CN117232466B - 相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置，属于精密仪器技术领域。在两个相邻中部槽的理想接触平面构建N个垂直面，N≥1；每个垂直面包括两部分，对应的A部分在中部槽A上，对应的B部分在中部槽B上。在相邻中部槽相对应的Z_N面上，选择若干个点，每个点上安装带有感知单元的固定体和位移体，把Z_N‑A上点的位移体与Z_N‑B上点的位移体进行连接。所采用的连接体为长度弹性可变，且始终保持张紧状态。感知单元感知固定体和位移体的相对位移变化，转换成电信号，传输给计算模块进行数据融合分析。本发明结合中部槽运行特点，进行冗余可靠性设计，实现同时对中部槽在水平面弯曲、在垂直面弯曲实时准确监测。

Description

相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置

技术领域

本发明属于精密仪器技术领域，尤其涉及一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置。

背景技术

近几年随着国内外煤矿智能化采煤技术的发展，在开采过程中，对工作面三机设备的实时工况、姿态进行检测和故障诊断，保证整个工作面设备在最佳状态下运行，相关技术也不断涌现。但现有的测量方法和相关装置存在计算方法复杂、相关设备不易安装，检测误差累积导致精度不高的问题，工作人员无法准确把握三机设备实时动态，无法满足实际工程的要求。

采掘装备全时空感知能力的不足和执行机构的不精准，导致实际的远程操控处于“双盲”状态。采掘装备关键元部件和整体可靠性差，对负载环境条件的适应性，全位姿监测很难实现，传感器精度及可靠性也很难保证，导致自动控制系统稳定运行难度极大，难以在复杂煤层条件下自适应运行。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置，可以进行实时动态监测相邻中部槽水平和垂直方向的弯曲度；采用虚拟平面构建、垂直等效、坐标转换等技术，检测准确，精度高。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法，所述测量方法包括以下步骤：

S101：在两个相邻的中部槽A和中部槽B的理想接触平面构建N个垂直面，分别为Z₁、Z₂直至Z_N，N≥1；

S102：每个所述垂直面由两部分组成，分别为Z_N-A和Z_N-B；Z_N-A在中部槽A上，Z_N-B在中部槽B上；

S103：在所述Z_N-A面上选取M个点，M≥1，为点Z_N-A-1、Z_N-A-2至Z_N-A-M，相邻点间距为L，M个点在同一直线上且与所述理想接触平面的垂直距离相等；在Z_N-B面上选取K个点，M≥K≥1，为点Z_N-B-1、Z_N-B-2至Z_N-B-K，相邻点间距为T，K个点在同一直线上且与所述理想接触平面的垂直距离相等；

在Z₁至Z_N面内，处在不同层的上下多点，至少两点在同一直线上，相邻点间距为R，且这条直线平行于理想接触平面及垂直于中部槽所在平面，俯视方向这条直线上所有点重合；

S104：上述每个点上均安装带有感知单元的固定体和位移体；

把处于同一面Z_N上的Z_N-A上点的位移体与Z_N-B上点的位移体通过连接体进行连接；所采用的连接体为长度弹性可变，且始终保持张紧状态；

S105：利用感知单元感知固定体和位移体的相对位移变化，转换成电信号，传输给计算模块进行数据分析，计算出水平方向和垂直方向的弯曲角。

进一步的，所述S101的两个相邻中部槽的理想接触平面既可指相邻中部槽真实接触面，也可指平行于真实接触面的平面，也可指由外挂装置而形成的平行于真实接触面的平面。

进一步的，所述S102中的垂直面，平行于中部槽放置的平面，逻辑上把中部槽进行分层，分成N+1层。

进一步的，在S103中，所选取的点既可以在中部槽体上，也可在外挂装置上，但应该在对应的层面上。

进一步的，所述N≥2时，在中部槽A或中部槽B上，分布在不同的Z_N上的点，至少有两个点的直线垂直于中部槽所在水平面。

进一步的，所述相邻点间距L满足L*（M-1）小于中部槽的宽度；所述相邻点间距T满足T*（K-1）小于中部槽的宽度。

进一步的，所述相邻点间距R满足R*（N-1）小于中部槽的厚度。

进一步的，在S104中，一个点可以安装多个固定体或位移体。

进一步的，在S104中，既可以点对点连接，也可以多点对一点连接，还可以一点对多点连接。

进一步的，所述S105中按照公式sinα=A/C，cosß=B/C，构建出算法模型，其中α为所测水平方向的弯曲角，ß为所测垂直方向的弯曲角，公式中A为中部槽A上从第一点到第M点距离L*（M-1）；公式中B为中部槽B上从第一层到第N层中点距离R*（N-1）；C为位移体实时测量值。

进一步的，所述连接体采用弹簧、皮筋或硬质伸缩棒。

本发明还提供了用于所述的相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量装置，其包括：固定体、位移体、连接体和防护壳；所述固定体安装在中部槽上，通过联结轴连接所述位移体；所述固定体内安装有感知体；所述位移体之间通过连接体连接。

进一步的：所述固定体包括固定底座、坐标精准测量点、固定螺丝、感知体、固定体轴承、联结轴；所述固定螺丝将固定底座安装到中部槽上；通过固定体轴承和联结轴连接位移体；所述坐标精准测量点设在固定体轴承的轴心线上。

进一步的：所述位移体包括位移体轴承、位移精准刻度盘、连接体固定端和上盖，所述位移精准刻度盘固定在上盖内侧；位移体轴承安装在固定体的联结轴上。

进一步的：所述感知体包括读头和数据采集模块。

进一步的：所述连接体为长度弹性可变，且始终保持张紧状态，两端分别连接在位移体的连接体固定端。

与现有技术相比，本发明的优点及有益效果为：

（1）本发明提供了一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法和测量装置，本发明所述测量装置通过多层垂直分布模式、单层多维链接方法、冗余判断机制等技术，实现动态感知中部槽之间在水平方向和垂直方向的精准弯曲程度。本发明能够解决水平推移、调伪斜和上窜下滑等问题，加速智能矿山建设。

（2）本发明结合相邻中部槽运动特性，采用既能在中部槽内部镶嵌多个测量单元，也可在中部槽外侧外挂测量装置，具有极大的便捷安装性，安装的灵活性保障了现场应用的可行性。本发明采用微位移精准监测、数据同步融合、节拍化通信等技术，本发明比其它检测方法相比，能够实现多层次、多维度数据的融合处理，形成立体实时感知。

（3）本发明设计关键参数采集矩阵、点位的布局及算法等，能够快速精准相邻中部槽弯曲角度及弯曲方向。

（4）本发明可应用于实时动态监测刮板机姿态变化，本发明与其它监测路径相比，能够形成立体实时感知，节拍化通信保障了数据融合，多维微位移算法实现测量精准。

附图说明

图1是本发明实施例提供的相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法的流程图。

图2是本发明实施例提供的相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法的原理图。

图3是本发明实施例提供的相邻中部槽及其理想接触平面结构示意图。

图4是本发明实施例提供的相邻中部槽理想接触平面的垂直面及测点布局结构示意图。

图5是本发明实施例提供的点上安装的固定体和位移体结构示意图。

图6是本发明实施例提供的不同中部槽上点的位移体部分连结示意图。

图中：1、中部槽A；2、中部槽B；3、理想接触平面；4、Z_1-A即第一垂直面在中部槽A上的部分；5、Z_1-B即第一垂直面在中部槽B上的部分；6、Z_2-A即第二垂直面在中部槽A上的部分；7、Z_2-B即第二垂直面在中部槽B上的部分；8、Z_3-A即第三垂直面在中部槽A上的部分；9、Z_3-B即第三垂直面在中部槽B上的部分；10 Z_N-A即第N垂直面在中部槽A上的部分；11、Z_N-B即第N垂直面在中部槽B上的部分；12、点Z_1-A-1；13、点Z_1-B-1；14；点Z_2-A-1、点Z_2-A-2、点Z_2-A-3；15、点Z_2-B-1、点Z_2-B-2；16、点Z_3-A-1、点Z_3-A-2；17、点Z_3-B-1、点Z_3-B-2、点Z_3-B-3；18、点Z_N-A-1、点Z_N-A-2、点Z_N-A-3；19、点Z_N-B-1、点Z_N-B-2；20、固定体；21、固定体轴承；22、联结轴；23、位移精准刻度盘；24、感知体；25、位移体；26、位移体轴承；27、连接体固定端；28、连接体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1~图6所示，本发明提供了一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法，包括以下步骤：

S101：在两个相邻中部槽，中部槽A 1和中部槽B 2的理想接触平面3构建N个垂直面（垂直于理想接触平面3），分别为Z₁、Z₂……Z_N，N≥1；相邻面间距可相同也可不同。

S102：所述的每个垂直面有两部分组成，分别为Z_N-A和Z_N-B；Z_N-A在中部槽A上，Z_N-B在中部槽B上。

Z₁面两部分为Z_1-A即第一垂直面在中部槽A上的部分4、Z_1-B即第一垂直面在中部槽B上的部分5；Z₂面两部分为Z_2-A即第二垂直面在中部槽A上的部分6、Z_2-B即第二垂直面在中部槽B上的部分7；Z₃面两部分为Z_3-A即第三垂直面在中部槽A上的部分8、Z_3-B即第三垂直面在中部槽B上的部分9，……，Z_N面两部分为Z_N-A即第N垂直面在中部槽A上的部分10、Z_N-B即第N垂直面在中部槽B上的部分11。

S103：在Z_1-A4面上选取1个点，为点Z_1-A-112；在Z_1-B5面上选取1个点，为点Z_1-B-113；同理，在Z_2-A6面上选取3个点，为点Z_2-A-1、Z_2-A-2、Z_2-A-314，三个点之间相邻间距为L，三个点在同一直线上且与所述理想接触平面的垂直距离相等；在Z_2-B7面上选取2个点，为点Z_2-B-1、Z_2-B-215，相邻点间距为T，2个点在同一直线上且与理想接触平面的垂直距离相等；在Z_3-A8面上选取2个点，为点Z_3-A-1、Z_3-A-216；在Z_3-B9面上选取3个点，为点Z_3-B-1、Z_3-B-2、Z_3-B-317；在Z_{N- A}10面上选取3个点，为点Z_N-A-1、Z_N-A-2、Z_N-A-318；在Z_N-B11面上选取2个点，为点Z_N-B-1、Z_N-B-219。

所有点Z_1-B-1、Z_2-B-1、Z_3-B-1、……Z_N-B-1在同一竖直直线上，相邻点间距为R，且这条直线平行于所述理想接触平面3及垂直于中部槽所在平面，俯视方向上这条直线上所有点重合；

同理，所有点Z_1-B-K、Z_2-B-K、Z_3-B-K、……Z_N-B-K在同一直线上，点间距为R，且这条直线平行于所述理想接触平面3及垂直于中部槽，俯视方向为所有点重合。

S104：每个点上安装带有感知单元的固定体20和位移体25。

把Z_1-A上点的位移体与Z_1-B上点的位移体进行连接；同理，把Z_2-A上点的位移体与Z_2-B上点的位移体进行连接……把Z_N-A上点的位移体与Z_N-B上点的位移体进行连接。

所采用的连接体28为长度弹性可变，且始终保持张紧状态。

S105：感知单元感知固定体20和位移体25的相对位移变化，转换成电信号，传输给计算模块进行数据融合分析。

按照公式sinα=A/C，cosß=B/C，构建出算法模型测水平方向和垂直方向的弯曲角，其中α为所测水平方向的弯曲角，ß为所测垂直方向的弯曲角，公式中A为中部槽A上从第一点到第M点距离L*（M-1）；公式中B为中部槽B上从第一层到第N层中点距离R*（N-1）；C为位移体实时测量值。所述相邻点间距L满足L*（M-1）小于中部槽的宽度；所述相邻点间距T满足T*（K-1）小于中部槽的宽度。所述相邻点间距R满足R*（N-1）小于中部槽的厚度。

本发明中所述的两个相邻中部槽的理想接触平面既可指相邻中部槽真实接触面，也可指平行于真实接触面的平面，也可指由外挂装置而形成的平行于真实接触面的平面。

本发明中所述的的相邻中部槽理想接触平面的垂直面，实际平行于中部槽放置的平面，逻辑上把中部槽进行分层，分成N+1层。

本发明中所选取的点既可以在中部槽体上，也可在外挂装置上，但应该在对应的层面上。

本发明中所述N层面，如果N≥2，则在中部槽A或中部槽B上，过至少两个点的直线垂直于中部槽，且这些点分布在不同的Z_1-A4、Z_1-B5、Z_2-A6、Z_2-B7、Z_3-A8、Z_3-B9、……Z_N-A10、Z_{N- B}11上。

本发明中，一个点可以安装多个固定体20或位移体25。

本发明中，既可以点对点连接，也可以多点对一点连接，还可以一点对多点连接。

本发明中，连接体28可采用弹簧、皮筋、硬质伸缩棒等长度可变材质。

如图5所示，本实施例提供了一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量装置，包括固定体20、位移体25、连接体28和防护壳；所述固定体20安装在中部槽上，通过联结轴22连接所述位移体25；所述固定体内安装有感知体24；所述位移体之间通过连接体连接。

所述固定体20包括固定底座、坐标精准测量点、固定螺丝、感知体24、固定体轴承21、联结轴22；所述固定螺丝把固定底座安装到中部槽上；通过固定体轴承21和联结轴22连接位移体25；感知体24安装在固定体20上；坐标精准测量点在固定体轴承的轴心线上。

所述位移体25包括位移体轴承26、位移精准刻度盘23、连接体固定端27、上盖，所述位移体轴承26和位移精准刻度盘23固定在所述上盖内侧；位移体轴承26安装在固定体的联结轴22上。

所述感知体24包括读头和数据放大采集模块；与位移精准刻度盘保持微小间隙状态。所述读头采用光栅、容栅等测量器件，所感知数据通过CPU模块、通信模块实现向后台传输。

所述连接体28为长度弹性可变，且始终保持张紧状态，两端非分别处于不同中部槽的位移体的连接体固定端27；防护壳为金属外壳，防砸、防水、防电磁干扰。

使用时一种方式是把测量装置嵌入到中部槽体内；另一种方式是在中部槽两侧外观测量装置，保持台面与中部槽的Z_X面平行。

如图6所示，1维对1维方式，仅完成对水平方向弯曲度测量；2维对1维、1维对2维、多维对多维既能完成水平方向弯曲度测量，也能完成垂直方向弯曲度测量。

本发明提供的一种相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法分为三步骤依次进行：

第一步，采用在中部槽体内嵌入所述测量装置或中部槽外侧悬挂测量装置的方式，从安装层面，创造适合算法的逻辑层和多维布局；

第二步就是同步采集多层和多维的检测点上检测装置实时数据，进行数据融合和算法分析；

第三步就是可靠性与冗余机制，确保在恶劣环境中，刮板中部槽弯曲度在水平方向和垂直方向检测数据可信度。

本发明的实施方式可以通过硬件、机械结构、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用测量体、信号处理和逻辑电路来实现；结构部分可以利用不锈钢、弹簧和伸缩棒相结合来实现；软件部分可以存储在微处理中，由适当的指令执行系统。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用装置可采用微控制器来负责数据的采集和通信。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

Claims (10)

1.相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法，其特征在于，所述测量方法包括以下步骤：

S101：在两个相邻的中部槽A和中部槽B的理想接触平面构建N个垂直面，分别为Z₁、Z₂直至Z_N，N≥1；

S102：每个所述垂直面由两部分组成，分别为Z_N-A和Z_N-B；Z_N-A在中部槽A上，Z_N-B在中部槽B上；

S103：在所述Z_N-A面上选取M个点，M>1，为点Z_N-A-1、Z_N-A-2至Z_N-A-M，相邻点间距为L，M个点在同一直线上且与所述理想接触平面的垂直距离相等；在Z_N-B面上选取K个点，M>K≥1，为点Z_N-B-1、Z_N-B-2至Z_N-B-K，相邻点间距为T，K个点在同一直线上且与所述理想接触平面的垂直距离相等；

在Z₁至Z_N面内，处在不同层的上下多点，至少两点在同一直线上，相邻点间距为R，且这条直线平行于理想接触平面及垂直于中部槽所在平面，俯视方向这条直线上所有点重合；

S104：上述每个点上均安装带有感知单元的固定体和位移体；

把处于同一面Z_N上的Z_N-A上点的位移体与Z_N-B上点的位移体通过连接体进行连接；所采用的连接体为长度弹性可变，且始终保持张紧状态；

S105：利用感知单元感知固定体和位移体的相对位移变化，转换成电信号，传输给计算模块进行数据分析，计算出水平方向和垂直方向的弯曲角。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述相邻点间距L满足L*（M-1）小于中部槽的宽度；所述相邻点间距T满足T*（K-1）小于中部槽的宽度。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述相邻点间距R满足R*（N-1）小于中部槽的厚度。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述S105中按照公式sinα=A/C ，cosß=B/C，构建出算法模型，其中α为所测水平方向的弯曲角，ß为所测垂直方向的弯曲角，公式中A为中部槽A上从第一点到第M点距离L*（M-1）；公式中B为中部槽B上从第一层到第N层中点距离R*（N-1）；C为位移体实时测量值。

5.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，所述连接体采用弹簧、皮筋或硬质伸缩棒。

6.用于权利要求1~5任一项所述的相邻中部槽弯曲度多层次与多维度测量方法的测量装置，其特征在于，其包括：固定体、位移体、连接体和防护壳；所述固定体安装在中部槽上，通过联结轴连接所述位移体；所述固定体内安装有感知体；所述位移体之间通过连接体连接。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：所述固定体包括固定底座、坐标精准测量点、固定螺丝、感知体、固定体轴承、联结轴；所述固定螺丝将固定底座安装到中部槽上；通过固定体轴承和联结轴连接位移体；所述坐标精准测量点设在固定体轴承的轴心线上。

8.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：所述位移体包括位移体轴承、位移精准刻度盘、连接体固定端和上盖，所述位移精准刻度盘固定在上盖内侧；位移体轴承安装在固定体的联结轴上。

9.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：所述感知体包括读头和数据采集模块。

10.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述连接体为长度弹性可变，且始终保持张紧状态，两端分别连接在位移体的连接体固定端。