[發明專利]一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測裝置及方法

有效

• 申請號: 201710765637.3
• 申請日: 2017-08-30
• 公開（公告）號: CN107490430B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 許少毅;李威;邢方方;王禹橋;楊雪鋒;范孟豹;王瑞林;王祥輝;路恩;鞠錦勇;盛連超
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 尹清靜

1.一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測裝置，其特征在于：包括激光器(1)、第一光纖耦合器(2)、光隔離器(3)、第二光纖耦合器(4)、第三光纖耦合器(5)、光纖準直器(6)、第一光電探測器(7)、第二光電探測器(8)、第一信號處理模塊(9)和第二信號處理模塊(10)；所述的第一光纖耦合器(2)的端口二零(2-0)與激光器(1)的輸出端連接、端口二一(2-1)與光隔離器(3)的端口三一(3-1)連接、端口二二(2-2)與第二光纖耦合器(4)的端口四二(4-2)連接，端口二一(2-1)、端口二二(2-2)在第一光纖耦合器(2)的同側并與端口二零(2-0)相對；所述的光隔離器(3)的端口三二(3-2)與第三光纖耦合器(5)的端口五二(5-2)連接；所述的第二光纖耦合器(4)的端口四零(4-0)與第一光電探測器(7)的輸入端連接、端口四一(4-1)與第三光纖耦合器(5)的端口五一(5-1)連接，端口四一(4-1)、端口四二(4-2)在第二光纖耦合器(4)的同側并與端口四零(4-0)相對；所述的第三光纖耦合器(5)的端口五零(5-0)與第二光電探測器(8)的輸入端連接、端口五四(5-4)與光纖準直器(6)連接，端口五零(5-0)、端口五一(5-1)、端口五二(5-2)在第三光纖耦合器(5)同側并與端口五四(5-4)相對；所述的第一光電探測器(7)的輸出端與第一信號處理模塊(9)的輸入端連接，所述的第二光電探測器(8)的輸出端與第二信號處理模塊(10)的輸入端連接；在采煤機滾筒(13)垂直于旋轉軸的端面上設有與光纖準直器(6)射出的平行光相垂直的反射涂層(14)，反射涂層(14)沿著采煤機滾筒(13)徑向方向的寬度與光纖準直器(6)射出的平行光束的直徑相同；所述的激光器(1)、第一光纖耦合器(2)、光隔離器(3)、第二光纖耦合器(4)、第三光纖耦合器(5)、光纖準直器(6)、第一光電探測器(7)、第二光電探測器(8)、第一信號處理模塊(9)和第二信號處理模塊(10)均設在采煤機搖臂(12)上。

2.根據權利要求1所述的一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測裝置，其特征是：所述的激光器(1)、第一光纖耦合器(2)、光隔離器(3)、第二光纖耦合器(4)、第三光纖耦合器(5)、第一光電探測器(7)、第二光電探測器(8)、第一信號處理模塊(9)和第二信號處理模塊(10)集成在本安型防爆箱(11)中，本安型防爆箱(11)安裝在采煤機搖臂(12)上。

3.根據權利要求1或2所述的一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測裝置，其特征是：所述的反射涂層(14)為與采煤機滾筒(13)端面同心的連續的環形。

4.根據權利要求3所述的一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測裝置，其特征是：所述的第一光纖耦合器(2)和第二光纖耦合器(4)均為1×2光纖耦合器，所述的第三光纖耦合器(5)為1×3光纖耦合器。

5.一種采煤機滾筒徑向及軸向振動的同步監測方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)啟動采煤機，使采煤機滾筒(13)在綜采工作面內正常作業，激光器(1)開始輸出光；激光器(1)的輸出光從端口二零(2-0)進入到第一光纖耦合器(2)并被其均分成兩束，其中：

從端口二一(2-1)輸出的一束光從端口三一(3-1)進入光隔離器(3)并從端口三二(3-2)輸出，然后從端口五二(5-2)進入第三光纖耦合器(5)并從端口五四(5-4)輸出，最后進入光纖準直器(6)后形成垂直照射采煤機滾筒(13)上反射涂層(14)的平行光束，平行光束經反射涂層(14)反射后重新耦合進光纖準直器(6)；

從端口二二(2-2)輸出的另一束光從端口四二(4-2)進入到第二光纖耦合器(4)；

2)經反射涂層(14)反射后重新耦合進光纖準直器(6)的光從端口五四(5-4)進入第三光纖耦合器(5)并被其均分成三束，其中：

從端口五一(5-1)輸出的一束光從端口四一(4-1)進入第二光纖耦合器(4)，然后與從端口四二(4-2)進入到第二光纖耦合器(4)內的一束光發生干涉，干涉光從端口四零(4-0)輸入到第一光電探測器(7)；

從端口五零(5-0)輸出的一束光直接輸入第二光電探測器(8)；

從端口五二(5-2)輸出的一束光被光隔離器(3)隔離；

3)第一光電探測器(7)將光信號轉變為電信號后輸入到第一信號處理模塊(9)中，第二光電探測器(8)將光信號轉變為電信號后輸入到第二信號處理模塊(10)中；

4)第一信號處理模塊(9)對接收到的信號進行處理：采煤機滾筒(13)軸向振動會導致從端口四一(4-1)進入到第二光纖耦合器(4)內的光信號相位發生改變，與從端口四二(4-2)進入到第二光纖耦合器(4)內的光信號產生相位差，第一信號處理模塊(9)對接收到的第一光電探測器(7)傳輸來的包含相位差信息的電信號進行解調處理，即可得到采煤機滾筒(13)的軸向振動信息，即實現對采煤機滾筒(13)軸向振動的監測；

在第二光纖耦合器4內發生干涉的兩束光的相位差與采煤機滾筒13的軸向振動位移ΔS₁之間的映射關系通過標定及最小二乘法數據擬合獲取，即：在實驗室內模擬采煤機工作狀態測得一系列相位差與軸向振動位移ΔS₁相對應的數據并繪制曲線，用最小二乘法等數據擬合方法在所繪制的測量曲線上擬合出比例系數，在采煤機實際工作時，即可根據測得的相位差得到軸向振動位移ΔS₁；

第二信號處理模塊(10)對接收到的信號進行處理：采煤機滾筒(13)的徑向振動會使反射涂層(14)與光纖準直器(6)射出光線的相對位置發生變化，故經端口五四(5-4)進入到第三光纖耦合器(5)內的光強度相比原始的光強度會發生變化，第二信號處理模塊(10)對接收到的第二光電探測器(8)傳輸來的包含光強度信息的電信號進行解調處理，即可得到采煤機滾筒(13)的徑向振動信息，即實現對采煤機滾筒(13)徑向振動的監測；

經反射涂層14反射后耦合進光纖準直器6內的光強變化ΔP與采煤機滾筒13的徑向振動位移ΔS₂之間的映射關系ΔP＝g(|ΔS₂|)通過標定及最小二乘法數據擬合獲取，即：在實驗室內模擬采煤機工作狀態測得一系列光強變化ΔP與徑向振動位移ΔS₂相對應的數據并繪制曲線，用最小二乘法等數據擬合方法在所繪制的測量曲線上擬合出比例系數，在采煤機實際工作時，即可根據測得的光強變化ΔP得到徑向振動位移ΔS₂。