CN211824713U - 矿井提升容器纵向振动在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型专利公开一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置。该装置包括信号采集部分、信号转换发送部分、信号接收显示部分和电源部分；所述信号采集部分包括加速度传感器和采集电路；所述信号转换发送部分包括AD转换电路、下位机、下位机无线发射电路、中继点无线接收电路、中继点、中继点无线发射电路；所述信号接收显示部分包括接收端无线接收电路、接收端和上位机。所述电源部分包括使用可充电式电池组的电源。本装置能够克服传统监测方式费时费力、精度与效率低的缺点，具有体积小，能耗低，精度高的优点，并且适应矿井中复杂恶劣、强干扰的环境，能够实现煤矿生产的复杂工业环境下提升容器纵向振动参数的实时在线监测。
Description
技术领域
本实用新型属于矿用机电设备状态监测与故障诊断技术领域，具体是一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置。
背景技术
矿井提升机是煤炭生产中重要的大型机电液一体化生产装备，是联系井下与地面的唯一通道，担负着提升煤炭、矸石，下放材料及升降人员、设备的任务。在主井煤炭和副井生产人员与设备的运输过程中，提升机是唯一的运输工具。因此竖井提升系统被称为煤矿生产的“咽喉”，而提升容器更是提升系统中的关键设备。提升机的运行状态直接关系到煤炭的生产安全，甚至煤矿员工的生命安全，一旦发生故障，将造成巨大的经济损失及恶劣的社会影响。
在提升机实际工作过程中，由于罐道耦合激励、井道气流扰动等因素会引起提升容器的纵向振动，进而引发提升载荷的剧烈波动，易加速提升设备的疲劳与破损，增加发生系统故障的概率，极易引发安全生产事故。矿井提升机作为煤矿生产中重要的大型机械设备，承担着沟通上下，运输物资的重任，需要安全稳定的工作运行，所以实际生产中对于提升系统进行监测和安全评估的需要应运而生。
传统的提升系统检测方法与安全防范措施主要依靠人工定时巡检，费时费力，效率低，不确定性大。同时其他的一些老旧直接检测法应用场景有限，精度低，甚至会影响到正常的工作过程，而且无法保证监测的精确性与实时性。因此我们需要一种能够针对提升容器的振动进行高精度实时在线监测的系统或装置，以保证提升机运行的安全性。
发明内容
针对上述存在的问题和技术中的不足，本发明提供一种提升容器纵向振动在线监测装置。该装置能够克服传统监测方式费时费力、精度与效率低的缺点；具有体积小，能耗低，精度高的优点，并且适应矿井中复杂恶劣、强干扰的环境，能够实现对煤矿生产的复杂工业环境下提升容器纵向振动参数的实时在线监测。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：该装置包括信号采集部分、信号转换发送部分、信号接收显示部分和电源。
所述信号采集部分包括用于测量振动参数的加速度传感器和用于信号转换的采集电路；所述信号转换发送部分包括：所述AD转换电路将模拟信号转换为数字信号；所述下位机的输入端口连接AD转换电路，输出端口连接用于无线数据传输的下位机无线发射电路；所述中继点作用为信号的中继，输入端口连接无线接收电路而输出端口连接中继点无线发射电路。
所述信号接收显示部分包括接收端无线接收电路、接收端和上位机。所述接收端的输入端口连接接收端无线接收电路，输出端口通过串口通信电路与上位机相连接。
所述电源包括可充电式电池组和稳压器。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述加速度传感器为电压型压电式加速度传感器CA-YD159。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述的采集电路包括反向加法电路和反向比例电路，采用高精度运算放大器OP17。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述的AD转换电路包括AD转换芯片ADS7812。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述下位机、中继点包括ARM的STM32C8T6型嵌入式微处理器。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述下位机无线发射电路、中继点无线接收电路、中继点无线发射电路和接收端无线接收电路包含NRF24L01P型工业数传模块和高增益定向天线；所述NRF24L01P型工业数传模块使用无线数传技术，通讯频率为2.4GHz，并使用SPI接口与嵌入式微处理器连接；所述高增益定向天线，用于增强信号强度和信号传输距离。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述接收端包括STM32C8T6型嵌入式微处理器和MAX3232ESE 电平转换芯片；所述MAX3232ESE芯片将TTL电平转换为RS232电平，与上位机进行串口通信。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述电源包括磷酸铁锂电池组、78L15三端稳压器、78L05三端稳压器和RT9193低压差线性稳压器；所述磷酸铁锂电池串联成组为装置供电；所述78L15三端稳压器提供±15V的稳压电源端；所述78L05三端稳压器提供 +5V的稳压电源端；所述RT9193低压差线性稳压器提供+3.3V电源端。
进一步的，根据本实用新型所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述采集电路、AD转换电路、下位机、下位机无线发射电路和电源安装于防爆箱内，防爆箱固定于提升容器顶部。
本实用新型具有的优势是：该装置能够克服传统监测方式应用场景有限，费时费力、精度与效率低，甚至会影响到正常的工作过程，无法保证监测的精确性与实时性的缺点；该装置具有体积小，能耗低，精度高的优点，并且适应矿井中复杂恶劣、强干扰的环境；该装置采用无线数据传输的方式，将监测数据上传至上位机所在的监控室，实现对提升容器纵向振动参数的远程监测，避免工作人员进行现场数据采集，降低危险系数，且安全可靠便于监测。
综上所述，本实用新型能够实现对煤矿生产中复杂工业环境下矿井提升容器纵向振动参数的实时在线监测，及时提供危险载荷与运行异常预警，为后续的故障分析提供原始数据，能够保障矿井提升机的运行安全，实用性强，便于推广使用。
附图说明
图1为本实用新型的原理结构框图。
附图标记说明：
1-加速度传感器，2-采集电路，3-AD转换电路，4-下位机，5-下位机无线发射电路，6-中继点无线接收电路，7-中继点，8-中继点无线发射电路，9-接收端无线接收电路，10-接收端，11-上位机，12-电源。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型主要由四个功能模块组成，包括信号采集部分、信号转换发送部分、信号接收显示部分和电源12。
所述信号采集部分包括加速度传感器1和采集电路2；所述加速度传感器1 为电压型压电式加速度传感器CA-YD159，固定于提升容器顶部。该传感器具有结构简单、灵敏度高、频率响应好，量程大的优点，输入端口采用四芯插座供电，供电的电压为±15V，输出信号为-10V～+10V电压信号；所述采集电路2包括反向加法电路与反向比例电路，用于转换传感器输出的电压信号；所述采集电路2采用OP17型高精度运算放大器，具有温漂小、噪声低、灵敏度高、共模抑制比高的优点；所述采集电路2输入端口连接加速度传感器1，输出端口连接AD 转换电路3。
所述信号转换发送部分包括：AD转换电路3、下位机4、下位机无线发射电路5、中继点无线接收电路6、中继点7和中继点无线发射电路8。
所述AD转换电路3包括AD转换芯片ADS7812，将模拟电压信号转换为数字信号；所述下位机4包括STM32C8T6嵌入式微处理器，微处理器输入端口连接 AD转换电路3，输出端口连接下位机无线发射电路5；所述下位机无线发射电路 5包括NRF24L01P型工业数传模块和高增益定向天线。所述NRF24L01P型工业数传模块采用无线数传技术，通讯频率为2.4GHz，速率可达到1Mbps，并使用SPI 接口与嵌入式微处理器连接；所述高增益定向天线，用于增强信号强度和信号传输距离。
所述中继点7安装在位于矿井井口的防爆箱内，主要用于接收固定于提升容器上的下位机4发射的无线数据，然后将信号转发到安装在监控室中的上位机11中；所述中继点7包括STM32C8T6嵌入式微处理器，其输入端口连接中继点无线接收电路6，输出端口连接中继点无线发射电路8；所述中继点无线接收电路6与中继点无线发射电路8均包括NRF24L01P型工业数传模块和高增益定向天线。
所述信号接收显示部分包括接收端无线接收电路9、接收端10和上位机11，主要安装于监控室中；所述接收端无线接收电路9包括NRF24L01P型工业数传模块和高增益定向天线；所述接收端10包括STM32C8T6嵌入式微处理器和 MAX3232ESE电平转换芯片；所述STM32C8T6嵌入式微处理器输入端口使用SPI 接口连接接收端无线接收电路9，输出端口连接MAX3232ESE电平转换芯片；所述MAX3232ESE芯片将TTL电平转换为RS232电平，通过串口通信电路与上位机 11通信。
所述电源12包括磷酸铁锂电池组、78L15三端稳压器、78L05三端稳压器和 RT9193低压差线性稳压器；所述磷酸铁锂电池具有能量密度较高，单体电压较大，无记忆效应的优点；所述磷酸铁锂电池把6节电池串联为一组作为供电的电池组，然后使用两个该电池组并联为监测设备提供电力，以获得18.5～21V的电源电压；所述78L15三端稳压器输入端连接电池组，输出端提供±15V稳压电源，为加速度传感器1和运算放大器供电；所述78L05三端稳压器提供+5V 稳压电源端；所述RT9193低压差线性稳压器输入端口连接+5V稳压电源端，输出端口提供+3.3V电源，为STM32C8T6嵌入式微处理器和NRF24L01P型工业数传模块供电。
本实用新型工作时，首先加速度传感器1测量提升容器的纵向振动信号，输出-10V～+10V模拟电压信号；然后采集电路2经过反向加法环节和反向比例环节将该信号变换为0～3.3V模拟电压信号；随后AD转换电路3对模拟电压信号进行采样量化，变换为数字信号；下位机4通过下位机无线发射电路5将数字信号以无线数据包的形式发送至地面井口处的中继点7；中继点7接收到无线数据后再将信号发送至接收端10；接收端10通过串口通信的方式将数据传输至上位机11，从而方便地面工作人员在监控室中对矿井提升容器的纵向振动参数进行远程监控，保障提升机的运行安全。
综上所述，本实用新型能够克服传统监测方式费时费力、精度与效率低的缺点，具有体积小、能耗低、精度高的优点，并且适应矿井中复杂恶劣、强干扰的环境，实现了对煤矿生产中复杂工业环境下的提升容器纵向振动参数的实时在线监测，能够及时提供危险载荷与运行异常预警，有效保障矿井提升机的运行安全。
Claims (9)
1.一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：该装置包括信号采集部分、信号转换发送部分、信号接收显示部分和电源(12)；
所述信号采集部分包括用于测量振动参数的加速度传感器(1)和用于信号转换的采集电路(2)；
所述信号转换发送部分包括用于模拟信号与数字信号转换的AD转换电路(3)、下位机(4)、下位机无线发射电路(5)、中继点无线接收电路(6)、用于信号中继的中继点(7)、中继点无线发射电路(8)；
所述信号接收显示部分包括接收端无线接收电路(9)、接收端(10)和上位机(11)。
2.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述加速度传感器(1)为电压型压电式加速度传感器CA-YD159。
3.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述的采集电路(2)包括反向加法电路和反向比例电路，并采用高精度运算放大器OP17。
4.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述的AD转换电路(3)包括AD转换芯片ADS7812。
5.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述下位机(4)、中继点(7)包括STM32C8T6型嵌入式微处理器。
6.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述下位机无线发射电路(5)、中继点无线接收电路(6)、中继点无线发射电路(8)和接收端无线接收电路(9)均包含NRF24L01P型工业数传模块作为通讯模块，采用无线数传技术，通讯频率为2.4GHz；均包含高增益定向天线，用于增强信号强度和信号传输距离。
7.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述接收端(10)包括STM32C8T6型嵌入式微处理器和MAX3232ESE电平转换芯片。
8.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述电源(12)包括磷酸铁锂电池组、78L15三端稳压器、78L05三端稳压器和RT9193低压差线性稳压器。
9.按照权利要求1所述的一种矿井提升容器纵向振动在线监测装置，其特征在于：所述采集电路(2)、AD转换电路(3)、下位机(4)、下位机无线发射电路(5)和电源(12)安装于防爆箱内，防爆箱固定于提升容器顶部。
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