[發明專利]采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統及監測方法

在審

• 申請號: 201910400138.3
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110118535A
• 公開（公告）日: 2019-08-13
• 發明（設計）人: 邱錦波;劉宏睿;韓保民;金振國;侯勇濤;郭岱;張啟志;陳虎;袁安詳;張斯涵
• 申請（專利權）人: 天地科技股份有限公司上海分公司;天地上海采掘裝備科技有限公司
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16;G01C21/00;E21C35/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統及監測方法，監測系統包括依次連接的激光信號發生裝置、纜式傳感器和激光信號接收與處理裝置，纜式傳感器沿自然狀態下的采煤機軌道的直線延伸方向敷設固定在軌道上，纜式傳感器含至少兩組螺旋狀的分布式光纖傳感器；監測方法是通過纜式傳感器實時采集軌道上任意位置的應變信息，激光信號接收與處理裝置計算出纜式傳感器的三維姿態，再坐標變換得出采煤機的三維姿態，通過提取采煤機運行過程中所經過的多個位置以及相應位置處在相應時刻軌道的三維姿態信息，得到采煤機的運行軌跡信息。本發明能以較低的投入實現對采煤機三維姿態和運行軌跡、工作面直線度等進行在線實時監測，適宜自動化生產。

技術領域

本發明涉及一種用于實時監測采煤機三維姿態和運行軌跡的系統及方法。

背景技術

隨著煤礦自動化智能化技術的發展，綜采工作面基本實現了以采煤機記憶割煤為主、液壓支架跟機自動控制的工作面設備自動化生產模式。在該種生產模式下，工作面直線度的自動控制和采煤機自動沿煤層截割是連續正常生產的重要保證。而工作面設備的三維姿態和運行軌跡檢測是實現上述功能的基礎，特別是采煤機的三維姿態檢測和工作面直線度檢測。

現有的工作面直線度檢測方法有基于視覺、編碼器、張力傳感器等的工作面直線度檢測和校正方法，但都沒有投入實用。在采煤機的三維姿態檢測和工作面直線度檢測方面真正實用的是基于慣性導航系統的檢測方法，但是該方法實施成本很高，限制了其推廣應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統及監測方法，能以較低的投入實現對采煤機的三維姿態和運行軌跡、工作面的直線度等進行在線實時監測，且操作簡單，適宜自動化生產模式。

本發明的主要技術方案有：

一種采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統，包括依次連接的激光信號發生裝置、纜式傳感器和激光信號接收與處理裝置，所述纜式傳感器全長范圍內各處均相對采煤機所運行的軌道固定安裝，所述纜式傳感器沿自然狀態下的所述軌道的直線延伸方向敷設，所述纜式傳感器的內核是至少兩組分布式光纖傳感器，每組分布式光纖傳感器由多個間隔布置的光纖傳感器以及將它們順次連接起來的光纖組成，每組分布式光纖傳感器呈螺旋狀延伸布置。

所述纜式傳感器的橫截面形狀可以為圓形、多邊形或橢圓形。

所述分布式光纖傳感器內置于一載體內形成一體式的纜式傳感器結構。

同一載體內的所述分布式光纖傳感器按多頭螺旋形式布置。

所述載體的實體外形可以呈實心柱狀或空心管狀。

所述載體為經過塑形和加強處理的柔性材料。

優選地，所述纜式傳感器中有兩組分布式光纖傳感器，二者旋向相同，相位相差90度。

一種采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統，采用上述任意一種所述采煤機三維姿態和運行軌跡的監測系統，激光信號從激光信號發生裝置發出，經過纜式傳感器及連接傳感器的光纖后，由激光信號接收和處理裝置接收、處理，在所述軌道推進過程中，所述纜式傳感器隨所述軌道變形而變形，發生變形處的所述分布式光纖傳感器上布里淵散射的光頻率會發生變化，所述信號接收和處理裝置根據布里淵頻率的偏移量計算出相應的應變量和發生布里淵頻移的位置，螺旋狀布置的分布式光纖傳感器檢測的是X、Y、Z三坐標體系內的三維空間應變，上述計算得出的應變量是三維空間內的應變量，即所述軌道在該位置處的三維姿態信息。

所述軌道為刮板運輸機，所述纜式傳感器優選為直接固定在所述刮板運輸機的機身上。

本發明的有益效果是：

本發明采用以螺旋形式布置的分布式光纖傳感器為核心的纜式傳感器，能非常方便地檢測綜采工作面設備的三維形變，進而確定相關設備的三維姿態、采煤機的實際運行軌跡、工作面直線度等。