基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统的制作方法

本实用新型涉及一种基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统。

背景技术：

皮带机作为煤矿关键的运输设备，其运输过程是煤矿生产的重要环节，能否正常运行直接影响着煤矿的生产效益，在运输过程中一旦出现烟雾、跑偏、堆煤、撕裂等故障、以及机械故障，轻则降低皮带机的生产运输效率，重则造成生产停顿，导致重大的经济损失，甚至出现设备毁坏、危及生命财产安全的恶性事故。

目前一些针对井下皮带机安全监测领域开发的产品设备已经取得了一定的发展，例如采用压电式加速度振动传感器测量皮带机振动情况。但与安全生产要求之间还存在着较大的差距，传感器可靠性差，精度低，受电磁场干扰严重，不防潮，寿命短，系统缺少数据分析处理能力，严重影响皮带机监控系统的整体性能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是如何填补现有技术的上述空白，提供一种基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统。

为解决上述技术问题，本基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统，包括井下监控主机、数据处理服务器和参数预警手机，井下监控主机与数据处理服务器电连接，参数预警手机内设有参数越线预警手机app，参数越线预警手机app设有运行状态监测模块、异常预警故障报警模块、运行参数记录模块，智能查询模块和故障诊断模块，其特征在于：其还包括矿用光纤光栅解调仪、12个矿用光纤光栅振动传感器和矿用光纤光栅温度传感器。

12个矿用光纤光栅振动传感器分别安装在配用皮带输送机前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器后轴径向水平方向和径向垂直方向，通过上述矿用光纤光栅振动传感器的组合，实现对配用皮带输送机的前、后轴，配用皮带输送机减速器的前、后轴和配用皮带输送机压力耦合器的前、后轴在其各自的径向水平方向和径向垂直方向的振动的监测，矿用光纤光栅温度传感器安装在配用皮带输送机的驱动辊筒的轴承处，各个矿用光纤光栅振动传感器和矿用光纤光栅温度传感器分别与矿用光纤光栅解调仪相连，矿用光纤光栅解调仪解调出的各个参数分别发至井下监控主机。

如此设计，通过12个光纤光栅振动传感器采集配用皮带输送机各个轴在在其各自的径向水平方向和径向垂直方向的振动，通过矿用光纤光栅温度传感器监测配用皮带输送机的驱动辊筒的轴承温度，可以全方位监测配用皮带输送机的振动及重点部位的温度变化，一方面由井下监控主机通过进行实时监控，另一方面通过数据处理服务器将上述信息实时或定期发给参数预警手机，地面工作人员可进行远程监控，发现问题及时处理。

作为优化，其还包括矿用光纤光栅速度传感器，配用皮带输送机的下层输送带上压有一个从动张紧辊，所述矿用光纤光栅速度传感器设置在该从动张紧辊上，矿用光纤光栅速度传感器亦与矿用光纤光栅解调仪相连。

如此设计，从动张紧辊处于上、下层输送带之间，并压在下层输送带上，一方面可以避免煤块等杂物干扰，另一方面完全随输送带动作，从动张紧辊的外圆周的线速度与输送带的线速度完全相同，更加准确。

本实用新型基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统精度高、可全方位监测配用皮带输送机的振动，准确监控配用皮带输送机的驱动辊筒的轴承温度，广泛适用于各种矿井。

附图说明

下面结合附图对本实用新型基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统作进一步说明：

图1是本基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统的电路示意图。

图中：1为井下监控主机、2为数据处理服务器、3为参数预警手机、4 为参数越线预警手机app、5为运行状态监测模块、6为异常预警故障报警模块、7为运行参数记录模块、8为智能查询模块、9为故障诊断模块、10 为矿用光纤光栅解调仪、11为矿用光纤光栅振动传感器、12为矿用光纤光栅温度传感器、13为矿用光纤光栅速度传感器、14为配用皮带输送机。

具体实施方式

实施方式一：如图1所示，本基于光纤光栅传感器的煤矿综采面皮带机监测及故障诊断系统包括井下监控主机1、数据处理服务器2和参数预警手机3，井下监控主机1与数据处理服务器2电连接，参数预警手机3内设有参数越线预警手机app4，参数越线预警手机app4设有运行状态监测模块 5、异常预警故障报警模块6、运行参数记录模块7，智能查询模块8和故障诊断模块9，其特征在于：其还包括矿用光纤光栅解调仪10、12个矿用光纤光栅振动传感器11和矿用光纤光栅温度传感器12。

12个矿用光纤光栅振动传感器11分别安装在配用皮带输送机前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器后轴径向水平方向和径向垂直方向，通过上述矿用光纤光栅振动传感器的组合，实现对配用皮带输送机的前、后轴，配用皮带输送机减速器的前、后轴和配用皮带输送机压力耦合器的前、后轴在其各自的径向水平方向和径向垂直方向的振动的监测。

矿用光纤光栅温度传感器12安装在配用皮带输送机的驱动辊筒的轴承处，各个矿用光纤光栅振动传感器和矿用光纤光栅温度传感器分别与矿用光纤光栅解调仪相连，矿用光纤光栅解调仪解调出的各个参数分别发至井下监控主机。

其还包括矿用光纤光栅速度传感器13，配用皮带输送机(图中未示出) 的下层输送带上压有一个从动张紧辊(图中未示出)，所述矿用光纤光栅速度传感器13设置在该从动张紧辊上，矿用光纤光栅速度传感器13亦与矿用光纤光栅解调仪相连。

矿用光纤光栅传感器主要包括矿用光纤光栅振动传感器、矿用光纤光栅温度传感器和矿用光纤光栅速度传感器。矿用光纤光栅振动传感器主要对配用皮带输送机前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机减速器后轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器前轴径向水平方向和径向垂直方向、配用皮带输送机压力耦合器后轴径向水平方向和径向垂直方向的振动监测，通过多个传感器组合，实现二维振动的测量。矿用光纤光栅温度传感器主要对皮带机轴承进行温度监测，矿用光纤光栅速度传感器主要对皮带机的速度进行监测。

矿用光纤光栅传感器将皮带机振动、温度、速度等监测信号经井下光纤传给矿用高速光纤光栅解调仪，解调仪利用波长可调谐扫描激光器技术原理，有多片FPGA级联成并行总线式实时处理阵列，数据处理能力达到 10Gbit/s，可以快速地将光纤光栅动态信号解调。光纤光栅解调仪光纤光栅节点作为分布测量点，其有很高的环境适应性、稳定性、测量重复精度及测量容量可扩展性。它的通道最大采样速率可达3000Hz。数据处理能力达到10Gbit/s，然后将皮带机的各项参数传给井下监控主机。井下监控主机将皮带机的参数实时显示，并通过地面环网传给井上数据处理服务器。

数据处理服务器主要有皮带机运行状态实时监测的功能、异常预警故障报警的功能、各项运行参数自动记录、智能查询的功能和故障诊断的功能。实时监测设备运行状态的功能，无需操作人员去现场巡查抄表就可实时获取各项参数的实际值。实时监测的参数主要为振动、温度、速度。当皮带机运行状态发生异常时，在故障前进行预警提示，以提醒工作人员设备出现异常，需要进行及时检查与维护；当皮带机发生故障时，利用大数据和数据挖掘技术提取特征数据并进行诊断，发出声光报警，同时紧急停机，进行维修。以前的系统需要人工抄表来记录皮带机的各项运行参数，本系统能够自动记录皮带机运行过程中的关键状态参数值，每隔20秒存档一次，将监测数据存入历史数据库，每天自动形成日报表并自动存储，提供真实有效的历史数据，以便作为以后皮带机的检修校正经验数据库。智能查询皮带机的相关信息，各种信息也可以轮流显示，包括实时数据、历史数据、实时曲线、历史曲线、报表、报警记录等。在地面监控室内，煤矿领导、相关部门以及工作人员可以实时了解、掌握、查询皮带机的运行状态。通过设备的状态特征与典型的故障特征进行对比，找出相似的故障原因及故障部位等，还可以打印出有关报警的详细显示结果。

建立移动监控终端与参数越限报警发布机制，手机app客户端通过云端服务器与监控室的操作主机进行联网，当某些参数超过了设定值时，提供报警推送功能，提示设备运行的故障点，并且当输入正确的用户名和密码时，可控制配套机电设备的远程启停。界面友好，操作简单、方便。