CN216846344U - 手持式采煤机维护测试仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种手持式采煤机维护测试仪，包括按照信号传递方向依次连接的传感组件、数据处理模块和显示组件，还包括控制组件，控制组件的控制信号输出端连接传感组件的启动端，通过控制组件输出的控制信号启动传感组件工作，所述数据处理模块对来自传感组件的信号进行处理后转换为可视化数据信息并通过所述显示组件显示，所述传感组件包括温湿度传感器、烟雾气传感器、超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器。本实用新型适用于井下恶劣环境下的环境检测和采煤机状态检测，可避免对电控箱内敏感元件造成损伤，可提高采煤机维护检修的安全性，同时具有便携性。

Description

手持式采煤机维护测试仪

技术领域

本实用新型涉及一种采煤机机组的环境与状态检测设备，适用于采煤机等相关机组日常维护和出厂测试等情景。

背景技术

采煤机是井下煤矿的主要生产设备，井下工作环境和人为对采煤机的操作维护等对采煤机的使用寿命有着重要影响。

传统的采煤机状态检测采用外接传感器的方式，测量采煤机在工作状态下的负载、温度、油位、采高和瓦斯浓度等信息，根据这些数据，采煤机主控会自动执行相关的超限保护动作，以免对采煤机等相关设备造成损坏。而在日常的维护中，检修人员往往需要携带各种专业测试设备，且在井下检测不方便，有时直接凭借感官判断故障点位置，在湿度较高的环境中对采煤机进行开盖检修，很有可能对电控箱内敏感元件造成损伤，降低维护效率。

实用新型内容

本实用新型旨在提供一种手持式采煤机维护测试仪，适用于井下恶劣环境下的环境检测和采煤机状态检测，可避免对电控箱内敏感元件造成损伤，可提高采煤机维护检修的安全性，同时具有便携性。

本实用新型的主要技术方案有：

一种手持式采煤机维护测试仪，包括按照信号传递方向依次连接的传感组件、数据处理模块和显示组件，还包括控制组件，控制组件的控制信号输出端连接传感组件的启动端，所述传感组件包括温湿度传感器、烟雾气传感器、超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括用于外接传感器的扩展接口，所述扩展接口的信号输出端连接所述数据处理模块。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括电源组件，所述电源组件的电源输出端连接所述数据处理模块的电源输入端。

所述电源组件包括依次连接的可循环充电电池和变压器模块。

所述数据处理模块上设有电源接口，所述电源接口连接所述传感组件、扩展接口和显示组件的电源输入端。

所述手持式采煤机维护测试仪是基于STM32核心主板进行开发的，所述温湿度传感器、烟雾气传感器、超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器分别采用DHT11温湿度传感器、MQ-2气体传感器、HC-SR04超声波测距模块、TOF400F红外激光测距模块、GY-906红外线温度传感器和XKZS-V7噪声检测模块。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括外壳，所述数据处理模块内置于所述外壳内，所述显示组件和扩展接口设置在外壳上，所述电源组件、传感组件和控制组件的大部位于壳体内，所述电源组件的充电端、控制组件的按钮和传感组件的部分传感器的探头设置在外壳上。

所述显示组件的显示屏设置在外壳正面的上方，所述控制组件的按钮设置在外壳正面的下方。

所述传感组件的各传感器的探头和扩展接口设置在外壳的背面。

所述外壳采用塑型3D打印制成。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型为集成式多功能环境检测仪，在确保正常精度的前提下，可以省去携带多种检测设备的不便，且检测结果可通过可视化图像界面方便地显示并发出预警提示，操作方法简单，方便采煤机等相关机组维护人员在恶劣的井下环境中操作使用。

可通过本实用新型先进行环境温湿度和瓦斯浓度检测并确认安全后再打开电控箱进行检修工作，避免贸然开盖检修对电控箱内敏感元件造成损害，提高维护的安全性，确保维护效率。

本实用新型选用体积小、功耗低、易于集成的传感器，设置外接传感器的扩展接口，可方便安装同类型不同量程和精度的传感组件，提高功能性，除采煤机机组的状态检查外，还可以测试其他机组的状态，使用范围非常广泛。

本实用新型采用可循环充电电池供电，可避免频繁更换电池，节约使用成本。

本实用新型基于开源硬件平台开发，内部程序可修改升级，因此方便维护。

附图说明

图1是本实用新型的组成原理框图；

图2是本实用新型的一个实施例的显示与操作按钮分布图；

图3是本实用新型的一个实施例的传感器探头位置图。

附图标记：1.烟雾气传感器探头；2.超声波测距传感器探头；3.红外激光测距传感器探头；4.扩展接口；5.红外测温传感器探头；6.噪声传感器探头。

具体实施方式

本实用新型公开了一种手持式采煤机维护测试仪，如图1、2、3所示，包括按照信号传递方向依次连接的传感组件、数据处理模块和显示组件，还包括控制组件，控制组件的控制信号输出端连接传感组件的启动端，通过控制组件输出的控制信号启动传感组件工作。所述数据处理模块对来自传感组件的信号进行处理后转换为可视化数据信息并通过所述显示组件显示。所述传感组件用于检测外部环境状态和采煤机的状态，能将感测到的信息按一定规律变换成为电信号等其他形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、显示、记录和控制等要求。所述传感组件包括环境状态检测用传感器和采煤机状态检测用传感器，环境状态检测用传感器包括温湿度传感器和烟雾气传感器，采煤机状态检测用传感器包括超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器。温湿度传感器和烟雾气传感器分别用于检测环境温湿度和瓦斯浓度，使用者可根据可视化界面的显示内容判断采煤机当前位置是否具备电控箱开盖检修条件，避免贸然开盖检修对电控箱内敏感元件造成损坏。

所述温湿度传感器不需要独立启动，只要所述手持式采煤机维护测试仪开机，无需人为操作，显示组件的显示屏上即可显示当前环境温度和湿度信息。本实施例中所述显示屏采用3.5寸LCD液晶显示屏。

所述温湿度传感器优选采用DHT11温湿度传感器，其内置的电阻式感湿元件可以检测湿度，精度为±5％RH，量程为20-95％RH，其内置的NTC测温元件可以检测温度，精度为±2℃，量程为0-50℃。

所述烟雾气传感器优选采用MQ-2气体传感器，其使用的是二氧化锡半导体气敏材料，处于200℃-300℃时，二氧化锡吸附空气中的氧，形成氧的负离子吸附，使半导体中的电子密度减少，从而使其电阻值增加。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒受到的烟雾的浓度发生变化，就会引起表面导电率的变化，烟雾的浓度越大，导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越强。传感器加热后，在不同气体浓度中电导率不同，将电导率的变化转换成与该气体浓度相对应的信号进行输出，即输出信号反映了被测气体的浓度。所述烟雾气传感器检测可燃气体与烟雾的范围是100-10000ppm。

超声波测距传感器和红外激光测距传感器均为非接触式测距，在井下作业时可以确保人员的安全。所述超声波测距传感器优选采用HC-SR04超声波测距模块，探测距离为2cm-450cm，精度可达±3mm，其工作原理是：采用IO触发测距(给幅值至少为10us的高电平信号)，模块自动发送8个40KHz的方波，自动检测是否有信号返回。如果有信号返回，通过IO输出一高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间，测距距离＝(回波时间*(34/1000))/2。

所述红外激光测距传感器优选采用TOF400F红外激光测距模块，该模块是基于ST的VL53L1X设计制造的可提供精确和可重复远距离测量功能的一款激光测距模块，其内部集成了SPAD(单光子雪崩二极管)阵列、物理红外滤光片和光学器件，使用了ST最新一代的直接ToF技术，探测距离为4cm-400cm，精度可达到±5mm，其工作原理是使用双向测距技术，利用数据信号在一对收发机之间的往返飞行时间来测量两点间的距离。将发射端发出数据信号和接收到接收端应答信号的时间间隔记为Tt，接收端收到发射端的数据信号和发出应答信号的时间间隔记为Tr，信号在这对收发机之间的单向飞行时间Tf＝(Tt-Tr)/2，则两点间的距离d＝c*Tf，其中c表示电磁波传播速度。除此之外，红外激光测距模块还有TOF050F和TOF200F等型号的扩展组件可供选择。

所述红外测温传感器优选采用GY-906红外线温度传感器，采用非接触式测温方式，在特殊环境下，对采煤机电机外部易热点进行温度检测，判断电机及其轴承齿轮是否运行正常。红外测温传感器由光学系统、光电探测器、信号放大器和信号处理及输出电路等部分组成。光学系统汇聚其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由光学零件及其位置确定。红外能量聚焦在光电探测器上并转变为相应的电信号，该信号经过信号放大器和信号处理及输出电路，按照仪器内的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值输出。该传感器的测温范围为-40℃-125℃，环境和物体温度在0-50℃时，测量精度可达±0.5℃。

所述噪声传感器优选采用XKZS-V7噪声检测模块，其采用A计权方式，测量范围在30-130dB，分辨率为0.1dB，可以检测周围环境声音大小。在采煤机运行时，检测各部位声音是否出现异常。该模块由传声器、信号放大器、计权网络和检波器组成，其工作原理是由传声器将声音转换成电信号，再由前置放大器变换阻抗，使传声器与衰减器匹配，放大器将输出信号加到计权网络，对信号进行频率计权，然后再经衰减器及放大器将信号放大到一定的幅值，送到有效值检波器，最终在显示屏上显示出噪声声级的数值。

所述控制组件设有多个按钮，每个按钮与一种传感器相对应。按下某个按钮，控制组件输出针对相应传感器的控制信号，启动相应传感器工作。所述温湿度传感器以外的其他各传感器都有对应的按钮，例如按下瓦斯检测按钮时即启动了烟雾气传感器，显示组件的显示屏上即可显示瓦斯浓度；同理，将所述手持式采煤机维护测试仪对准待测物体的位置点，按下测距1按钮即可通过超声波测距传感器检测所选位置的距离；按下测距2按钮即可通过红外激光测距传感器检测所选位置的距离；按下测温按钮即可通过红外测温传感器检测温度；按下噪声检测按钮即可通过噪声传感器检测噪声。

红外测温传感器主要用于检测采煤机电机或轴承处的温度，检测时需要将所述手持式采煤机维护测试仪的红外测温传感器的探头靠近采煤机电机或轴承外壳。噪声传感器主要用于检测采煤机电机或轴承齿轮的噪声，检测时需要将所述手持式采煤机维护测试仪的噪声传感器的探头靠近采煤机电机或轴承齿轮。

所述数据处理模块还针对外部环境状态包括温度、湿度和瓦斯浓度等进行判断和预警，当传感器的相应实测结果进入预警范围，所述数据处理模块向显示组件发送预警指令，显示组件通过改变显示模式(包括闪烁、变换颜色等方式)、发出警报音等进行预警提示，提醒检修人员谨慎操作。例如当瓦斯浓度超限时，显示屏上有报警提示和声音预警。

所述手持式采煤机维护测试仪搭载了各种微型传感器，可以方便地对采煤机进行简单的状态检测和环境检测，包括环境温度、湿度和瓦斯浓度检测，以及机组尺寸测量、外壳温度检测和噪声检测等，且手持式采煤机维护测试仪具有很好的便携性，因此非常方便用于采煤机的日常检修和维护以及出厂检验测试。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括用于外接传感器(例如不同规格的红外激光测距传感器)的扩展接口，以满足不同项目检测需求、不同量程需求和不同精度需求，最终满足不同条件下的测量需求。所述扩展接口的信号输出端连接所述数据处理模块。所述扩展接口的设置可以升级拓展检测功能。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括电源组件，所述电源组件的电源输出端连接所述数据处理模块的电源输入端，所述电源组件直接为数据处理模块供电。

所述电源组件可以包括依次连接的可循环充电电池和变压器模块。采用所述可循环充电电池(例如可充电式蓄电池)可以避免频繁更换电池，节约使用成本。变压器模块可将充电电池输出的电压变换成包括数据处理模块在内的多个待供电组成部分所需的电压。本实施例中变压器模块的输出电压即电源组件的供电电压为3.3-5V。

所述数据处理模块上可设有电源接口，所述电源接口连接所述传感组件、扩展接口和显示组件的电源输入端。所述数据处理模块可以通过其上的电源接口为所述传感组件、扩展接口和显示组件供电。

所述控制组件的按钮可以是设置在数据处理模块向传感组件中各个传感器供电的线路上的开关，按钮的状态决定了数据处理模块是否为相应传感器供电，供电则相应传感器启动工作。

所述手持式采煤机维护测试仪基于STM32核心主板进行开发。

所述手持式采煤机维护测试仪还包括手持式外壳，所述数据处理模块内置于所述外壳内，所述显示组件的显示屏和扩展接口4设置在外壳上，所述电源组件、传感组件和控制组件的大部位于壳体内，所述电源组件的充电端、控制组件的按钮(包括瓦斯检测按钮、测距1按钮、测距2按钮、测温按钮和噪声检测按钮)和传感组件的部分传感器的探头(包括烟雾气传感器探头1、超声波测距传感器探头2、红外激光测距传感器探头3、红外测温传感器探头5和噪声传感器探头6)设置在外壳上。

进一步地，如图2、3所示，本实施例中所述显示组件的显示屏设置在外壳正面的上方，所述控制组件的按钮设置在外壳正面的下方。

所述传感组件的相关传感器的探头和扩展接口4设置在外壳的背面。

所述外壳优选采用塑型3D打印制成。

Claims (12)

1.一种手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：包括按照信号传递方向依次连接的传感组件、数据处理模块和显示组件，还包括控制组件，控制组件的控制信号输出端连接传感组件的启动端，所述传感组件包括温湿度传感器、烟雾气传感器、超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器。

2.如权利要求1所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：还包括用于外接传感器的扩展接口，所述扩展接口的信号输出端连接所述数据处理模块。

3.如权利要求2所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：还包括电源组件，所述电源组件的电源输出端连接所述数据处理模块的电源输入端。

4.如权利要求3所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述电源组件包括依次连接的可循环充电电池和变压器模块。

5.如权利要求4所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述数据处理模块上设有电源接口，所述电源接口连接所述传感组件、扩展接口和显示组件的电源输入端。

6.如权利要求2、3、4或5所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：其是基于STM32核心主板进行开发的，所述温湿度传感器、烟雾气传感器、超声波测距传感器、红外激光测距传感器、红外测温传感器和噪声传感器分别采用DHT11温湿度传感器、MQ-2气体传感器、HC-SR04超声波测距模块、TOF400F红外激光测距模块、GY-906红外线温度传感器和XKZS-V7噪声检测模块。

7.如权利要求3、4或5所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：还包括外壳，所述数据处理模块内置于所述外壳内，所述显示组件和扩展接口设置在外壳上，所述电源组件、传感组件和控制组件的大部位于壳体内，所述电源组件的充电端、控制组件的按钮和传感组件的部分传感器的探头设置在外壳上。

8.如权利要求7所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述显示组件的显示屏设置在外壳正面的上方，所述控制组件的按钮设置在外壳正面的下方。

9.如权利要求8所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述传感组件的各传感器的探头和扩展接口设置在外壳的背面。

10.如权利要求7所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述外壳采用塑型3D打印制成。

11.如权利要求8所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述外壳采用塑型3D打印制成。

12.如权利要求9所述的手持式采煤机维护测试仪，其特征在于：所述外壳采用塑型3D打印制成。

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