CN201210676Y - 红外广角通讯采煤机定位发射装置及接收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种在煤矿综采领域机械化长壁工作面中确定采煤机相对工作面中各液压支架位置的红外广角通讯同步积分型采煤机定位系统及定位方法。所述采煤机定位系统包括：红外广角发射装置和接收装置，所述红外广角发射装置与所述接收装置为通讯连接关系。所述定位方法包括步骤：首先通过红外广角发射装置发出信号；其次、各接收装置获取相邻支架上各接收装置在同一时刻检测到的接收信号强度值；最后、根据接收信号强度值进行分析，得到红外广角发射装置相对于接收装置的相对位置，实现对采煤机的定位。本实用新型系统结构简单，运用本实用新型系统在对采煤机进行定位过程中抗干扰性高，定位准确。

Description

红外广角通讯采煤机定位发射装置及接收装置

技术领域

本实用新型涉及一种在煤矿综采领域机械化长壁工作面中确定采煤机相对工作面中各液压支架位置的红外广角通讯同步积分型采煤机定位发射装置及接收装置。

背景技术

目前高产高效矿井大都采用长壁采煤，如何判断采煤机在工作面的位置是实现自动化采煤的必要条件之一。在基于红外的现有采煤机定位技术中，在采煤机上安装红外发射装置，工作面各液压支架上安装接收装置，采煤机在运行过程中定向持续发射脉冲，当与采煤机位置对应的支架上的接收装置接收到脉冲信号时，确定采煤机运行到本支架位置。

当前技术中，由于采煤机上的红外发射装置为定向发射，其采煤机的位置由接收到此脉冲信号的液压支架上的接收装置确定，当液压支架上安装的接收装置由于烟雾、遮挡等外部因素造成无法接收到脉冲信号时，就会造成采煤机位置确定的失败，从而为煤炭生产的安全带来隐患。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的由于采煤机上安装的红外定向发射装置在定向发出脉冲信号时，当液压支架上安装的接收装置由于烟雾、遮挡等外部因素造成无法接收到定向脉冲信号时，会造成采煤机位置定位检测失败，为煤炭生产的安全带来隐患这一技术问题，本实用新型提供了一种红外广角通讯同步积分型采煤机定位发射装置。

为了解决现有技术中存在的由于采煤机上安装的红外定向发射装置在定向发出脉冲信号时，当液压支架上安装的接收装置由于烟雾、遮挡等外部因素造成无法接收到定向脉冲信号时，会造成采煤机位置定位检测失败，为煤炭生产的安全带来隐患这一技术问题，本实用新型还提供了一种与所述红外广角通讯同步积分型采煤机定位发射装置协同工作的接收装置。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案为提供了一种红外广角通讯采煤机定位发射装置，所述发射装置为红外广角发射装置。

根据本实用新型的一优选实施例：所述红外广角发射装置发送的信号包括数字信号部分和模拟信号部分，所述红外广角发射装置包括信号调制部和与所述信号调制部相连接的红外广角发射构件，所述信号调制部将调制后的信号经过所述红外广角发射构件进行对外发射。

根据本实用新型的一优选实施例：所述红外广角发射构件为红外广角发射二极管；所述信号调制部为信号调制电路，调制后发出的信号为38KHz。

根据本实用新型的一优选实施例：所述红外广角发射装置安装在采煤机上。

本实用新型解决现有技术问题所采用的技术方案中还提供了一种红外广角通讯采煤机定位接收装置，所述接收装置为红外接收装置，包括红外接收二极管、电流/电压转换部、交流放大部、数字信号处理部和模拟信号处理部。

根据本实用新型的一优选实施例：所述数字信号处理部包括依次连接的检波部、比较器和微控制单元。

根据本实用新型的一优选实施例：所述比较器为过零点比较器。

根据本实用新型的一优选实施例：所述模拟信号处理部包括依次连接的滤波器、放大电路、绝对值电路、积分部和峰值保持部。

根据本实用新型的一优选实施例：所述滤波器为带通滤波器。

根据本实用新型的一优选实施例：所述红外接收装置等距离安装在采煤支架上

本实用新型中所述红外广角发射装置发射的信号单元中包含数字通讯信号部分和模拟信号部分，通过数字通讯信号部分，使安装有独立微控制单元的各所述接收装置在测量光强的起始时刻上具有同步性。展开说明即在实现的时候，数字信号进入CPU进行处理，当CPU接收到完整的数字信息以后，开始控制积分的开始时间，由于发射装置发射的信号是相同的，这样各个所述微控制单元接收到数字信息的结束时间也是相同的，那么各个所述接收装置开始积分的时间以及积分结束的时间就也是相同的。

本实用新型中所述红外广角发射装置发射的信号单元中包含数字通讯信号部分和模拟信号部分，通过模拟信号部分，可使各红外接收装置在不同位置上对相同的发射信号进行积分检测。

所述各红外接收装置在测量起始时刻、检测信号、积分时间上相同，确保了在同一时刻各所述红外接收装置的测量值只与所述红外接收装置和所述红外广角发射装置的相对位置相关。

各所述红外接收装置通过时刻ID号码值，识别从相邻若干接收装置上获取的测量值的对应测量时刻，确保各所述红外接收装置上得到的是同一时刻不同检测位置上的检测值。

通过对同一时刻不同检测位置上的检测值的运算，获得所述红外广角发射装置相对于所述红外接收装置的位置，当所述红外接收装置上发生遮挡现象时，仍然可以准确的判断出所述红外广角发射装置的位置。

综上所述，本实用新型中所述红外广角发射装置和接收装置结构简单，运用本实用新型技术在对采煤机进行定位过程中抗干扰性高，而且定位准确，有效的解决了当液压支架上安装的接收装置由于烟雾、遮挡等外部因素造成无法接收到定向脉冲信号时，会造成采煤机位置定位检测失败这一技术问题。

附图说明

图1.本实用新型红外广角通讯采煤机定位发射装置及接收装置中红外广角发射装置模块结构示意图；

图2.红外接收装置模块结构示意图；

图3.红外广角发射装置和红外接收装置中关键点波形结构示意图；

图4.采煤机上安装的红外广角发射装置与液压支架上安装的各红外接收装置相对位置关系结构示意图；

图5.红外广角发射装置发送信号单元波形结构示意图；

图6.在无遮挡情况下工作面各红外接收装置光强检测值的分布情况示意图；

图7.在第二红外接收装置发生遮挡时各接收装置光强检测值的分布情况示意图；

图8.在第三红外接收装置发生遮挡时各接收装置光强检测值的分布情况示意图；

图9.在第四红外接收装置发生遮挡时各接收装置光强检测值的分布情况示意图；

图10.发射点位置判断流程图；

图11.当发射区域内有被遮挡检测点时发射点位置判断流程图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

本实用新型红外广角通讯同步积分型采煤定位系统包括：红外广角发射装置100和接收装置200，所述红外广角发射装置100与所述红外接收装置200为通讯连接关系。请参阅图1本实用新型红外广角通讯同步积分型采煤定位系统及定位方法中红外广角发射装置模块结构示意图，如图1所示，所述红外广角发射装置100包括信号调制部101和与所述信号调制部101相连接的红外广角发射二极管102。为了减小杂散光对红外接收装置200中信号的影响，将信号调制成38KHz的一定占空比的信号，通过红外广角发射二极管102将脉冲频率信号以光的形式发射出去。

请参阅图2红外接收装置200模块结构示意图，如图2所示所述红外接收装置200包括红外接收二极管201、电流/电压转换部202、交流放大部203、数字信号处理部204和模拟信号处理部205；其中，所述数字信号处理部204包括检波部206、过零点比较器207和微控制单元208；所述模拟信号处理部205包括带通滤波209、放大电路210、绝对值电路211、积分部212和峰值保持部213。在本实施例中所述积分部212为积分电路，所述峰值保持部213为峰值保持电路。

请参阅图3红外广角发射装置和接收装置中关键点波形结构示意图，如图3所示，所述红外广角发射装置100发射的信号为38KHz调制后的正脉冲信号。所述红外接收二极管201接收光信号并转换成电流信号，所述电流-电压转换部202将电流信号转换成电压信号。受杂散光的影响，所述电流-电压转换后的信号为发射信号与一个直流信号的叠加信号。所述交流放大部203分将电压信号的直流成分滤除并将交流信号进行放大，由于该单元有一定的滤波作用，其输出信号为近似方波信号，分别进入所述数字信号处理部分204和所述模拟信号处理部分205进行处理。

所述数字处理部分中数据通过检波去除输入信号的负信号，输出近似脉冲信号，脉冲宽度与所述红外广角发射装置发出的脉冲信号的脉冲宽度近似相等。所述比较器将输入近似脉冲信号进行整形，输出标准脉冲信号即数字通信信号进入所述微控制单元进行处理。

所述数字信号处理部分204中数据通过检波206去除输入信号的负信号，输出近似脉冲信号，脉冲宽度与所述红外广角发射装置100发出的脉冲信号的脉冲宽度近似相等。所述比较器207将输入近似脉冲信号进行整形，输出标准脉冲信号即数字通信信号进入所述微控制单元208进行处理。

所述模拟处理部分205中信号通过所述带通滤波器209滤除杂散交流信号，输出38KHz正弦信号，其正弦信号的幅值与所述滤波器209输入信号幅值相关，即与所述红外接收装置200接收光强相关。所述带通滤波器209输出正弦信号经放大210和绝对值电路211后，输出为正信号且信号的能量(即积分值)与正弦信号幅值相关。数字处理部分204的微控制单元208输出脉冲信号控制模拟处理部分205的积分部212的开始和结束时间，当所述微控制单元208输出为低电平时，积分部212控制开关断开，开始对积分的输入信号进行积分，当所述微控制单元208输出为高电平时，所述积分部212控制开关闭合，积分环节开始放电。数字处理部分204的微控制单元208输出脉冲信号控制模拟处理部分205的峰值保持部213的开始和结束时间，当所述微控制单元208输出为低电平时，峰值保持部213的控制开关断开，其输出电压跟随输入信号的最大值，当所述微控制单元208输出为高电平时，峰值保持的控制开关闭合，峰值保持环节输出电压开始下降。

采煤机上安装有所述红外广角发射装置100，工作面各液压支架上安装有所述红外接收装置200，所述红外接收装置200在相同规格的各液压支架上的安装位置相同，各所述红外接收装置200等间隔放置，采煤机上安装的所述红外广角发射装置100与各所述红外接收装置200的相对位置如附图4所示。所述红外广角发射装置100中的发射二极管为广角发射红外二极管，其发射区域中的所述第一红外接收装置2001至第五红外接收装置2005均可以收到发射信号，但信号的强度随着所述接收装置200与所述红外广角发射装置100距离的增加而减小，由于所述红外广角发射装置100发射的信号为38KHz调制的脉冲信号，因此附图4中第三红外接收装置2003接收到的信号中脉冲信号成分的幅值最大，其次是第四红外接收装置2004、第二红外接收装置2002、第五红外接收装置2005、第一红外接收装置2001，所述红外广角发射装置100发射区域外的红外接收装置2006、2007、2008接收到的信号将不包含此38KHz脉冲信号成分。

所述红外广角发射装置100以信号单元为单位不停或间歇行进行发送，信号单元波形如附图5所示。一个信号单元包含两个部分，前面部分为数字通讯信号部分，后面部分为模拟信号部分。信号进行38KHz调制，在数字通讯信号部分中，当信号的占空比小于等于25％时表示逻辑0，当信号的占空比大于等于75％时表示逻辑1；在模拟信号部分，所有信号的占空比均为50％。

一个信号单元的数字通讯信号至少包含一个起始字节和一个时刻ID号码字节数据，每发射完一个信号单元，在发送下一个信号单元时对其时刻ID号码值进行更新；一个信号单元的模拟信号的发送时间可根据需要适当延长或缩短。

设定附图4中，同一时刻下第一红外接收装置2001的光强检测值为V1，第二红外接收装置2002的光强检测值为V2，第三红外接收装置2003的光强检测值为V3，第四红外接收装置2004的光强检测值为V4，第五红外接收装置2005的光强检测值为V5，第六红外接收装置2006的光强检测值为V6，同样第N红外接收装置的光强检测值为Vn。

根据所述红外接收装置200是否处于所述红外发射装置区域内以及其距离所述红外发射装置的距离远近，在正常无遮挡情况下，各检测值满足以下关系V3>V4>V2>V5>V1>V6＝V7＝......＝Vn＝0；

附图6示出了在无遮挡情况下工作面各红外接收装置200光强检测值的分布情况示意图。在附图6中横轴为连接所述各红外接收装置200所处工作面的位置，纵轴为所述各红外接收装置200对接收信号的强度测量值，此时V3最大说明所述第三红外接收装置2003距离所述红外广角发射装置100最近，判定所述红外广角发射装置100处于所述第三红外接收装置2003位置处。V1～V3点的测量值近似线性，V3～V6点的测量值亦近似线性关系。

附图7示出了当所述第二红外接收装置2002发生遮挡时各接收装置200光强检测值的分布情况示意图，附图8示出了在所述第三红外接收装置2003发生遮挡时各接收装置200光强检测值的分布情况示意图，附图9示出了在所述第四红外接收装置2004发生遮挡时各接收装置200光强检测值的分布情况示意图。

本实用新型还提供了一种运用红外广角通讯同步积分型采煤定位系统进行采煤机的位置检测的定位方法，该定位方法的流程说明可以参阅图10发射点位置判断流程图。本实用新型所述采煤机的位置检测的定位方法包括步骤：第一步、通过所述红外广角发射装置100发出信号；第二步、各所述红外接收装置200获取相邻支架上各所述接收装置200在同一时刻检测到的接收信号强度值；第三步、根据所述红外接收信号强度值进行分析，得到所述红外广角发射装置100相对于所述红外接收装置200的相对位置，实现对所述采煤机的定位。

其中，所述第一步具体包括子步骤：首先、将发射信号通过所述信号调制部101调制成38KHz的脉冲信号；其次、将所述脉冲信号通过所述红外广角发射二极管102以光的形式进行发射。

所述第二步具体包括子步骤：一、通过所述微控制单元208输出高电平使所述积分部212控制开关和所述峰值保持部213控制开关闭合，使所述模拟处理部分输出信号为0；二、所述红外接收装置200将接收到的所述光信号经电流-电压转换202、交流放大203后的输出信号进入数字处理部分204和模拟处理部分205分别进行处理，当所述红外接收装置200处于所述红外广角发射装置100的发射区域内，则交流放大203后的输出信号为近似方波信号，其信号与发射信号波形相似，保留占空比信息；三、在所述数字处理部204，交流放大输出信号通过所述检波部206和所述比较器207后还原为发射信号进入所述微控制单元208进行处理，在所述模拟处理部分205，所述积分与峰值保持控制开关闭合，其输出模拟信号值为0；四、通过所述微控制单元208对接收到的所述信号单元进行解析，当接收到一个信号单元中完整的数字部分信号后，保存接收到的时刻ID号码值，并将所述模拟处理部205中的所述积分和峰值保持的控制开关断开，使所述模拟处理部205的所述积分和峰值保持环节开始工作，并开始积分定时；五、所述模拟处理部205的所述积分和峰值保持环节开始工作，所述红外接收装置200接收信号为一个信号单元中的模拟信号部分，绝对值电路211输出的正信号经积分和峰值保持得出与接收光强相关的电压信号，输入到所述微控制单元208的模/数转换接口；六、所述微控制单元208积分定时到后，闭合所述积分部212控制开关使积分环节输出模拟信号值下降，峰值保持输出电压值不变，开始进行模/数转换；七、所述微控制单元208进行所述模/数转换完成后，将所述峰值保持部213控制开关闭合，使峰值保持输出电压下降以备下一次接收到信号单元时使用；八、所述微控制单元208将转换完成后的模/数转换值，连同此次信号单元的所述时刻ID号码、代表本机位置的本机号码向相邻支架上安装的所述接收装置200上进行传输；九、各所述红外接收装置200的微控制单元208获取相邻支架上安装的所述红外接收装置200的数据，根据数据中的时刻ID号码获取到同一时刻不同支架接收到的所述红外发射装置发射信号的强度值。

所述第三步中根据所述接收信号强度值进行分析的方法为：一、当红外发射区域内所述红外接收装置200上没有数值为0的检测点时，对红外发射区域内各所述红外接收装置200上接收信号强度值进行比较，所述接收信号强度值最大值点上所述接收装置200对应的位置为发射点位置，即为采煤机位置；二、当所述红外发射区域内当所述红外接收装置200上有数值为0的检测点时，而且在所述检测点的相邻检测点的测量值不为0时，所述检测点为被遮挡检测点，通过在所述红外发射区域内获取到的连续两个未被遮挡检测点数值估算出所述被遮挡检测点上接收信号检测强度值，并对红外发射区域内各所述红外接收装置200上接收信号强度值进行比较，所述接收信号强度值最大值点上所述红外接收装置200对应的位置为发射点位置，即为采煤机位置。

下面以附图9中情况，即当所述第四红外接收装置2004发生遮挡情况下为例，对发射点位置的判断过程进行说明，此时发射装置区域内的各所述红外接收装置200光强检测值满足V3>V2>V5>V1>V4＝V6＝0，判断过程可以参阅图11当发射区域内有被遮挡检测点时发射点位置判断流程图。

具体判断方法流程为：

第一步、检测到发射区域内的所述红外接收装置200中所述第四红外接收装置2004的检测值V4为0，且其相邻的所述第三红外接收装置2003或所述第五红外接收装置2005的检测值V3或V5不为零，判定出所述第四红外接收装置2004发生了遮挡；

第二步：所述第一红外接收装置2001和所述第二红外接收装置2002为两个连续的未被遮挡的红外接收装置200，所述第二红外接收装置2002和所述第三红外接收装置2003也为两个连续的未被遮挡的红外接收装置200，计算所述第二红外接收装置2002的测量值V2和所述第一红外接收装置2001的测量值V1的差值绝对值，或技术所述第二红外接收装置2002的测量值V2和所述第三红外接收装置2003的测量值V3的差值绝对值；

第三步、由于所述第三红外接收装置2003的测量值V3大于所述第五红外接收装置2005的测量值V5，判断出发生遮挡的所述第四红外接收装置2004处于测量值下降区域中；

第四步：使用所述第三红外接收装置2003的测量值V3减去在所述第二步中计算出的差值绝对值，作为所述被遮挡的第四红外接收装置2004的估算测量值V4；

第五步：比较未被遮挡的所述第一红外接收装置2001、所述第二红外接收装置2002、所述第三红外接收装置2003和所述第五红外接收装置2005的测量值V1、V2、V3、V5以及被遮挡的所述第四红外接收装置2004的估算测量值V4，找到最大值为所述第三红外接收装置2003的测量值V3，由此判断出所述红外广角发射装置100处于与所述第三红外接收装置2003的正对位置，实现采煤机的定位。

本实用新型中所述红外广角发射装置100发射的信号单元中包含所述数字信号处理部分204和所述模拟信号处理部分205，通过所述数字信号处理部分204，使安装有独立微控制单元208的各所述接收装置200在测量光强的起始时刻上具有同步性。

本实用新型中所述红外广角发射装置100发射的信号单元中包含所述数字信号处理部分204和所述模拟信号处理部分205，通过所述模拟信号处理部分205，可使各红外接收装置200在不同位置上对相同的发射信号进行积分检测。

所述各红外接收装置200在测量起始时刻、检测信号、积分时间上相同，确保了在同一时刻各所述红外接收装置200的测量值只与所述红外接收装置200和所述红外广角发射装置100的相对位置相关。

各所述红外接收装置200通过时刻ID号码值，识别从相邻若干接收装置200上获取的测量值的对应测量时刻，确保各所述红外接收装置200上得到的是同一时刻不同检测位置上的检测值。

通过对同一时刻不同检测位置上的检测值的运算，获得所述红外广角发射装置100相对于所述红外接收装置200的位置，当所述红外接收装置200上发生遮挡现象时，仍然可以准确的判断出所述红外广角发射装置100的位置。

综上所述，本实用新型装置结构简单，运用本实用新型装置在对采煤机进行定位过程中抗干扰性高，而且定位准确，有效的解决了当液压支架上安装的接收装置由于烟雾、遮挡等外部因素造成无法接收到定向脉冲信号时，会造成采煤机位置定位检测失败这一技术问题。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外广角通讯采煤机定位发射装置，其特征在于：所述发射装置(100)为红外广角发射装置(100)。

2.根据权利要求1所述采煤机定位发射装置，其特征在于：所述红外广角发射装置(100)发送的信号包括数字信号部分和模拟信号部分，所述红外广角发射装置(100)包括信号调制部(101)和与所述信号调制部(101)相连接的红外广角发射构件(102)，所述信号调制部(101)将调制后的信号经过所述红外广角发射构件(102)进行对外发射。

3.根据权利要求2所述采煤机定位发射装置，其特征在于：所述红外广角发射构件(102)为红外广角发射二极管；所述信号调制部(101)为信号调制电路，调制后发出的信号为38KHz。

4.根据权利要求1所述采煤机定位发射装置，其特征在于：所述红外广角发射装置(100)安装在采煤机上。

5.一种红外广角通讯采煤机定位接收装置，其特征在于：所述接收装置(200)为红外接收装置(200)，包括红外接收二极管(201)、电流/电压转换部(202)、交流放大部(203)、数字信号处理部(204)和模拟信号处理部(205)。

6.根据权利要求5所述采煤机定位接收装置，其特征在于：所述数字信号处理部(204)包括依次连接的检波部(206)、比较器(207)和微控制单元(208)。

7.根据权利要求6所述采煤机定位接收装置(200)，其特征在于：所述比较器(207)为过零点比较器。

8.根据权利要求5所述采煤机定位接收装置(200)，其特征在于：所述模拟信号处理部(205)包括依次连接的滤波器(209)、放大电路(210)、绝对值电路(211)、积分部(212)和峰值保持部(213)。

9.根据权利要求8所述采煤机定位接收装置(200)，其特征在于：所述滤波器(209)为带通滤波器。

10.根据权利要求5所述采煤机定位接收装置(200)，其特征在于：所述红外接收装置(200)等距离安装在采煤支架上。

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