CN221056685U - 一种矿用输送带金属磁探测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提出一种矿用输送带金属磁探测装置，涉及输送带金属检测技术领域，包括磁场检测模块、输送带速度检测模块以及模拟信号采集模块，所述磁场检测模块和所述输送带速度检测模块均与所述模拟信号采集模块电连接。本实用新型能够改善现有技术中金属异物夹杂在传送带上，造成传送带的撕裂或者给后续的煤炭加工、运输等设备造成损害的问题。

Description

一种矿用输送带金属磁探测装置

技术领域

本实用新型涉及输送带金属检测技术领域，具体而言，涉及一种矿用输送带金属磁探测装置。

背景技术

众所周知，输送带输送设备是煤矿、非煤矿、热电厂、包装和散装固定物料码头重要的运输设备，对于重载设备而言，所使用的输送带内部嵌置多根钢丝绳芯，在使用过程中，输送的物料中夹杂着锚杆、钢筋、螺杆、螺母、铁丝等一些杂物，当这些金属异物夹杂在传送带上的煤炭中时，特别一些大块金属异物，除铁器往往不起作用，这些金属异物如果不能及时发现和处理，随着传送带的运行，往往会造成传送带的撕裂或者给后续的煤炭加工、运输等设备造成损害，若在生产过程中意外发生输送带断裂，势必造成非计划停产维修，损失巨大，对煤矿而言，据测算，每小时可达300万元。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种矿用输送带金属磁探测装置，其能够改善现有技术中金属异物夹杂在传送带上，造成传送带的撕裂或者给后续的煤炭加工、运输等设备造成损害的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种矿用输送带金属磁探测装置，其特征在于，包括磁场检测模块、输送带速度检测模块以及模拟信号采集模块，所述磁场检测模块和所述输送带速度检测模块均与所述模拟信号采集模块电连接；

所述磁场检测模块包括密封壳，所述密封壳内均匀间隔设置有多个磁通传感器；

所述输送带速度检测模块包括用于检测输送带速度的传动结构，所述传动结构连接有用于计量输送带移动速度和距离的编码器；

所以模拟信号采集模块包括相互电连接的电源和处理显示设备，所述处理显示设备分别设置有第一数据接口和第二数据接口，所述磁通传感器电连接所述第一数据接口，所述编码器电连接所述第二数据接口；所述处理显示设备还电连接有多媒体显示设备。

进一步地，在本实用新型中，所述传动结构包括用于连接于所述输送带底面的齿条，所述齿条下方设置有机架，所述机架转动设置有传动轴，所述传动轴固定套接有与所述齿条啮合的传动齿轮，所述编码器连接于所述传动轴；所述编码器为轴角编码器。

进一步地，在本实用新型中，所述密封壳材质为铝或铜，且所述密封壳外壁设置有防水层。

进一步地，在本实用新型中，所述处理显示设备包括STM32F743或STM32F750单片机芯片，且所述第一数据接口包括SDADC模拟/数字转换接口，所述第二数据接口包括编码器接口。

相对于现有技术，本实用新型至少具有如下优点或有益效果：

本实用新型通过检测输送带宽度截面的感应磁场，获取磁场强度分布图像，通过磁场强度分布图像来确定输送带中可能存在的金属异物的尺寸、形状以及位置，能够快速、精准地检测到输送带上可能存在的金属异物，并及时根据金属异物的尺寸、形状以及位置，对输送带进行相应处理，保证输送带工作过程中不受金属异物的损伤，提升使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例探测装置示意图一；

图2为本实用新型实施例探测装置示意图一；

图3为本实用新型实施例探测装置示意图三；

图4为本实用新型实施例传动结构示意图；

图标：1-密封壳，2-磁通传感器，3-齿条，4-齿轮，5-传动轴，6-处理显示设备，7-轴角编码器，100-输送带。

具体实施方式

实施例1

根据图1-图4所示，本实施例提出一种矿用输送带金属磁探测装置，包括磁场检测模块、输送带100速度检测模块以及模拟信号采集模块，上述磁场检测模块和上述输送带100速度检测模块均与上述模拟信号采集模块电连接；

上述磁场检测模块包括密封壳1，上述密封壳1内均匀间隔设置有多个磁通传感器2；

上述输送带100速度检测模块包括用于检测输送带100速度的传动结构，上述传动结构连接有用于计量输送带移动速度和距离的编码器；

所以模拟信号采集模块包括相互电连接的电源和处理显示设备6，上述处理显示设备6分别设置有第一数据接口和第二数据接口，上述磁通传感器2电连接上述第一数据接口，上述编码器电连接上述第二数据接口；上述处理显示设备6还电连接有多媒体显示设备。

需要说明的是，通过磁场检测模块实现对于输送带100的感应磁场进行检测，磁场检测模块将检测到的磁场模拟量发送向模拟信号采集模块，实现将输送带100的感应磁场具象化，方便实现计算和判断，同时，通过该输送带100速度检测模块实现对于输送带100的速度的实时检测，且对输送带100的移动位置进行实时标记，能够通过实时检测到的金属异物来通过速度检测模块标记金属异物的位置。

进一步的，上述传动结构包括用于连接于上述输送带100底面的齿条3，上述齿条3下方设置有机架，上述机架转动设置有传动轴5，上述传动轴5固定套接有与上述齿条3啮合的传动齿轮4，上述编码器连接于上述传动轴5；上述编码器为轴角编码器7。

通过齿轮4齿条3传动的方式来实现传动轴5与输送带100同步动作，保证轴角编码器7能够实时实现对于输送带100位置的实时标记，方便定位金属异物的位置，而且齿轮4齿条3的传动方式相较于一般的摩擦传动方式更为稳定和精确，且齿条3为非金属材质制成，不会对输送带100的感应磁场造成影响。

对于上述密封壳1来说，为了能够降低磁通传感器2受到的干扰且增强防护，上述密封壳1材质为铝或铜，且上述密封壳1外壁设置有防水层，防水层为先有的防水涂料，能够防止外界导电介质进入密封壳1内，对磁通传感器2的检测效果造成影响。

对于上述处理显示设备6来说，上述处理显示设备6包括STM32F743或STM32F750单片机芯片，且上述第一数据接口包括SDADC模拟/数字转换接口，上述第二数据接口包括编码器接口。

STM32单片机程序高度模块化，具备高内存和高频率处理速度，而且STM32单片机接口较为简单，直接通过对应的数据线将SDADC模拟/数字转换接口和磁通传感器2连接，将编码器接口和轴角编码器7连通，能够实现成像和测算工作。

矿用输送带金属磁探测方法，具体步骤包括：

获取输送带100的感应磁场；检测感应磁场中磁场强度分布情况变化；将检测到的磁场强度分布情况转化为磁场强度分布图像；根据磁场强度分布图像，计算金属异物尺寸和形状；获取输送带100的速度信号，结合磁场强度分布图像的时间坐标，实时计算金属异物的位置。

详细的说，在地磁场作用下，金属异物将产生感应磁场，这个感应磁场的分布与金属异物的形状紧密相关，本实施例中通过获取和检测输送带100的地磁场的强度分布状况，能够确认金属异物是否存在，以及其形状要素，通过将输送带100的感应磁场强度分布状况转换为分布图像，能够更加具象地表现出金属异物是否存在，或已存在的金属异物可根据图像上显示的波形图模拟金属异物的形状以及计算金属异物的尺寸，并且通过检测输送带100的实时速度，通过相应的计量方式，能够结合输送带100磁场强度分布图像计算出金属异物的距离，以达到定位效果。

因而，通过检测输送带100宽度截面的感应磁场，获取磁场强度分布图像，通过磁场强度分布图像来确定输送带100中可能存在的金属异物的尺寸、形状以及位置，能够快速、精准地检测到输送带100上可能存在的金属异物，并技术根据金属异物的尺寸、形状以及位置，对输送带100进行相应的清洁处理，保证输送带100工作过程中不受金属异物的损伤，提升使用寿命。

具体地，采用磁通传感器2阵列获取输送带100的感应磁场，且上述磁通传感器2阵列包括多个均匀分布的磁通传感器2，当我们将磁通传感器2排列成一个线型阵列，横向安装在被测输送带下方，随着输送带运动，将获取一段长度的图像，真实地反映输送带上方磁场强度分布情况，通过图像处理即可知是否有金属异物及其在长度和宽度方向上的尺寸，不仅能够实现实时、在线、非接触、无损检测金属异物，相比使用霍尔传感器和隧道磁阻传感器，灵敏度大幅提升，这有助于增大检测距离和对小尺寸金属异物的检测，还更能够适应输送带快速转动、抖动、环境变化等可能有的影响因素，能够充分发挥精度高、速度快、体积小、重量轻、功耗低、免维护、环境适应能力强、低成本的优势，同时引入当代工业互联、云存储、云计算和人工智能技术，不仅能够实现金属异物高速运动过程中的实时、在线、非接触、连续和无需励磁被动式检测，能够在无人工参与的情况下完成金属异物检测、分类。

而且，进一步的说，将检测到的磁场强度分布情况转化为磁场强度分布图像，转化步骤包括：上述磁通传感器2阵列采集测量数据，并按位置和磁通传感器2排列顺序，将指定数量的测量数据组成测量数组；将测量数组转换为灰度图像，其图像宽度是沿输送带纵向所取测量数组长度，其图像高度为磁通传感器2总数量；将对应上述测量数据在高度方向上进行线性差值计算,形成测量图像。

具体地说，多个上述磁通传感器2沿输送带100的宽度方向均匀排列形成磁通传感器2阵列，且磁通传感器2阵列的宽度与输送带100的宽度尺寸相同，能够保证磁通传感器2阵列对于输送带100的整体实现磁场检测，且单个磁通传感器2能够精准监测输送带100单位区域内的磁场，多个磁通传感器2对应的检测范围共同组成输送带100宽度方向完整的输送带100范围，保证磁场采集的完整性。

上述磁通传感器2阵列将检测到的测量数据通过数据传输媒介输送给处理模块，将测量数组转换为灰度图像，具体的说，上述磁通传感器2也称磁通门传感器，磁通门传感器将感应到输送带100特定范围内的磁场强度分布信号传输向模拟量采集设备的对应通道，模拟量输入输出模块的模拟量是表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示。通常模拟量用于采集和表示磁场强度波动参数。驱动硬件输出和相关数据通路，按照运行方式选择当前的设定值，也可根据需要反向并提供结果给硬件输出或软件输出，具体为计算机或其他多媒体设备，将检测到的磁场强度分布状态形成精准的灰度图像；通过多个磁通门传感器向多个采集通道实时传输模拟信号，能够使得完整展示输送带100的磁场状况。

而且具体的，采集的模拟量转换为灰度图像后，根据比例计算，将灰度图像中表示磁场分布的图像尺寸与磁通传感器2阵列的宽度尺寸相对应，方便能够在灰度图像中计算金属异物的尺寸。

进一步的，根据磁场强度分布图像，计算金属异物尺寸和形状，具体过程包括：对上述测量图像进行边缘检测和轮廓提取，并采用图像分割技术得到每个轮廓的子图像；对上述子图像中的轮廓计算其中心点坐标、最大值、最小值、平均值、标准差，面积和体积作为金属异物的特征量与金属异物平面投影尺寸。

也就是说，对测量图像进行分割处理，将得到的子图像实现单独的分析，而且多个子图像可以同时进行计算，每一个子图像都设置独立的坐标系，将磁通传感器2对应的尺寸比例对应匹配在相应的子图像坐标中，通过将坐标系统的中心点坐标、最大值、最小值、平均值、标准差，面积(轮廓内像素数)和体积(轮廓内像素灰度积分值)进行实际的精确计算和标记，能够对每个子图像中的图像实现尺寸和面积的精确计算。

在将对应上述测量数据在高度方向上进行线性差值计算,形成测量图像之后，对测量图像进行小波滤波，消除由于背景磁场。

具体的，上述小波滤波的具体步骤包括粗测滤除或精测滤除；上述粗测滤除包括选取上述测量图像中的多个第一目标帧，对任一个上述第一目标帧区分目标信号和无目标信号，将无目标信号的上述第一目标帧滤除；上述精测滤除包括选取上述测量图像中的多个第二目标帧，对任一个上述第二目标帧区分为连接结构干扰信号、缺陷干扰信号以及目标信号，将连接结构干扰信号和缺陷干扰信号滤除。

也就是说，粗测算法只是简单判断一帧信号是否有可能存在目标信号，首先选取峰峰值最大的一路信号，进行幅值判断，低于某一阈值可认为无目标信号。否则进入下一步判断，观察发现，目标信号波形一般比较陡峭，故采用差分判断的方法。对原始波形进行差分计算，差分后的最大值和远离最大值的基底值进行比较，若此值大于设定阈值，认为此帧有目标信号存在可能，否则认为无目标，进行下一帧判断。

精测算法需要把异物和中间部分干扰、缺陷干扰区分开。对于连接部分干扰，判决方法相对简单，因为它会引起每个传感器比较一致的波形，且幅值也较高，故可以统计传感器大于某一阈值的个数，若此个数近似和传感器总个数相等，就认为是连接部分干扰，排除掉。可以给出无异物时的接口干扰整体波形图和局部放大图。

缺陷干扰一般是高频干扰，而异物信号相对频率较低，利用这一特性，从频率上区分两类信号。方法如下：对一帧信号，计算每路传感器的最大值和最小值，同时得到其各自位置，若两个位置差小于设定阈值，认为是缺陷干扰，否则为疑似目标信号。对疑似目标信号做进一步判断，由于目标信号波形相对比较光滑，利用单调性方法判断，从最大点或最小点开始滑动判断，若间隔一定点数的两个位置点的差和最大和最小点的差乘积异号，认为是干扰信号，否则，滑动到最大点或最小点时，仍为同号，认为是目标信号。同时加入幅值判断，即峰峰值得满足一定阈值。每路传感器都做同样判断，最终得到每路传感器是否有异物。

进一步，在检测到异物时，每路传感器间隔事先已知，采集点数对应距离也知道，通过计算有异物的磁通传感器2发出的测量数据的最大值和最小值间隔点数乘以对应距离，可认为是对应小段异物长，传感器间隔认为是异物宽，二者相乘，认为是此路传感器对应的异物面积。检测到异物的传感器都做同样计算，最终把各传感器异物面积相加即得异物总面积。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种矿用输送带金属磁探测装置，其特征在于，包括磁场检测模块、输送带速度检测模块以及模拟信号采集模块，所述磁场检测模块和所述输送带速度检测模块均与所述模拟信号采集模块电连接；

所述磁场检测模块包括密封壳，所述密封壳内均匀间隔设置有多个磁通传感器；

所述输送带速度检测模块包括用于检测输送带速度的传动结构，所述传动结构连接有用于计量输送带移动速度和距离的编码器；

所以模拟信号采集模块包括相互电连接的电源和处理显示设备，所述处理显示设备分别设置有第一数据接口和第二数据接口，所述磁通传感器电连接所述第一数据接口，所述编码器电连接所述第二数据接口；所述处理显示设备还电连接有多媒体显示设备。

2.根据权利要求1所述的矿用输送带金属磁探测装置，其特征在于，所述传动结构包括用于连接于所述输送带底面的齿条，所述齿条下方设置有机架，所述机架转动设置有传动轴，所述传动轴固定套接有与所述齿条啮合的传动齿轮，所述编码器连接于所述传动轴；所述编码器为轴角编码器。

3.根据权利要求1所述的矿用输送带金属磁探测装置，其特征在于，所述密封壳材质为铝或铜，且所述密封壳外壁设置有防水层。

4.根据权利要求1所述的矿用输送带金属磁探测装置，其特征在于，所述处理显示设备包括STM32F743或STM32F750单片机芯片，且所述第一数据接口包括SDADC模拟/数字转换接口，所述第二数据接口包括编码器接口。