延伸部。
传感器系统还可以包括可操作以从至少一个传感器组件无线地接收传感器数据的远程射频接收器。
在本公开的特别优选的实施例中，传感器系统可以适于被装配到至少一个地面接合工具部分中的至少一个凹部中。至少一个凹部可以被定位成使得凹部靠近至少一个适配器，以在至少一个适配器和至少一个地面接合工具连接时支撑至少一个地面接合工具部分。此外，至少一个凹部可以被定位成使得凹部通向地面接合工具部分的内腔，并且使得凹部基本位于地面接合工具部分的中央。该中央位置是有益的，因为它使得传感器系统能够检测地面接合工具部分的热质量的平均温度指示。至少一个地面接合工具可以是齿、唇罩或侧杆。
本公开还涉及一种地面接合工具状况监测系统，该监测系统包括：
至少一个抗冲击传感器组件，至少包括温度传感器、加速度计、射频天线和电池；
射频接收器，可操作以从至少一个抗冲击传感器组件无线地接收传感器数据；
并且其中射频接收器被配置为量化至少一个地面接合工具部分的磨损程度或磨损速率中的至少一者，射频接收器还被配置为输出地面接合工具状况数据或基于地面接合工具的状况数据的至少一个通知或警报中的至少一项。
射频接收器可以配置有机载计算能力，使得它可以直接量化至少一个地面接合工具部分中的磨损程度或磨损速率中的至少一者。在本公开的备选实施例中，射频接收器可以经由数据网络将传感器数据传送到远程计算设备，以量化至少一个地面接合工具部分中的磨损程度或磨损速率中的至少一者，并且从远程计算设备接收量化的磨损程度或磨损速率。
至少一个抗冲击传感器组件可以包括上述公开的传感器系统。至少一个抗冲击传感器组件可以在-40至+170摄氏度之间的操作温度下起作用。此外，至少一个抗冲击传感器组件可以在至多8g的平均重力下起作用。
本公开还涉及一种地面接合工具状况监测方法，该监测方法包括：
从位于至少一个地面接合工具部分内的至少一个抗冲击传感器接收射频传感器数据的指示，射频传感器数据至少包括温度和加速度计数据；
处理射频传感器数据以计算地面接合工具状况数据，包括以下中的至少一者：计算至少一个地面接合工具部分中的至少一个磨损程度或计算至少一个地面接合工具部分中的至少一个磨损速率；以及
呈现地面接合工具状况数据或基于地面接合工具状况数据的至少一个通知或警报中的至少一项的指示。
本公开还涉及一种地面接合工具状况监测方法，该监测方法包括：
从位于至少一个地面接合工具部分内的至少一个抗冲击传感器接收射频传感器数据的指示，该射频传感器数据至少包括加速度计数据；
处理射频传感器数据以计算地面接合工具状况数据，包括地面接合工具部分的附接的指示；以及
呈现地面接合工具状况数据或基于地面接合工具状况数据的至少一个通知或警报中的至少一者的指示。
可以从上述公开的传感器系统接收射频传感器数据。
至少一个磨损程度可以指示期望磨损状态或不期望磨损状态中的至少一者。此外，至少一个磨损程度可以指示温度上升速率(RoR)，该RoR指示磨损的地面接合工具性能。备选地，至少一个磨损程度可以指示温度下降速率(RoF)和/或温度变化速率(RoC)，其指示磨损的地面接合工具性能。备选地或附加地，至少一个磨损程度可以指示重力上升速率(RoR)，该RoR指示磨损的地面接合工具性能。备选地或附加地，至少一个磨损程度可以指示声学上升速率(RoR)，该RoR指示已磨损地面接合工具性能。
地面接合工具部分的附接指示可以指示地面接合工具部分的附接或分离。
处理射频传感器数据以计算地面接合工具状况数据可以包括：至少部分基于温度数据来确定地面接合工具的温度上升速率、温度下降速率或温度变化速率中的一项或多项。
地面接合工具状况监测方法还可以包括：从位于至少一个地面接合工具部分内的至少一个抗冲击传感器向接收器发送射频传感器数据的指示，射频传感器数据至少包括温度和加速度计数据。
至少一个温度传感器可以能够检测其中嵌入传感器系统的磨损组件的一个或多个热特性的变化。传感器系统的磨损组件的一个或多个热特性可以用于推断其中嵌入传感器系统的磨损组件的磨损程度。传感器系统的磨损组件的一个或多个热特性可以用于推断磨损组件的磨损速率百分比。
传感器系统还可以包括远程射频接收器，其中远程射频接收由传感器检测到的感测参数。
至少一个抗冲击传感器组件可以在至多8g的平均重力下起作用。
至少一个凹部被定位成使得当至少一个适配器和至少一个地面接合工具连接时，凹部靠近至少一个适配器。至少一个凹部优选地位于至少一个地面接合工具部分的对接面内(即，与挖掘机铲斗上的适配器接合的地面接合工具部分的内面)的中央位置。凹部(和至少一个抗冲击传感器)定位在至少一个地面接合工具部分内的中央有利于提供至少一个地面接合工具部分的热质量的平均温度数据。至少一个抗冲击传感器组件还可以在-40至+170摄氏度之间的操作温度下起作用。
本公开还涉及一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括非暂态计算机可读介质，该介质至少包括指令，该指令当在计算机上执行时使得计算机：
从位于至少一个地面接合工具部分内的至少一个抗冲击传感器接收射频传感器数据的指示，射频传感器数据至少包括温度和加速度计数据；
处理射频传感器数据以计算地面接合工具状况数据，包括以下中的至少一者：计算至少一个地面接合工具部分中的至少一个磨损程度或计算至少一个地面接合工具部分中的至少一个磨损速率；以及
呈现地面接合工具状况数据或基于地面接合工具状况数据的至少一个通知或警报的指示。
计算机程序产品还可以包括用于将射频传感器与接收器配对的指令。
呈现通知还可以包括：用于激活听觉警报、触觉警报、视觉警报或机器可检测警报中的一种或多种的指令。
本公开还涉及一种用于检测材料的上升速率特性并且广播上升速率数据的无线传感器系统，该无线传感器系统包括：
外壳底部，具有封闭底端，并且其中封闭底端在金属结构内；
至少一个电池，位于外壳底部内侧；
至少一个缓冲元件，介于至少一个电池与至少一个温度传感器组件之间，其中温度传感器组件检测金属结构的温度数据；
至少一个金属盘形天线，位于至少一个温度传感器组件上方一定距离处；
至少一个弹性金属连接器元件，被配置为将金属盘结合到温度传感器组件，其中至少一个金属连接器元件基本保留传感器到金属盘形天线间隙；以及
外壳顶部，适于被装配在至少一个金属盘形天线之上，其中外壳顶部适于与外壳底部实质连接。
至少一个弹性金属连接器元件可以使金属盘形天线基本返回到原始传感器到金属盘形天线间隙。此外，传感器与金属盘形天线间隙可以是气隙。至少一个弹性金属连接器元件还可以使金属盘形天线基本返回到原始金属盘形天线到外壳间隙。
至少一个缓冲元件可以减小由至少一个温度传感器组件经历的第一冲击力和/或由至少一个电池经历的第二冲击力。
无线传感器系统还可以包括用于接收金属结构的温度数据的远程无线接收器。此外，无线传感器系统还可以包括用于处理所接收的金属结构的温度数据的数据处理器。数据处理器可以至少部分基于所接收的金属结构的温度数据来推断金属结构的磨损程度。
无线传感器系统还可以包括用户可检测警报，其中当所推断的金属结构的磨损程度是不可接受磨损程度时，用户可检测警报被触发。警报可以是听觉警告、听觉警报、触觉警报或视觉警报中的一种或多种。视觉警报是以下中的一种或多种：闪烁的灯、LCD显示器上的显示警报、可穿戴设备上的显示警报、LED显示器上的显示警报、或OLED显示器上的显示警报。此外，警报可以与远程接收器进行电子通信。
无线传感器系统还可以包括用户可检测警报，其中用户可检测警报基于所接收的金属结构的温度数据被触发。另外，无线传感器系统还可以包括机器可检测警报，其中当所推断的金属结构的磨损程度是不可接受磨损程度时，机器可检测警报被触发。机器可检测警报可以是用于解除机械装置的操作的停止指令。
机械装置可以是重型设备装置、挖掘机或推土机中的一种。
无线传感器系统还可以包括库存管理系统，其中库存管理系统维护无线传感器系统的至少一个记录。库存管理系统可操作以通过至少部分基于无线传感器系统库存记录或所推断的金属结构的磨损程度中的任何一项递送至少一个第二无线传感器系统和/或至少一个磨损组件来补充无线传感器系统库存记录的物理库存。至少一个记录可以包含以下中的一项或多项：无线传感器系统与接收器的配对数据的至少一个实例；库存的至少一个实例，其中库存至少包括一个或多个无线传感器系统和/或一个或多个磨损组件的计数；至少一个物理位置，其中至少一个物理位置包括送货地址、路线指令、电子通信地址、电子邮件地址、电话号码和帐单地址中的至少一项。
无线传感器系统的至少一个金属盘可以通过无线传感器系统与金属结构之间的共生RF设计被相互耦合到金属结构。金属结构优选地是地面接合工具(GET)组件，例如齿、唇罩或侧杆。
金属结构可以具有与喇叭天线或碟形天线大致等同的机械轮廓或RF轮廓。
上升速率(RoR)数据可以是温度上升速率数据、温度下降速率数据、温度变化速率数据、重力上升速率数据和声学上升速率数据中的一项或多项。
弹性金属连接器元件的弹性特性可以由弹簧常数表征。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施例。这些实施例仅以说明的方式给出，并且本发明的其他实施例也是可能的。因此，不应将附图的特殊性理解为取代前面描述的一般性。在附图中：
图1是示出根据本公开的代表性实施例的传感器系统的示意图；
图2是根据本公开的代表性实施例的传感器组件的局部视图；
图3是根据本公开的代表性实施例的传感器组件的局部视图，示出了筒形外壳的杯；
图4是在传感器组件被固定到齿之前、用于地面接合工具和传感器组件的齿的横截面侧视图；
图5是在将传感器组件固定到齿之后、图4所示的齿的横截面侧视图；
图6是图5所示的齿和传感器组件的端视图；
图7是前端装载机的前视图，该前端装载机具有安装有多个图4、图5和图6所示类型的齿的铲斗、以及用于读取固定到齿的传感器组件的传感器组件读取器；
图8是其上安装有多个图4、图5和图6所示类型的齿的前端装载机的铲斗的前视图；
图9描绘了安装有固定传感器组件读取器的柱，该读取器扫描拖运卡车的负载，该拖运卡车包括传感器组件固定到其上的齿；
图10是描绘具有第一备选机器安装传感器组件读取站的机器的示意图；
图11是描绘具有第二备选机器安装传感器组件读取站的机器的示意图；
图12是描绘第一备选固定位置传感器组件读取站的示意图；
图13是描绘第二备选固定位置传感器组件读取站的示意图；
图14是示出根据本公开的代表性实施例的地面接合工具状况监测方法的流程图；
图15和图16是描绘由传感器组件在预定时间段内传输的磨损组件的温度上升速率(RoR)数据的曲线图；以及
图17是示出根据本公开的备选实施例的地面接合工具状况监测方法的流程图。
具体实施方式
本公开的代表性实施例总体上涉及监测磨损组件的状况的各种装置、方法和系统，并且更具体地涉及用于检测在例如推土或挖掘采矿机械上使用的地面接合工具组件和工具的状况的监测系统。本公开可以特别地但不一定排他地应用于用于检测来自采矿或推土机械的地面接合工具组件的状况的监测系统。然而，应当理解，本公开不限于该代表性实施例，并且可以在进行类似推土或挖掘作业的其他环境中实现。
根据本公开，对推土或挖掘机械上的GET组件的监测需要感测与GET组件的质量和/或性能有关的数据。然而，由于推土或挖掘机械通常在其中运行的恶劣环境、以及在运行期间影响GET组件的显著力，实际需要保护传感器免受可能损坏或破坏这些传感器的直接或间接影响。需要将传感器定位在屏蔽位置，例如在齿或适配器GET组件的内腔内，因为这种定位提供了保护。然而，由于用于广播感测数据的天线通常被耦合到金属结构，因此难以从这些金属结构内传输感测数据。这种耦合导致金属结构表现为法拉第笼，阻碍了RF传输到远程接收器的传播。
本公开允许通过利用耦合原理将由嵌入金属物体(例如，诸如齿或适配器等GET组件)中的传感器检测到的感测数据广播/传输到远程接收器。耦合或相互耦合是一种射频术语，其指的是不希望的状况，其中与第二天线相邻的第一天线吸收由第二天线广播的能量，从而降低第一天线的性能。本公开中描述的技术允许金属物体(例如，诸如齿或适配器等GET组件)与有源传感器和金属盘形天线结合，以用作用于向远程接收器传输感测数据的一个相互耦合和匹配的天线。
本公开特别讨论了用于递送能够在困难的RF环境中操作的抗冲击传感器系统的系统参数。例如，本公开描述了可以嵌入金属物体(例如，诸如齿或适配器等GET组件)内的非常小的传感器系统，该传感器系统用于检测和广播GET组件(以及与之相关的挖掘机或推土机械)的物理和/或操作特性。当物理特性(例如，磨损)的视觉检测不切实际时，小尺寸、抗冲击性和传输能力特别有用。
图1是示出用于监测GET磨损组件的状况的传感器系统30的示意图。
参考图1，传感器系统30包括多个传感器组件31。每个传感器组件31被安装在采矿或推土机械33的地面接合工具(GET)的相应磨损组件32上，使得传感器组件31被固定到磨损组件32。机器33例如可以是装载机，诸如前端装载机、铲车或挖掘机。取决于机器33实际上是什么类型的采矿或推土设备，组件32例如可以是铲斗或铲子的齿、适配器、保护板或唇缘。传感器系统30能够检测来自机器33的组件32的材料特性(包括例如逐渐磨损或完全损失)。传感器系统30还能够检测/查找/恢复机器33的丢失组件。
根据本公开的代表性实施例，如图2和图3所示，传感器组件31包括保护筒形外壳40(或外壳)。筒形外壳40包括筒形杯41(或外壳顶部)、以及具有封闭底端的圆形盖/端塞42(或外壳底部)，封闭底端用于覆盖筒形杯41的端部处的开口43并且封闭筒形外壳40内的空间。
盖42包括用于搁置在围绕开口43的杯41的边缘45上的外部部分44、以及用于在封闭筒形外壳40内的空间时插入开口43中的内部部分46。当插入开口43中时，盖42的内部部分46与杯41之间的配合优选地是压配合。备选地，盖42的内部部分46和杯41之间的接口可以包括配合螺纹(未示出)和内部斜面(未示出)，以在盖42与杯41之间形成密封。
备选地或附加地，盖42与杯41之间的接口用例如硅酮密封剂等密封剂密封，以防止不希望的材料(例如，灰尘、液体)进入筒形外壳40内的空间中。
筒形外壳40的杯41包括筒形侧壁47，筒形侧壁47在杯41的端部处以及杯41的边缘45处限定开口43。杯41的相对端优选地是封闭的并且包括基座48，侧壁47从基座48延伸。
在本公开的代表性实施例中，杯41和盖42两者均由对射频电磁信号实质透明的塑料材料制成，例如聚醚酰亚胺塑料。合成聚醚酰亚胺聚合物除了对RF的允许性/透明性外，还有很多好处，例如它们的耐用性和制造选择，例如能够使用3D打印设备进行打印。使用具有合适基础材料(如合成聚合物)的3D打印机还可以允许在一个步骤中围绕传感器组件31打印杯41和盖42。当需要额外的防水时，由单个底部和顶部外壳部分制成的统一的外壳或壳可能是有益的。
应当理解，也可以使用具有类似特性(即，对射频电磁信号基本透明)的其他材料，并且这些材料被设想在本公开的范围内。
备选地，代替3D打印杯41和盖42，保护外壳40可以被模制、挤压或机加工/车削以实现相同的整体结构。
在本公开的代表性实施例中，筒形外壳40还可以包括硅橡胶层49，硅橡胶层49被粘附或结合到盖42的底面。硅橡胶层49可以优选地用于在机器33的操作期间缓冲传感器组件31、特别是传感器组件51上的冲击力(例如，通过磨损组件32传递的力)。
传感器组件31还包括位于盖42内部的电池50。如图2所示，电池50不需要被完全容纳在盖42(或外壳底部)内，而仅在盖42的内部部分46的外周内，以便允许内部部分46插入到杯41的开口43中。在本公开的代表性实施例中，如图2所示，电池是锂电芯电池，优选地是锂电芯硬币电池，其直径与盖42(或外壳底部)的内径基本一致。
传感器组件31还包括传感器组件51，传感器组件51包括电路板52，各种电子组件53被安装在该电路板52上。电路板52适于由电池50供电，电池50被连接到电路板52并且也被容纳在筒形外壳40内。电路板52可以包括环氧树脂涂层(未示出)，以用于在操作过程中额外防护灰尘、流体和/或冲击。被安装到电路板52的电子组件53优选地包括温度传感器、加速度计(例如，MEMS加速度计)、磁力计、电容传感器、压电麦克风和/或MEMS压电麦克风。然而，应当理解，根据传感器系统30的具体应用，本公开还设想了这些电子组件53中的一个或多个的各种组合。
传感器组件31还包括金属盘形天线54，金属盘形天线54经由金属连接器元件55连接到传感器组件51的电路板52，并且定位在传感器组件51的电路板52上方预定距离处。金属盘形天线54可以由多种金属材料制成，这些金属材料具有适合用作RF天线的特性。在本公开的代表性实施例中，金属盘形天线54由铜铍合金制成。在本公开的特别优选的实施例中，金属盘形天线54和金属连接器元件55由单片金属材料一体地形成。这样的配置使得金属盘形天线54能够定位(并且弹性地保持)在传感器组件51的电路板52上方的预定距离处，而不需要额外的装置。
传感器组件31还包括缓冲元件56，该缓冲元件56插入电池50与传感器组件51之间。缓冲元件56适于在机器33的操作期间缓冲传感器组件31、特别是传感器组件51上的冲击力。在本公开的代表性实施例中，缓冲元件56可以是低密度泡沫或类似的冲击阻尼/吸收材料。在本公开的特别优选的实施例中，可以使用粘合剂(例如，硅树脂粘合剂或粘合剂)将传感器组件51的电路板52粘合到缓冲元件56上，和/或将缓冲元件56粘合到电池50。然而，应当理解，可以基于系统30的期望冲击性能使用多种类似的粘合剂或结合剂。
应当理解，当筒形外壳40的杯41和盖42接合(例如，经由压配合或其他密封机构)时，电池50、传感器组件51、金属盘形天线54、金属连接器元件55和缓冲元件56都被封装在筒形外壳40内。
在本公开的代表性实施例中，传感器组件31适于被装配到机器33上的磨损组件32中的凹部76中。为用于铲斗或铲子的可更换齿/尖70形式的地面接合工具(GET)或磨损组件32在图5、图6和图7中示出。齿70具有大致锥形轮廓并且包括上侧71、下侧72、前端73和尾端74。用于接纳被固定到铲斗或铲子上的适配器82的突出部的腔75(如图8和图9所示)从尾端74延伸到齿70中。
筒形凹部/孔76在齿70中的腔75的基部77处形成。凹部76可以例如通过将其铸造、钻孔、钻削或铣削到齿70中而在齿70中形成，齿70由金属制成，通常是高强度钢。凹部76的直径略大于筒形外壳40的外径，使得外壳40能够被插入到凹部76中。凹部76的深度使得传感器组件31能够被插入到凹部76中，使得传感器组件31(包括筒形外壳40)不会从凹部76中伸出。
粘合剂(例如，位于凹部76的底部与包括盖44的筒形外壳40的内端之间的硅酮密封剂)将传感器组件31固定到齿70，使得传感器组件31相对于齿70被保持就位。该粘合剂可以是粘附或结合到盖42底面的硅橡胶层49的补充或替代物。将传感器组件31以这种方式插入凹部76有助于保护外壳40，并且将杯41的基部48暴露于凹部76的磨损面/基部77(当齿70与适配器82接合时靠近适配器82)。
将传感器组件31定位在齿70内的中央位置的凹部/孔76内是很重要的，这将在下面更详细地解释。除了提供对传感器组件31的保护，该集中位置有利于检测齿70的热质量的平均温度指示。该温度指示由温度传感器提供，温度传感器是容纳在传感器组件31中的电子元件53中的一个。
根据本公开的代表性实施例，重要的是理解传感器组件31元件之间的空间关系，特别是存在于传感器组件51(尤其是电路板52上的电子组件53)与金属盘形天线54之间的传感器到金属盘形天线间隙58、以及存在于金属盘形天线54与筒形外壳40的杯41之间的金属盘形天线到外壳间隙(未示出)(当杯41和筒形外壳40的盖42接合时)。
传感器组件51的有源RF传输组件53被布置在电路板52“接地平面”上，并且阻抗匹配的组件堆叠和来自金属盘形天线54的所得到的辐射图案被调谐到磨损组件32。在该RF组件中，传感器组件31被调谐到金属结构(即，GET磨损组件32)。通常，这种金属结构将用作“法拉第笼”，尽管天线54到磨损组件32的调谐使得系统30能够利用周围的钢并且使其作为天线运行(即，金属盘形天线54的延伸部)。结果，所组装的GET磨损组件32通过用作更大的天线并且使得从传感器组件51传输的数据能够被远程射频接收器90接收来放大RF信号(由金属盘形天线54生成)。将天线54耦合到磨损组件32的一个关键方面是保留传感器到金属盘形天线间隙58和金属盘形天线到外壳间隙(未示出)。
保持传感器到金属盘形天线间隙58是耦合的重要属性(RF设计术语，指的是不期望状态)，以允许天线54上的金属磨损组件32(例如，GET)具有改为用作该天线54的延伸部并且使得从传感器组件51传输的数据能够被远程射频接收器90接收的普通的“法拉第笼”效应。
如上所述，金属盘形天线54和金属连接器元件55一体形成，使得金属盘形天线54被弹性地保持在传感器组件51的电路板52上方预定距离处，而不需要额外的装置。
在其静止状态或配置中，传感器组件31在向传感器组件31或外壳40施加冲击力之前，金属盘形天线54被弹性地保持在传感器组件51的电路板52上方的预定距离处。这种配置优于固定配置，因为通常与机器33的操作相关的大冲击力可能会导致永久附接的金属盘形天线从传感器组件51偏转或分离，从而导致金属盘形天线例如在电路板52上塌陷并且降低性能。因此，希望金属连接器元件55具有一些弹性特性，从而允许金属盘形天线54在移除“正常使用中”的冲击力时返回到其原始位置。某些环境中的冲击载荷可能是短暂的，以毫秒为单位测量，但在平均重力高达8g的情况下具有显著的量级，但有时甚至更大。
存在于电路板52与金属盘形天线54之间的传感器到金属盘形天线间隙58、以及存在于金属盘形天线54与筒形外壳40的杯41之间的金属盘形天线到外壳间隙(未示出)优选地是气隙。使用气隙或备选地灌封材料是优选的，因为它允许传感器组件31在宽范围的操作温度(例如，-40至+170摄氏度)中良好地操作。类似地，传感器组件51中的传感器和电子组件53应当被选择以确保它们能够在GET磨损组件的常规操作温度范围内操作。
参考图7和图8，前端装载机80形式的采矿/推土机械33包括铲斗81形式的地面接合工具。多个适配器82被安装在铲斗81的底部唇缘83上，并且相应齿70以通常方式被固定到每个适配器82。每个适配器82包括突起84，突起84插入相应齿70的腔75中，使得在每个突起84和齿70的接口处，在突起84与传感器组件31之间有足够的间隙。
一旦嵌入磨损组件32的凹部76内，传感器组件31(特别包括金属盘形天线54)可以被调谐以使用(磨损组件32的)周围金属作为放大器或该天线54的至少一个延伸部。
天线54的优选频率和/或放大范围理想地在超高频(UHF)范围内，尽管应当理解，取决于应用和/或传感器组件31定位在其中的磨损组件32的类型，其他频率和频率范围可以是优选的。
传感器系统30还包括远程射频接收器90，该远程射频接收器90可操作以从传感器组件51无线地接收传感器数据，该传感器数据经由金属盘形天线54传输到远程射频接收器90。在本公开的代表性实施例中，远程射频接收器90被安装在前端装载机80上。远程射频接收器90优选地包括被安装在前端装载机80上的合适位置上的天线(或多个天线，未示出)，例如，前端装载机80的驾驶室92的顶部。天线(未示出)允许远程射频接收器90与传感器组件31通信。特别地，它允许远程射频接收器90检测/读取在远程射频接收器90范围内的传感器组件31。
再次参考附图的图1，远程射频接收器90被连接到Wi-Fi收发器93。远程射频接收器90和收发器93彼此连接，使得它们可以彼此通信。读取器90能够向收发器93传输数据。例如，读取器90能够向收发器93传输读取器90从传感器组件31读取的传感器数据。收发器天线94被连接到收发器93，使得收发器93能够与诸如传感器系统30的Wi-Fi通信网络95等无线通信网络进行通信。收发器93能够向网络95传输由远程射频接收器90传输给收发器93的数据(例如，传感器组件31的传感器数据)。
如果机器33(例如，前端装载机80)包括多个磨损组件32(如图7和图8所示的前端装载机80)，每个磨损组件包括其自己的传感器组件31，则远程射频接收器90读取每个传感器组件31的数据。
以太网交换机96优选地被连接到远程射频接收器90和收发器93。远程射频接收器90和收发器93被连接到交换机96，使得它们能够通过/经由交换机96彼此通信。收发器93和交换机96优选地是采矿通信骨干网的一部分。远程射频接收器90、相关天线(未示出)、收发器93、收发器天线94和开关96用作传感器系统30的机器安装传感器组件读取站97。传感器系统30可以包括多个机器安装传感器组件读取站97。例如，传感器系统30可以包括多个机器安装传感器组件读取站97，每个站97被安装在相应机器33上。
在本公开的备选实施例中，射频接收器90可以配置有机载计算机处理能力(例如，附图中所示的嵌入式个人计算机160)，使得它可以直接处理从传感器组件51无线地接收的经由金属盘形天线54传输给远程射频接收器90的传感器数据。
再次参考图1，传感器系统30还包括一个或多个固定位置传感器读取站100。每个站100包括传感器组件读取器101、Wi-Fi收发器102和天线103。读取器101和收发器102彼此连接，使得它们可以彼此通信。读取器101能够向收发器102传输数据。例如，读取器101能够向收发器102传输读取器101从传感器组件31读取的传感器数据(和材料磨损特性)。天线103被连接到收发器102，使得收发器102能够与网络95通信。收发器102能够向网络95传输由读取器101传输给收发器102的数据(例如，传感器数据和磨损组件32的材料磨损特性)。
固定位置传感器读取站100在图9中示出为被安装到破碎机料斗(未示出)的架空框架(未示出)。站100的读取器101被定位成使其能够扫描诸如拖运卡车106等拖运卡车。特别地，读取器101被定位成使其能够扫描拖运卡车106的托盘107中的负载以确定是否在卡车106将其矿石负载110放入破碎机料斗(未示出)之前、期间和之后，负载中是否存在任何传感器组件31。如果读取器101在卡车106的负载中检测到传感器组件31，则传感器组件31固定到的磨损组件32很可能也在负载中。一旦在负载中检测到传感器组件31，则负载可以被存放在其他地方，或者磨损组件32可以在负载被存放在破碎机(未示出)中之前从负载上移除，以防止破碎机(未示出)所示)被磨损组件32损坏。
图9所示的固定位置传感器读取站100的传感器组件读取器101包括天线108，天线108允许读取器101与传感器组件31通信。具体地，天线108使得读取器101能够检测/读取在读取器101范围内的传感器组件31。
在本公开的备选实施例中，固定位置传感器读取站100的传感器组件读取器101被安装在柱109上。读取器101被定位成使其能够在前端装载机80(或类似的挖掘机)上操作的同时检测传感器组件31的存在/读取传感器组件31。传感器组件31被固定在操作前端装载机80的铲斗81上的齿70上，以使得读取器101能够检测/读取传感器组件31。更具体地，传感器数据(包括磨损组件32的材料磨损特性)的读取可以在前端装载机80操作的同时执行。
再次参考图1，传感器系统30还包括一个或多个手持读取器单元120。每个单元120适于由相应人携带。每个单元120包括传感器组件读取器121、Wi-Fi收发器122和天线123。读取器121和收发器122彼此连接，使得它们可以彼此通信。读取器121能够向收发器122传输数据。例如，读取器121能够将读取器121从传感器组件31读取的传感器数据传输收发器122。天线123被连接到收发器122，使得收发器122能够与网络95通信。收发器122能够向网络95传输由读取器121传输给收发器122的数据(例如，传感器组件31的传感器数据)。
尽管未在附图中描绘，但读取器121包括允许读取器121与传感器组件31通信的一个或多个天线。特别地，读取器121的天线允许读取器检测/读取在读取器21的范围内的传感器组件31。每个传感器组件31具有其自己的唯一传感器组件标识数据(例如，唯一传感器标识号)，使得读取器90、101、121能够标识个体传感器组件31。传感器组件读取站97、100、120用于检测组件32从机器33丢失，或者如果组件32丢失则检测组件32的恢复，传感器组件读取站尝试读取传感器组件31并且获取传感器组件31的传感器组件标识数据。
传感器系统30还包括监测站130，监测站130包括Wi-Fi收发器131、天线132和服务器133。天线132被连接到收发器131，使得收发器131能够经由网络95与其他收发器93、102、122以及因此与读取器90、101、121通信。例如，收发器131能够经由网络95从收发器93、102、122接收传感器数据，并且接收读取器90、101、121从传感器组件31读取的材料磨损特性。收发器131被连接到服务器133，使得它们能够彼此通信。收发器131能够经由网络95向服务器133传输其从收发器93、102、122接收的数据(例如，传感器数据和传感器组件31的材料磨损特性)，使得服务器133随后可以处理数据。
服务器133包括处理器134、存储器135和数据库136。存储在存储器135上的软件在作为中央服务器的服务器133的处理器134上运行。服务器133经由无线网络95与读取器90、101、121通信，并且将所有数据存储在数据库136中。
服务器133能够生成警报消息/发出警报，该警报消息/发出警报可以经由多种不同方法被传送给用户，并且通常是系统或特别是服务器133使用数据通信链路与现有矿山管理软件接口。例如，如果系统30经由服务器133检测到固定有传感器组件31的齿70从机器33上脱落，这将生成警报消息，警报消息然后通过合适的方法(例如，通过无线电)被传送给用户(例如，机器33的操作员)，使得用户或其他人可以采取适当的措施来防止齿70进入破碎机。服务器133可以是独立的物理机器，或者是由矿山运营商提供的用于利用其现有基础设施的虚拟服务器。
已经发现，当嵌入齿70中时，传感器组件31可以在距任何方向50米的距离上被一致地检测/读取。此外，已经发现，当齿70被装配到适配器82，从而将传感器组件31与诸如读取器90、101或121等读取器的任何直接路径屏蔽开时，信号强度由于与磨损组件32的耦合效应而增加。该结果表示，可以检测/读取工作机器33的传感器组件31以主动监测它们的状态(即，当它们被附接到机器33时)。在机器33在采矿坑中操作的同时，可以远程登录传感器系统30并且查看安装在机器33的磨损组件32上的所有传感器组件31。
参考图10，在本公开的备选形式中，机器安装传感器组件读取站97可以包括安装在机器33的驾驶室中的独立的坚固的嵌入式个人计算机160。计算机160经由数据通信链路161连接到传感器组件读取器90，使得计算机160能够与读取器90通信。计算机160以与服务器133类似的方式运行，因为它能够处理由读取器90提供的所有信息/数据。然而，与服务器133不同，计算机160显然位于读取器90的本地。如果读取器90检测到磨损组件32从机器33丢失或磨损组件32磨损超过某个预定安全磨损限值，则计算机160能够经由本地警报器/蜂鸣器向机器33的操作员报警/发出警报。以这种方式，站97能够用作独立的或自包含的监测系统，其不需要与监测站130通信并且因此不一定需要收发器93、天线94和开关96。然而，站97还可以包括收发器93、天线94和开关96，使得读取器90能够经由计算机160与服务器133通信。
该嵌入式计算机选项可以为不具有可靠的Wi-Fi基础设施来传输读取器数据的矿井提供检测系统，或者为可能希望在机器33和骨干服务器133上本地处理警报以提供对多个机器33的全站点监测的矿井提供检测系统。
参考图11，机器安装传感器组件读取站97的另一种备选形式类似于图10所示的站，不同之处在于，它不包括以太网交换机96，并且计算机160被直接连接到收发器，使得计算机160和收发器93能够直接彼此通信。
与图10所示的机器安装传感器组件读取站类似，固定位置传感器组件读取站100可以包括如图12和图13所示的独立的坚固的嵌入式个人计算机170。计算机170经由数据通信链路171被连接到站100的传感器组件读取器101，使得计算机170能够与读取器101通信。站100还可以包括如图12所示的以太网交换机172，其中计算机170被连接到交换机172并且交换机172被连接到站100的收发器102，使得计算机170和收发器02能够经由交换机172彼此通信。备选地，计算机170可以被直接连接到收发器102，如图13所示，使得计算机170和收发器102能够直接彼此通信。
计算机170以与服务器133类似的方式运行，因为它能够处理由读取器101提供的所有信息。如果读取器101检测到丢失的组件32或磨损组件32的磨损超出某个预定安全磨损限值，则计算机170能够经由本地警报蜂鸣器向操作员发出警报。以这种方式，站100能够用作独立的或自包含的检测系统，该系统不需要与监测站130通信并且因此不一定需要收发器102、天线103和开关172(在图12所示的站100的情况)。然而，站100仍然可以包括收发器102、天线103和开关172(在图12所示的站100的情况下)，使得读取器101能够经由计算机170与服务器33通信。
手持式读取器单元120优选地是手持式单元，该手持式单元能够将数据写入传感器组件31的用户存储器，从传感器组件31的用户存储器中读取数据，将传感器组件31的传感器组件状态从非活动(休眠)改变为活动(信标)，反之亦然；和/或定位传感器组件31固定到的丢失组件32。传感器系统30的每个传感器组件31通常从它从生产/制造它的工厂运输到它交付给最终用户/客户的时间是不活动的。当传感器组件31不活动时，它处于休眠状态，使得它不会发出/传输全强度无线电信号。将传感器组件31置于休眠状态允许保存传感器组件的电池，从而最大化传感器组件31的使用寿命。
总之，本文中已经开发和公开了一种地面接合工具状况监测方法和装置。如图14所示，方法200包括：在步骤202，从位于至少一个地面接合工具部分32内的至少一个抗冲击传感器31接收射频传感器数据的指示，射频传感器数据至少包括温度和加速度计数据。
步骤204包括处理射频传感器数据以计算地面接合工具磨损数据，包括以下中的至少一项：计算至少一个地面接合工具部分32中的至少一个磨损程度或计算至少一个地面接合工具部分32中的至少一个磨损速率。至少一个磨损程度指示期望磨损状态或不期望磨损状态中的至少一项。更优选地，至少一个磨损程度指示温度上升速率(RoR)，该RoR指示磨损的地面接合工具(即，磨损组件32)性能。处理射频传感器数据以计算地面接合工具磨损数据的步骤204包括至少部分基于温度数据来确定地面接合工具的上升速率。
在本公开的备选实施例中，处理射频传感器数据以计算地面接合工具磨损数据的步骤204包括基于温度数据和加速度计数据两者来确定地面接合工具的上升速率。
在本公开的代表性实施例中，方法200还包括从位于至少一个地面接合工具部分32内的至少一个抗冲击传感器向接收器90发送射频传感器数据，射频传感器数据至少包括温度和加速度计数据。在确定温度RoR时，传感器组件51的电路板52上的至少一个温度传感器(未示出)能够检测到其中嵌入传感器组件31的磨损组件32的一个或多个热特性的变化。如上所述，将传感器组件31定位在齿70内的中央位置的凹部/孔76内是重要的，因为它使得至少一个温度传感器(未示出)能够获取齿70的热质量的平均温度指示。如本领域技术人员将理解的，在挖掘操作期间，齿70的温度在齿70的不同区域会显著变化。例如，与仅与适配器82接合的齿的区域相比，直接与地球接合的齿70的尖端(未示出)可能具有显著更高的温度(或平均温度)。然而，例如在腔75的基部77处的集中位置是有利的，因为它自然地为齿70的热质量提供平均温度。
磨损组件32的一个或多个热特性用于推断其中嵌入传感器组件31的磨损组件32的磨损程度。此外，磨损组件32的一个或多个热特性用于推断磨损组件32的磨损速率百分比。例如，随着磨损组件32逐渐磨损，该磨损组件32的预期温度RoR(如由传感器组件31的电子组件53内的温度传感器测量的)可预测地增加，从而允许推断磨损组件32的磨损百分比。
另外，加速度计数据优选地与磨损组件32的一个或多个热特性相结合并且用于推断磨损组件32的磨损速率百分比。例如，在本公开的代表性实施例中，加速度计数据用于计算从附接新齿70(具有嵌入式传感器组件31)时起铲斗81的铲动的数目。然后可以通过使用检测到的铲斗铲动数目(有效挖掘循环)作为简单的线性计算来估计齿70的磨损(即，铲斗铲动数目之间的线性关系(至多预期最大值，例如，40,000次铲动)与齿70从0％到100％的磨损直接相关)。
在本公开的特别优选的实施例中，测量温度上升速率(RoR)(和/或温度下降速率或温度变化速率)数据并且应用该温度RoR数据的Δ和向加速度计数据应用加权(取决于所测量的铲动数目或主动挖掘循环)，使得温度RoR的升高会推进线性磨损计算。例如，在磨损速率特别高的25,000次铲动之后齿70磨损达到100％可能是可行的，但这将通过更高的温度RoR(和/或温度下降速率，或温度变化速率)来反映，如反映在温度RoR数据中的。
图15和图16示出了机器33上的磨损组件32内的传感器组件31的温度RoR数据250的示例。图220(在Y轴上示出了上升速率，在X轴上示出了以天为单位的时间轴)指示温度RoR数据的示例和磨损组件32的在41天的时间段内计算的磨损百分比260，尽管可以看出，磨损组件在达到94％磨损之后30天后被更换270。还示出了作为加速度计数据的一部分而记录的磨损组件32的铲动(主动挖掘循环)280的数目(示出了在磨损组件32的更换270处的22,674个铲动循环)。
当RoR与不希望的磨损程度相关时，可以在磨损组件32发生故障之前发出预防性维护警报。备选地，如果使用继续超过指示磨损的地面接合工具性能的磨损程度，则因磨损而揭露的被暴露的传感器组件31可能会被冲击破坏并且停止发射。来自传感器系统的信号的这种停止可以触发警报。备选地，一旦远程射频接收器90接收到RoR，传感器组件31的暴露就可以是触发警报的动力。
步骤206包括呈现地面接合工具磨损数据或基于地面接合工具磨损数据的至少一个通知或警报中的至少一项的指示。在本公开的代表性实施例中，警报与远程接收器90进行电子通信，并且可以包括以下中的一种或多种：听觉警报、视觉警报(例如，闪烁的灯、LCD监测器上的显示警报、可穿戴设备上的显示警报、LED监测器上的显示警报或OLED监测器上的显示警报)、当磨损组件32的推断磨损程度是不可接受磨损程度时(即，当磨损组件32的磨损超过或接近某些预定安全磨损限值，例如磨损组件32的90-100％磨损时)的用户可检测警报和/或机器可检测警报。机器可检测警报还可以包括用于解除机械装置(例如，机器33)的操作或磨损组件32的操作的停止指令。
根据本公开的备选实施例，压电麦克风(未示出)可以与温度RoR结合以推断磨损组件32的磨损并且触发对远程接收器90的警报。随着磨损组件32的磨损发生，钢的减少增加了磨损组件32的声学共振频率。因此，可以从包括在传感器组件51的电子组件53内的压电麦克风(未示出)的合适传感器组件31的声学特性中检测传感器组件31周围的钢质量减少。
如图17所示，方法300包括：在步骤302，从位于至少一个地面接合工具部分32内的至少一个抗冲击传感器31接收射频传感器数据的指示，射频传感器数据至少包括加速度计数据。
步骤304包括处理射频传感器数据以计算地面接合工具状况数据，包括地面接合工具部分32的附接的指示。在本公开的代表性实施例中，方法300还包括从位于至少一个地面接合工具部分32内的至少一个抗冲击传感器31向接收器90发送射频传感器数据，射频传感器数据至少包括加速度计数据。地面接合工具状况数据的计算(具体地，包括地面接合工具部分32的附接的指示)通过以下方式来执行：在远程接收器90处监测是否仍从地面接合工具部分32内的抗冲击传感器31接收到地面接合工具状况数据和/或根据加速度计数据确定地面接合工具部分32(和嵌入式传感器31)是否仍然随着前端装载机80的铲斗81的移动而移动。铲斗81的运动(即，主动挖掘循环)优选地从位于铲斗81上的单独加速度计(未示出)的加速度计数据中获取。
步骤206包括呈现地面接合工具状况数据或基于地面接合工具状况数据的至少一个通知或警报中的至少一项的指示。在本公开的代表性实施例中，警报与远程接收器90进行电子通信，并且可以包括以下中的一种或多种：听觉警报、视觉警报(例如，闪烁的灯、LCD监测器上的显示警报、可穿戴设备上显示的警报、LED监测器上的显示警报或OLED监测器上的显示警报)、用户可检测警报(其中当远程接收器90未能从磨损组件32内的传感器31接收到地面结合工具数据时，用户可检测警报被触发)、和/或当加速度计数据与铲斗81的预期运动不对应时的机器可检测警报(优选地基于来自位于铲斗81上的单独加速度计(未示出)的加速度计数据)。机器可检测警报还可以包括用于解除机械装置(例如，机器33)的操作或磨损组件32的操作的停止指令。
由于本发明可以以多种形式实施而不背离本发明的基本特征，因此应当理解，上述实施例不应当被视为限制本发明，而应当被广义地解释。各种修改、改进和等效布置对于本领域技术人员来说将是很清楚的，并且旨在包括在本发明的精神和范围内。因此，本实施例在所有方面都被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于监测磨损组件的状况的传感器系统，包括：
外壳底部，具有封闭底端；
至少一个电池，位于所述外壳底部内侧；
至少一个缓冲元件，介于所述至少一个电池与至少一个传感器组件之间；
至少一个金属盘形天线，位于所述至少一个传感器组件上方一距离处；
至少一个金属连接器元件，被配置为将所述金属盘形天线结合到所述传感器组件；以及
外壳顶部，适于被装配在所述至少一个金属盘形天线之上，其中所述外壳顶部适于与所述外壳底部实质连接在一起。
2.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述外壳顶部或所述外壳底部中的至少一者对射频电磁信号实质是透明的。
3.根据权利要求2所述的传感器系统，其中所述外壳顶部或所述外壳底部中的至少一者由塑料构成。
4.根据权利要求3所述的传感器系统，其中所述外壳顶部或所述外壳底部中的至少一者由聚醚酰亚胺塑料构成。
5.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括在所述外壳底部的底面上的硅橡胶层。
6.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个电池包括锂电芯电池。
7.根据权利要求6所述的传感器系统，其中所述至少一个电池包括锂电芯硬币电池，其中所述锂电芯硬币电池的直径与所述外壳底部的内径一致。
8.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个缓冲元件由低密度泡沫构成。
9.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个印刷电路板和至少一个温度传感器。
10.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个印刷电路板、至少一个温度传感器和至少一个加速度计。
11.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个印刷电路板、至少一个温度传感器和至少一个MEMS加速度计。
12.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个磁力计。
13.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个电容传感器。
14.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个传感器组件包括至少一个压电麦克风。
15.根据权利要求14所述的传感器系统，其中所述压电麦克风包括MEMS压电麦克风。
16.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述至少一个金属连接器元件包括所述至少一个金属盘形天线的一部分的延伸部。
17.根据权利要求1所述的传感器系统，还包括可操作以从所述至少一个传感器组件无线地接收传感器数据的远程射频接收器。
18.根据权利要求1所述的传感器系统，其中所述传感器系统适于被装配到至少一个地面接合工具部分中的至少一个凹部中。
19.根据权利要求18所述的传感器系统，其中所述至少一个凹部被定位成使得所述凹部靠近至少一个适配器，以用于：在所述至少一个适配器和所述至少一个地面接合工具连接时，支撑所述至少一个地面接合工具部分。
20.根据权利要求18所述的传感器系统，其中所述至少一个凹部被定位成使得所述凹部开放到所述地面接合工具部分的内腔，并且使得所述凹部基本位于所述地面接合工具部分的中央。
CN202080069519.9A 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统 Active CN114502804B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310995619.XA CN116876609A (zh) 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2019902878 2019-08-10
AU2019902878A AU2019902878A0 (en) 2019-08-10 Apparatus, methods, and systems for determining material wear characteristics
AU2019902879 2019-08-10
AU2019902879A AU2019902879A0 (en) 2019-08-10 Apparatus, systems, and method for impact resistant sensors for operations in harsh environments
AU2019903345A AU2019903345A0 (en) 2019-09-10 Real-time Operational Protection and Cost-control for Ground Engaging Tools
AU2019903345 2019-09-10
PCT/AU2020/050825 WO2021026597A1 (en) 2019-08-10 2020-08-09 Apparatus, methods, and systems of monitoring the condition of a wear component

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310995619.XA Division CN116876609A (zh) 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114502804A CN114502804A (zh) 2022-05-13
CN114502804B true CN114502804B (zh) 2023-09-01

Family

ID=74569278

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080069519.9A Active CN114502804B (zh) 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统
CN202310995619.XA Pending CN116876609A (zh) 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310995619.XA Pending CN116876609A (zh) 2019-08-10 2020-08-09 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220275607A1 (zh)
EP (1) EP4010536A4 (zh)
CN (2) CN114502804B (zh)
AU (1) AU2020328464A1 (zh)
BR (1) BR112022002545A2 (zh)
CA (1) CA3150513A1 (zh)
CL (1) CL2022000337A1 (zh)
PE (1) PE20220740A1 (zh)
WO (1) WO2021026597A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CL2021000670A1 (es) * 2021-03-18 2021-10-22 Joel Alexis Tardon Vega Sistema y método de monitoreo para la presencia o ausencia de diente de balde en una tolva de camión y chancador primario
US20230196851A1 (en) * 2021-12-22 2023-06-22 Cnh Industrial Canada, Ltd. Agricultural system and method for monitoring wear rates of agricultural implements

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US712160A (en) * 1902-04-11 1902-10-28 Joseph Volzer Jr Rail-joint.
US3062302A (en) * 1960-05-09 1962-11-06 Shell Oil Co Indicator device for bearing failures in drill bits
US4174014A (en) * 1975-12-29 1979-11-13 Bjorksten Johan A Shock absorbent electric vehicle and batteries
WO2012116408A1 (en) * 2011-03-01 2012-09-07 Encore Automation Pty Ltd Detection system
US9784647B2 (en) * 2014-12-19 2017-10-10 Caterpillar Inc. Wear sensing device having a housing
CN111255009A (zh) * 2015-02-13 2020-06-09 爱斯科集团有限责任公司 地面接合磨耗部件和包括所述地面接合磨耗部件的监控系统
AU2015403425B2 (en) * 2015-07-24 2020-02-27 Metalogenia Research & Technologies S.L. Wear sensor and wear element, and corresponding assembly and use
CN205335378U (zh) * 2016-01-13 2016-06-22 深圳市恒力凯科技有限公司 一种高强度抗压锂聚合物电池
CA3044100A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 Sandvik Intellectual Property Ab Attachment status monitoring of ground engaging tools (get) at heavy machinery
US10371669B2 (en) * 2017-02-02 2019-08-06 Caterpillar Inc. Ultrasonic sensing wear life of ground engaging tools
MX2020004900A (es) * 2017-11-17 2020-08-06 Esco Group Llc Piezas de desgaste para equipos de movimiento de tierras.

Also Published As

Publication number Publication date
US20220275607A1 (en) 2022-09-01
BR112022002545A2 (pt) 2022-05-03
EP4010536A1 (en) 2022-06-15
CN116876609A (zh) 2023-10-13
EP4010536A4 (en) 2023-08-16
CL2022000337A1 (es) 2022-11-25
CN114502804A (zh) 2022-05-13
CA3150513A1 (en) 2021-02-18
WO2021026597A1 (en) 2021-02-18
AU2020328464A1 (en) 2022-03-03
PE20220740A1 (es) 2022-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11851848B2 (en) Monitoring ground-engaging products for earth working equipment
CN114502804B (zh) 监测磨损组件的状况的装置、方法和系统
CN113994053B (zh) 监测土工设备的地面接合产品
US20230349133A1 (en) Monitoring ground-engaging products for earth working equipment
US20220259830A1 (en) Monitoring ground engaging products for earth working equipment
EA044154B1 (ru) Отслеживание изделий, взаимодействующих с грунтом, для оборудования для земляных работ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant