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专利号: 2018109390557
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是,包括如下步骤:

1)先沿刮板输送机(6)的机身敷设圆柱形柔性长杆(3);

2)再沿着平行于水平面的圆柱形柔性长杆(3)纵切面的长边布置水平面传感光纤(1),以及沿着平行于竖直面的圆柱形柔性长杆(3)纵切面的长边布置竖直面传感光纤(2);

3)然后,将水平面传感光纤(1)和竖直面传感光纤(2)分别连接到矿用信号解调仪(4),矿用信号解调仪(4)再连接矿用工控机(5);

4)最后,演算出刮板输送机(6)的直线度:

当刮板输送机(6)的直线度在水平面内发生变化时,只需确定刮板输送机(6)在水平面内的直线度;当刮板输送机(6)的直线度在竖直面内发生变化时,只要确定刮板输送机(6)在竖直面内的直线度;当刮板输送机(6)的直线度在非水平面且非竖直面内发生变化时,首先将刮板输送机(6)的直线度分解到水平面和竖直面内,然后分别测得水平面直线度分量和竖直面直线度分量,在此基础上,合成为刮板输送机(6)的直线度。

2.根据权利要求1所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是,所述步骤4)中刮板输送机(6)在水平面内的直线度的确定步骤具体如下:a.当刮板输送机(6)的直线度在水平面内发生变化时,圆柱形柔性长杆(3)在水平面内产生与直线度变化量呈线性关系的弯曲应变,水平面传感光纤(1)产生与圆柱形柔性长杆(3)相同的弯曲应变;

b.水平面传感光纤(1)中每个光纤光栅监测所处位置的弯曲应变,矿用信号解调仪(4)获取水平面传感光纤(1)中每个光纤光栅的监测结果并传输给矿用工控机(5)进行解算,确定水平面传感光纤(1)中每个光纤光栅所处位置的弯曲半径;

c.将水平面传感光纤(1)的所有光纤光栅自左向右依次设置标号,将水平面传感光纤(1)的光纤光栅数量假设为N,则标号分别设置为Ⅰ号、Ⅱ号、...、N号;

d.利用水平面传感光纤(1)的Ⅰ号光纤光栅所在位置的切线和法线建立直角坐标系,并将其作为水平面固定坐标系;

e.利用水平面传感光纤(1)的Ⅱ号光纤光栅所在位置的切线和法线建立水平面第一运动坐标系,根据I号、Ⅱ号光纤光栅测得的弯曲半径以及I号、Ⅱ号光纤光栅之间的光纤弧长,确定水平面第一运动坐标系与固定坐标系的变换关系;

f.利用水平面传感光纤(1)的Ⅲ号光纤光栅所在位置的切线和法线建立水平面第二运动坐标系,根据Ⅱ号、Ⅲ号光纤光栅测得的弯曲半径以及Ⅱ号、Ⅲ号光纤光栅之间的光纤弧长,确定水平面第二运动坐标系与水平面第一运动坐标系的变换关系,结合水平面第一运动坐标系与水平面固定坐标系的变换关系,获得水平面第二运动坐标系和水平面固定坐标系的变换关系;

g.同理可得Ⅳ号、Ⅴ号、...、N号光纤光栅对应的水平面第三、第四、...、第N-1运动坐标系与水平面固定坐标系的变换关系,据此确定水平面传感光纤(1)的所有光纤光栅所在位置在水平面固定坐标系中的具体坐标,最终绘制出水平面传感光纤(1)的弯曲状态曲线,并将其作为刮板输送机(6)在水平面内的弯曲状态曲线,与预设的水平面直线度参考曲线进行比较,确定刮板输送机(6)在水平面内的直线度。

3.根据权利要求1或2所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是,所述步骤4)中刮板输送机(6)在竖直面内的直线度的确定步骤具体如下:a.当刮板输送机(6)的直线度在竖直面内发生变化时,圆柱形柔性长杆(3)在竖直面内产生与直线度变化量呈线性关系的弯曲应变,竖直面传感光纤(1)产生与圆柱形柔性长杆(3)相同的弯曲应变;

b.竖直面传感光纤(1)中每个光纤光栅监测所处位置的弯曲应变,矿用信号解调仪(4)获取竖直面传感光纤(1)中每个光纤光栅的监测结果并传输给矿用工控机(5)进行解算,确定竖直面传感光纤(1)中每个光纤光栅所处位置的弯曲半径;

c.将竖直面传感光纤(1)的所有光纤光栅自左向右依次设置标号,将竖直面传感光纤(1)的光纤光栅数量假设为M,则标号分别设置为1号、2号、...、M号;

d.利用竖直面传感光纤(1)的1号光纤光栅所在位置的切线和法线建立直角坐标系,并将其作为竖直面固定坐标系;

e.利用竖直面传感光纤(1)的2号光纤光栅所在位置的切线和法线建立竖直面第一运动坐标系,根据1号、2号光纤光栅测得的弯曲半径以及1号、2号光纤光栅之间的光纤弧长,确定竖直面第一运动坐标系与竖直面固定坐标系的变换关系;

f.利用竖直面传感光纤(1)的3号光纤光栅所在位置的切线和法线建立竖直面第二运动坐标系,根据2号、3号光纤光栅测得的弯曲半径以及2号、3号光纤光栅之间的光纤弧长,确定竖直面第二运动坐标系与竖直面第一运动坐标系的变换关系,结合竖直面第一运动坐标系与竖直面固定坐标系的变换关系,获得竖直面第二运动坐标系和竖直面固定坐标系的变换关系;

g.同理可得4号、5号、...、M号光纤光栅对应的竖直面第三、第四、...、第M-1运动坐标系与竖直面固定坐标系的变换关系,据此确定竖直面传感光纤(1)的所有光纤光栅所在位置在固定坐标系中的具体坐标,最终绘制出竖直面传感光纤(1)的弯曲状态曲线,并将其作为刮板输送机(6)在竖直面内的弯曲状态曲线,与预设的竖直面直线度参考曲线进行比较,确定刮板输送机(6)在竖直面内的直线度。

4.根据权利要求3所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:

所述步骤4)中的水平面直线度分量和竖直面直线度分量分别依据刮板输送机(6)在水平面和竖直面内的直线度的确定步骤测得。

5.根据权利要求1或2所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:所述的水平面传感光纤(1)和竖直面传感光纤(2)均通过粘贴的方式沿着平行于水平面的圆柱形柔性长杆(3)纵切面的长边和沿着平行于竖直面的圆柱形柔性长杆(3)纵切面的长边布置。

6.根据权利要求1或2所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:所述的水平面传感光纤(1)和竖直面传感光纤(2)都均匀刻制若干个光纤光栅。

7.根据权利要求6所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:

所述的水平面传感光纤(1)以2.5m的间距刻制60个光纤光栅,竖直面传感光纤(2)以3.0m的间距刻制50个光纤光栅。

8.根据权利要求1或2所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:所述的水平面传感光纤(1)以及竖直面传感光纤(2)均选用普通单模光纤;所述的圆柱形柔性长杆(3)的材质为弹性合金,截面直径设置为0.05m。

9.根据权利要求1或2所述的一种综采工作面刮板输送机直线度光纤监测方法,其特征是:所述的矿用信号解调仪(4)的最大通道数不少于两通道。