[發明專利]一種采煤機滾筒振動光纖監測裝置及監測方法

有效

• 申請號: 202010021802.6
• 申請日: 2020-01-09
• 公開（公告）號: CN111189532B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發明（設計）人: 許少毅;薛宏宇;邢方方;李威;王禹橋;彭強;董峰;陳光
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;徐州工業職業技術學院
• 主分類號: G01H11/08
• 分類號: G01H11/08;G01H9/00;G01B11/16
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 周敏

本發明公開了一種采煤機滾筒振動光纖監測裝置及監測方法，該裝置包括壓電陶瓷、固定鐵環、活動鐵環、多匝線圈、磁致伸縮材料和光纖光柵傳感器，采煤機滾筒工作時，滾筒的振動誘導固定鐵環和活動鐵環產生相對運動并對壓電陶瓷產生擠壓作用，被擠壓的壓電陶瓷在多匝線圈的輸入端和輸出端形成電壓，多匝線圈由此流通電流并在線圈內激發產生磁場，磁場誘導磁致伸縮材料產生形變并被光纖光柵傳感器準確測量，最終根據光纖光柵傳感器的測量結果反推獲得采煤機滾筒的振動信息。本發明具備裝置結構簡單、成本低、準確度高等優點。

技術領域

本發明涉及機械振動監測技術領域，具體涉及一種采煤機滾筒振動光纖監測裝置及監測方法。

背景技術

隨著對煤礦開采安全要求的不斷提高，在煤礦開采時，綜采設備的性能是保證安全開采的前提，采煤機工作時，采煤機滾筒承受很大的載荷，加上軸承等零件的磨損，采煤機將產生劇烈的振動，當振動量超過一定的范圍，會影響采煤機的工作壽命，嚴重則引發生產安全事故。對于采煤機滾筒這種大型回轉機械，通過振動信號可以分析得到回轉零件的磨損情況，一旦超出安全標準要求，及時更換以避免事故發生，故對采煤機滾筒振動監測、振動分析和控制具有重要意義。

傳統的采煤機滾筒振動監測方法多采用間接的方法測量，無法實現在線測量，并且測量精度低。CN106225906A公開了一種基于光纖傳感的采煤機滾筒振動監測裝置及方法，該監測裝置由固定監測裝置和旋轉監測裝置構成，(1)旋轉監測裝置由第一光源模塊、監測光纖環、光電轉換模塊和單層導線線圈構成，利用采煤機滾筒振動誘導監測光纖環中的偏振光產生雙折射，雙折射導致光電轉換模塊的輸出電壓發生改變，進而改變單層導線線圈的流通電流，實現滾筒振動信號到線圈電流信號的變換，但是這種方法存在的主要問題是第一光源模塊和光電轉換模塊均需要配套單獨的防爆電源供電，采煤機滾筒振動信號與其誘導的雙折射之間是非線性關系且信號強度極其微弱，此外采煤機滾筒行星輪減速器與滾筒外壁之間的狹長區域內難以同時安裝第一光源模塊、光電轉換模塊及配套電源。(2)固定監測裝置引入摻鋱光纖作為傳感光纖，將摻鋱光纖沿著單層導線線圈的軸線安裝，實現了線圈電流信號到固定監測裝置中光信號的變化，但是這種方法的主要問題在于靈敏度較低，摻鋱光纖的費爾德常數僅為10^-6rad/A量級，在采煤機滾筒振動監測中，這種微弱信號容易被環境噪聲所淹沒。

發明內容

本發明的目的是提供一種采煤機滾筒振動光纖監測裝置，結構簡單，布置合理，抗干擾能力強。

本發明的另一目的是提供基于上述采煤機滾筒振動光纖監測裝置的監測方法。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種采煤機滾筒振動光纖監測裝置，所述監測裝置包括壓電陶瓷、固定鐵環、活動鐵環、多匝線圈、磁致伸縮材料和光纖光柵傳感器；其中，所述固定鐵環固定在采煤機滾筒的行星齒輪減速器上，所述活動鐵環固定在采煤機滾筒內壁上，所述壓電陶瓷采用長方體塊狀結構，壓電陶瓷的左側面和右側面分別連接固定鐵環和活動鐵環，所述多匝線圈纏繞在行星齒輪減速器與采煤機滾筒內壁之間的間隙中，所述多匝線圈的輸入端和輸出端分別連接所述壓電陶瓷的上表面和下表面，所述磁致伸縮材料安裝在所述多匝線圈的軸線上，所述光纖光柵傳感器的傳感單元粘貼在所述磁致伸縮材料上。

優選的，所述壓電陶瓷為經過極化后的鈦酸鋇壓電陶瓷，極化方向采用與固定鐵環的結合面平行的方向，并且在壓電陶瓷的左側面和右側面加載預應力。

優選的，所述多匝線圈表面做防爆處理。

優選的，所述磁致伸縮材料為鈦鏑鐵材料。

優選的，所述光纖光柵傳感器為刻制布拉格光柵的光纖光柵傳感器。

本發明還提供一種采煤機滾筒振動光纖監測方法，包括以下步驟：