专利名称：带内传送带托辊状况监控设备和方法
技术领域：
本发明一般涉及监控系统，更具体地，涉及带内传送带托辊状况的监控设备和方法。
背景技术：
传送带应用广泛。在一些应用中，传送带用来输送大块材料例如矿石、煤炭和谷 物。在这些应用中的传送带可能有50千米长并且可能安装在危险或者环境不友好地区。通常，传送带由在一端的头滑轮和在另一端的尾滑轮驱动。在头滑轮和尾滑轮之 间，通常用托辊支撑着传送带。托辊通常安在框架上并在轴承上旋转。
发明内容
本发明提供一种带内传送带托辊状况监控的设备和方法。在第一个实施例中，一种方法包括利用机械地耦合到传送带上的传感器检测传送 带支撑结构的特性，并且无线传送对应于检测到的特性的信号。所述方法还包括基于传送 的信号确定支撑结构的状况。在特定实施例中，所述支撑结构是多个支撑结构中的一个，每个支撑结构的特性 都被检测并且与支撑结构的标识符相关联。在其它特定实施例中，支撑结构包括多个元件 并且每个元件被相应的多个传感器中的一个检测。在第二个实施例中，一种系统包括传送带，传送带的支撑结构，机械耦合到传送带 的传感器，以及监控系统。传感器检测支撑结构的特性并且将对应于检测到的特性的信号 无线传送到监控系统。监控系统基于传送的信号确定支撑结构的状况。在第三个实施例中，一种系统包括传感器，控制器和无线接口。传感器机械耦合到 传送带，检测与传送带关联的支撑结构的特性，并且响应该特性产生第一信号。控制器接收 并存储所述第一信号，并依据所述存储的第一信号产生第二信号。无线接口接收并无线传 送所述第二信号。根据下面的附图、描述和权利要求，其它的技术特性对本领域技术人员而言是显 而易见的。
为了更全面地理解本发明，可以结合附图参考以下说明，附图中图1是依据本发明的传送带系统的示意图；图2是依据本发明的传送带系统的截面图；和图3是依据本发明的传送带无线传感器的示意图。
具体实施例方式图1是依照本发明的传送带系统100的示意图。根据本发明的传送带102绕头滑
4轮106和尾滑轮104安装。在头滑轮106和尾滑轮104之间，带102由托辊组件108a_108h支撑。托辊磨损或轴承故障可能导致传送带磨损或未对准。托辊故障可能导致传送带撕 裂，随之而来造成生产的重大损失。在传统的传送带系统中，托辊检查可能很少进行或者很 贵，原因可能包括传送带环境的恶劣、传送带系统的长度、在传送带运行的同时检查托辊的难度。在本发明的一个实施方式中，无线传感器系统110、112和114嵌入在传送带102 中。当传感器110、112和114经过每个托辊组件108￡1-10811时，传感器110、112和114检 测托辊组件的一个或多个特性并将检测到的信息存储以便稍后上传至监控或控制系统。当 传感器114进入无线通信节点116的无线通信范围内时，执行存储信息的上传。类似地，当 传感器系统110和112进入i节点116的通信范围时，它们将执行存储信息的上传。节点116也可以被称作中间节点或i节点。节点116与网关节点118无线通信， 网关节点118通过通信链路122与监控系统120通信。虽然传感器114显示为与i-节点116进行无线通信，但是可以理解，在其它实施 方式中，传感器114可以在网关节点118的无线通信范围内并与之直接通信。此外，当i-节 点116不在网关118的无线通信范围内时，另外的i_节点可用来中继i_节点116和网关 118之间的无线通信。虽然图1中显示了传送带102具有三个无线传感器，但可以理解，在其它实施方式 中，可以使用更少的传感器，或者传送带内可以包括另外的传感器以便更频繁地上传所存 储的与托辊状况有关的信息。类似地，另外的i-节点可以安装在沿传送带系统100的其它 地方，以允许使用具有较小存储容量的传感器或提供抗故障冗余通信和更频繁的存储信息 的上传。同样，虽然图1中显示了 8个托辊，可以理解在其它实施方式中可以使用更多或更 少的托辊。无线传感器系统110、112和114有独立电源，所述电源可包括电池或其它电源装 置。当电源是电池时，电池可以选为提供若干年寿命，以降低为了更换电池而停止传送带的 频率。当电源是可充电装置时，可以提供充电站124从而在无需接触传感器的情况下为电 源充电。在图1所示的实施方式中，充电站124利用感应电能传输为传感器系统110中的 电源充电。充电站124也作为传感器110、112和114绕传送带系统100的滑轮和托辊行进时 的位置参照物。如图1所示，当传送带102顺时针方向旋转时，托辊组件108g被识别为经过 充电站后遇到的第一个托辊，接着依次是头滑轮106，托辊滑轮108h，托辊组件108f，108d 和108b，尾滑轮104，和托辊组件108a，108c和108e。利用充电站124作为位置参照物，传 感器110、112和114能够通过监控系统120可以正确解译的方式来标识存储的信息。可以理解，在其它实施方式中，可以为传感器110、112和114提供其它的位置参照 物。在一个实施方式中，i_节点116或其它无线装置可以提供位置参照物。在另一个实施 方式中，托辊滑轮之间独特的间距可被认为是位置参照物。图2是依据本发明的传送带系统的截面图。图1中的传送带102位于托辊组件 108a的上面。传送带102由橡胶制成，并利用钢丝帘线222加固。无线传感器系统110、112 和114嵌入带102中并且与带102的内表面(图2中为带102的下表面)齐平或邻近。传感器系统110、112和114可以像塞子一样装入橡胶中，并且利用其它手段粘在或紧固在传 送带102中的适当位置。虽然如图1所示传感器通常沿着带102的长度间隔开，但为了便 于描述在图2中将它们显示在带102的单个截面中。虽然图2的实施方式是具有钢丝帘线加强的橡胶带，但在其它实施方式中，传送 带可以由其它耐用且柔韧的材料制成，可以有或没有加强。在另外其它的实施方式中，传送 带可以是连接起来的金属片段或其它柔韧或非柔韧的材料的片段。考虑到当带102运载的材料施加的力224将其压向惰辊202、204和206时，带102 呈U形结构，托辊组件108a包括跨过传送带102宽度方向间隔开的三个惰辊202、204和 206。惰辊202绕轴208旋转，并且通过托辊轴承214a和214b支撑在轴208上。类似地， 惰辊204绕轴210旋转，并且由托辊轴承216a和216b支撑。惰辊206绕轴212旋转，并且 由托辊轴承218a和218b支撑。轴208、210和212由基座220支撑，基座220可以是实体 结构，如图2所示，或者可以是沿着传送带系统100外围运行的缆索。正如将要参照图3所进一步描述的那样，当传感器110经过惰辊202时，它检测辊 202和轴承214a、214b的状况的一个或多个特性。类似地，传感器112和114分别检测辊 210和212及它们的轴承的特性。图3是依据本发明的带内无线传感器系统300的示意图。传感器系统300包括 适于制作在或安装在传送带内的壳301。传感器系统300还包括由电源314供电的控制器 308。压力传感器302、振动传感器304和温度传感器306电耦合到控制器308。控制器308 还电耦合到通过天线312发送和接收无线信号的无线接口 310。如参照图1所描述的，在一些实施方式中电源314可以是在必要时更换的电池。在 其它实施方式中，电源314可以是可充电装置并且传感器系统300可以包括可选的电源输 入装置316。电源输入装置316可以包括线圈，允许感应电能耦合到外部装置，例如图1中 所示的充电站124。在另外的实施方式中，电源输入装置316可以是力换能器(例如压电装 置)，其将传感器通过托辊组件时受到的力的一部分转变为电能来为电源316充电。无线传感器系统300根据压力传感器302检测到的压力的增加从而判断出其正在 经过托辊。在其它实施方式中，系统300可以通过其它方法判断传感器正在经过托辊，例 如，从传感器经过位置参照物后过去的时间量。控制器308在传感器系统300经过托辊之 前、期间和之后，分别从传感器302、304和306接收压力、振动和温度的测量结果。控制器 308将所述测量结果和与托辊相关联的标识符一起存储。正如参照图1所描述的那样，标识 符可以是指示托辊在位置参照物之后的一系列托辊中的位置的序号。当控制器308通过天线312和无线接口 310从无线收发器(例如图1中的i_节 点116)接收到轮询消息时，控制器308发送自从其接收到的上一个轮询消息起所存储的一 些或全部测量结果和托辊标识符。正如参照图1所描述的那样，存储的测量结果从i_节点116通过网关118转送到 监控系统120。应用程序可对接收到的托辊标识符进行任何所需的转换，并且将测量结果存 储在托辊标识符安排的数据库中。接着应用程序分析单个测量结果中和一段时间内的一系 列测量结果中的接收到的信息，来检测托辊特性以及托辊特性的变化。可以根据对无线传感器系统110、112和114获得和发送的压力、振动和温度测量 结果中各种测量结果的分析，确定例如托辊表面的状况、引起托辊故障的辊或轴承未对准、
6托辊轴承的状况等特性。响应于检测到的状况，监控系统120可以为托辊组件108a-108h 之一制定维护时间表，改变传送带系统100的运行特性或者采取其他适当的措施。在其它实施方式中，可以使用用于检测除压力、振动和温度之外的特性的传感器。 在另外的实施方式中，可以在将数据传送给i_节点116之前，在无线传感器系统110、112 和114中执行一些计算和分析。这样，与从传感器系统中传送原始测量数据的实施方式相 比，要传送的数据量可以减少。依据本发明这里简单描述了一种无线传感器系统300。关于这种无线系统的其它 细节是本领域公知的而且对于理解本发明不是必需的。同样，还描述了可用在传送带系统 100中的一种特定类型的无线传感器系统300。包括任何其它或者另外的、用来无线传输检 测到的关于托辊组件的信息的部件的机器或设备也可以使用。另外，本发明不局限在应用 于传送矿石、煤炭和谷物的传送带系统，其也可以应用于传送其它物品或材料的传送带系 统。上述说明和相关附图已经描述和阐释了带内传送带托辊状况监测无线传感器300 的一个特定实施方式的各个方面。在不背离本发明范围的前提下，无线传感器系统300的 其它实施方式也可以使用。在一些实施方式中，上面描述的各种功能由计算机程序执行或支持，该计算机程 序由计算机可读程序代码构成并且包括在计算机可读介质内。短语“计算机可读程序代 码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读 介质”包括任何类型的可以由计算机访问的介质，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器 (RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频盘(DVD)、或任何其它类型的介质。阐明本申请文件中使用的词汇和短语的定义可能更好。词汇“耦合”及其派生词是 指两个或更多元件之间直接或间接的通信，无论这些元件相互之间是否有物理接触。词汇 “应用程序”和“程序”指适于以适当的计算机代码(包括源代码，目标代码，或可执行代码) 执行的一个或多个计算机程序、软件构件、指令组、进程、功能、目标、分类、实例、相关数据、 或以上各项的一部分。词汇“发送”、“接收”、“通信”以及它们的派生词，包含直接或间接通 信。词汇“包括”、“包含”以及它们的派生词，意味着包含但不限制。词汇“或”是包含性的， 意味着和/或。短语“与…关联”、“与其相关联”以及它们的派生词，意思可以是包括、被包 括、相互连接、包含、被包含、连接到或连接于、耦合到或耦合于，可传达到、与…合作、交织、 并置、接近、束缚于或与…束缚在一起、具有、具有…属性等等。词汇“控制器”意思是控制 至少一个操作的任何装置、系统或其部分。控制器可以在硬件、固件、软件或至少其中的两 种的组合中实施。与任何特定控制器有关的功能，无论是本地的还是远程的，都可以是集中 的或分散的。虽然本发明描述了一些实施方式和通常相关的方法，但是这些实施方式和方法的 变型和置换对本领域技术人员而言是显而易见的。因而，上述举例的实施方式的描述不是 对本发明的限制或约束。其它不背离本发明精神和范围内改变、替换和变型都是可能的，本 发明的精神和范围由下面的权利要求限定。
权利要求
一种方法，包括利用机械地耦合到传送带的传感器(110 114)检测传送带(102)的支撑结构(108a 108h，202，210，212，214a 214b)的特性；无线传送与检测的特性相对应的信号；以及基于传送的信号确定支撑结构的状况。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述支撑结构是多个支撑结构中的第一支撑结构， 并且其中检测特性包括检测每个支撑结构的特性并且将检测的特性与支撑结构的标识符相关联；无线传送信号包括无线传送与检测的特性相对应的一个或多个信号和相关联的支撑 结构的标识符；并且确定状况包括基于一个或多个传送的信号来确定每个支撑结构的状况。
3.如权利要求1所述的方法，其中支撑结构包括多个元件并且其中检测特性包括利用机械地耦合到传送带的相应的多个传感器检测每个元件的特性； 无线传送信号包括无线传送与所检测到的所述元件的特性相对应的一个或多个信号；确定状况包括基于所述一个或多个传送的信号确定每个元件的状况。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述支撑结构是多个支撑结构中的第一支撑结构； 每个支撑结构包括多个元件；并且检测特性包括利用所述传感器中的第一传感器检测每个支撑结构的元件中的第一元 件的特性。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述特性是压力、振动和温度中的至少一个。
6.一种系统(100)，包括 传送带(102)；与传送带关联的支撑结构(108a-108h，202，210，212，214a-214b)； 机械地耦合到传送带的传感器(110-114)；和 监控系统(120)； 其中传感器用于检测支撑结构的特性并且将对应于检测的特性的信号无线传送到监控系 统；并且监控系统用于基于传送的信号确定支撑结构的状况。
7.如权利要求6所述的系统，其中所述支撑结构是多个支撑结构中的第一支撑结构； 所述传感器用于检测每个支撑结构的特性并将检测的特性与支撑结构的标识符相关联； 无线传送与检测的特性相对应的一个或多个信号和相关联的支撑结构的标识符；以及 监控系统用于基于所述一个或多个传送的信号确定每个支撑结构的状况。
8.如权利要求6所述的系统，其中支撑结构包括多个元件；所述传感器是机械地耦合到传送带的多个传感器中的第一传感器； 每个传感器用于检测所述支撑结构的相应元件的特性并且将对应于检测的特性的信 号无线传送给监控系统；并且监控系统用于基于传送的信号确定每个元件的状况。
9.一种系统(100)包括机械地耦合到传送带(102)的传感器(302-306)，其用于检测与传送带相关联的支撑结构(108a-108h，202，210，212，214a-214b)的特性；并且 响应于检测的特性产生第一信号； 控制器(308)，其用于 接收来自传感器的第一信号； 存储该第一信号；并且依据所述存储的第一信号产生第二信号；以及 无线接口(310)，其用于接收所述第二信号并无线传送该第二信号。
10.如权利要求9所述的系统，其中 所述传送带经过多个支撑结构；所述传感器用于检测传送带所经过的每个支撑结构的特性并且响应于检测的特性产 生多个第一信号； 所述控制器用于将相应支撑结构的标识符与每个第一信号相关联； 存储每个相关联的第一信号和标识符；以及 依据存储的相关联的第一信号和标识符产生第二信号。
全文摘要
提供一种带内传送带托辊状况监控的方法和系统。传感器(110-114)机械耦合到传送带(102)上并且检测与传送带关联的支撑结构(108a-108h，202，210，212，214a-214b)的特性。传感器将相应的信号无线传送给监控系统(120)。监控系统基于传送的信号确定支撑结构的状况。支撑结构可以是多个支撑结构中的一个，每个支撑结构的特性都可以被检测并与支撑结构的标识符相关联，并且被传送给监控系统。支撑结构可以包括多个元件并且可以利用相应的多个传感器中的一个检测和传送每个元件的特性。
文档编号B65G15/30GK101932517SQ200980104024
公开日2010年12月29日 申请日期2009年1月24日 优先权日2008年2月4日
发明者V·N·弗里曼 申请人:霍尼韦尔国际公司