[發明專利]一種基于聲陣列的采煤機精確定位系統及其方法

在審

• 申請號: 202010721900.0
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111812589A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 許靜;許杰;張忠宇;趙新旭;楊寅威;王忠賓;吳百公;蘇貞;李小虎
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學;中國礦業大學
• 主分類號: G01S5/22
• 分類號: G01S5/22
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 徐澍

本發明公開了一種基于聲陣列的采煤機精確定位系統及其方法，包括處于綜采工作面環網中的采煤機機載控制器、主動式聲發射裝置、安裝在綜采工作面進風側端頭的聲音傳感器陣列、計算處理裝置。其聲發射裝置主動發出聲固定波形與頻段的聲音信號，其頻率盡量避免工作面其他設備發出聲音的主要區間。機載控制器隔一段時間給聲發射裝置一個指令。聲音傳感器陣列包括3個空間分布的聲音傳感器，通過盲源分離算法分離出聲發射裝置發出的信號，根據每個傳感器接收到的信號的時間差計算出聲發射裝置的位置，從而獲取采煤機空間位置，實現其精確定位。本發明結構簡單，體積小，功耗低，成本低，易于安裝布置與維護。

技術領域

本發明屬于煤礦綜采工作面采煤機精確定位技術領域，涉及一種基于聲陣列的采煤機精確定位系統及其方法。

背景技術

隨著煤炭開采技術的發展，現代化礦井的自動化和智能化程度有了很大的提升，推動了煤炭“無人化”或“少人化”開采的進程。采煤機作為綜合機械化采煤工作面(簡稱“綜采工作面”)的關鍵設備之一，其自動化與智能化程度很大程度上制約著煤炭開采水平。其中采煤機的精確定位技術，即準確識別采煤機當前在綜采工作面的位置，是國內外煤炭開采領域公認的技術難點和發展瓶頸。

由于綜采工作面處在不斷推移過程中，采煤機沿著刮板輸送機不斷運動，且綜采工作面環境惡劣，傳統的定位方法難以滿足采煤機精確定位的要求。軸編碼器定位法與慣導定位法體積小、易于安裝布置，但是在使用過程中存在累積誤差難以消除的問題，存在一定的定位誤差；紅外定位法與激光定位法需要發射光波束，在開闊且光照條件較好的空間中精度較高，然而綜采工作面中空間狹小、設備數量較多，且工作面并非平直空間，波束發射裝置與接收裝置之間易被遮擋，影響定位效果；超聲波定位法根據發射信號道不同的接受裝置之間時間差原理進行定位，但是超聲波發射和接收裝置體積大，功耗和成本較高，不利于推廣使用。

中國專利申請CN201810794991.3公開了一種基于陣列式慣性單元的采煤機定位方法，通過在采煤機的箱體上方安裝四個慣性傳感單元，實時感知采煤機的角加速度和加速度數據，并通過去噪、融合解算、誤差修正等一些列算法實現采煤機定位。該方法雖然結構簡單，但在實際使用過程中慣性傳感單元不可避免會存在累積誤差的問題，影響定位精度，且本方法中解算過程過于復雜，難以實現實時定位。

中國專利申請CN201320089433.X公開了一種采煤機定位監控裝置，通過在綜采工作面上每三個液壓支架下方設置一個監控器裝置，用于實現采煤機位置測算。該方法只能獲取采煤機的大致位置，由于監控器的布放非連續，在盲區位置無法實現采煤機位置測量。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提出一種基于聲陣列的采煤機精確定位系統及其方法，不受綜采工作面空間及其他設備遮擋的影響，不受工作面粉塵、瓦斯等顆粒物與氣體的影響；且每兩次定位結果之間相互獨立，定位過程中不存在累計誤差的問題，功耗低，定位精度高，適用于各種地質條件，應用范圍廣。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案。

本發明的一種基于聲陣列的采煤機精確定位系統，包括通過通訊模塊進行相互通訊聯接于綜采工作面環網的綜采工作面采煤機、采煤機機載控制器、安裝在采煤機上的主動式聲發射裝置、安裝在綜采工作面進風側端頭的聲音傳感器陣列、與聲音傳感器陣列配合使用的計算處理裝置；

所述的主動式聲發射裝置與采煤機機載控制器相連，并接入到綜采工作面環網中；采煤機機載控制器用于每間隔一時間T給主動式聲發射裝置一個指令，控制其發出指定波形的聲音信號；

所述的聲音傳感器陣列包括3個空間分布的聲音傳感器；所述的3個聲音傳感器安裝在計算處理裝置的周邊，其空間分布位置不處于同一條直線；聲音傳感器用于接收主動式聲發射裝置所發出的聲音信號，同時接收到綜采工作面其他設備運行聲音信號以及噪聲信號；