8是输送带纵向监测系统实现的控制流程图。
【具体实施方式】
[0021] 如图1和图2所示，一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，一个超声波发射传感器和 一个超声波接收传感器组成一对传感器对，一对或者多对传感器对安装在输送带正下方， 所有传感器对的超声波发射传感器和超声波接收传感器都接入中央控制器，中央控制器30 输出接口连接报警装置和输送机启停控制装置。当中央控制器30向超声波发射传感器Tn 发出激励信号时，超声波发射传感器Tn会产生一定频率超声波，该超声波射入橡胶输送 带，经过橡胶输送带上下表面多次发射，顺着垂直于胶带运行方向的横断面向前传播。图1 所示，如果输送带未发生纵向撕裂，经过一定时间后，超声波接收传感器Rn会接收到传来 的超声波；图2所示，如果输送带发生纵向撕裂事故，超声波接收传感器Rn将接收不到超声 波信号，或者，即使接收到，其信号强度也较正常情况弱很多，而且接收到信号的时间较输 送带完好时花费的时间要长。纵向撕裂发生与否就是根据接收到的超声波信号的强弱和超 声波信号传播的时间来判定。
[0022] 当接收传感器接收到超声波时，就可说明这个接收传感器和与之配对的发射传感 器之间的橡胶输送带是完好的；当接收传感器未能接收到预期的超声波信号时，即可说明 这个接收传感器和与之配对的发射传感器之间的橡胶输送带发生了纵向撕裂；当接收传感 器接收到较微弱的超声波时，说明这个接收传感器和与之配对的发射传感器之间的橡胶输 送带出现了较深的划痕，但是没有穿透。
[0023] 当检测到撕裂或划痕情况时，该装置立即输出开关信号，触发报警，并控制胶带输 送机停止运转，从而避免撕裂进一步扩大。
[0024] 图3、图4所示，橡胶输送带1由上覆盖胶5、下覆盖胶6和芯胶7包覆纵向均匀排 列的镀锌钢丝绳4所构成。上覆盖胶5和下覆盖胶6表面平滑，但是在使用中，由于受到 冲撞和摩擦，表面会变得凹凸不平，为改善橡胶输送带的性能，通常在其中添加一些织物成 分，这些成分会减弱超声波的传导，例如阻燃剂。天然橡胶更容易传导超声波能量，而人工 合成橡胶传导超声波能量就很差。通常输送带接头硫化所用的弹性材料容易传导超声波能 量，这种材料一般易于硫化和粘结搭接的钢丝绳绳芯。
[0025] 进一步地，该装置也可监测橡胶输送带硫化接头的缺陷，在对一个刚刚硫化好的 接头进行检测时，如果接收传感器接收到超声波信号强度弱时，表明这个接收传感器和与 之配对的发射传感器之间存在硫化缺陷，需要重新硫化；同样地，在输送带使用过一段时间 后，如果接收传感器在某个硫化接头处接收到超声波信号强度明显减弱，则表明这个接头 处的钢丝绳芯4和芯胶7的粘着力降低，存在安全隐患，提醒用户进一步检测，因此，可以提 前预测到硫化接头的失效。
[0026] 如图5所示，现以四对传感器对为例加以说明，T1、T2、T3和T4是超声波发射传感 器，RU R2、R3和R4是超声波接收传感器。Tl和RU T2和R2、T3和R3、T4和R4,每两个 构成一对传感器对，共四对。每个传感器轮面向上正压在承载带下表面，在输送带驱动下转 动，每个轮轴严格垂直于输送带运行方向，同组中的发射传感器和接收传感器的轮轴线位 于同一输送带横断面上。
[0027] 图6所示，一个轮式超声波传感器安装在承载带(装载物料的输送带）下方。轮胎 84向上正压在橡胶输送机承载带11的下表面，轮胎84在橡胶输送带静摩力的驱动下可以 自由转动；在正压力的作用下，轮胎84的顶部与与承载带11下表面形成滚动接触区，超声 波束34沿超声波轴线36通过该接触区实现传播。
[0028] 超声波的范围很宽，超声波在介质中传播时，强度随其传播距离增大而减弱，这是 由于超声能量在传播过程中被吸收，超声的吸收与介质的密度、粘滞性、导热性及超声的频 率等有关。且介质的吸收系数又与超声波频率的平方成正比，因而高频超声在衰减异常剧 烈，此外环境温度也会影响超声波的传播性能。在钢丝绳芯橡胶输送带纵向撕裂监测及保 护装置中，根据输送带橡胶成分、输送带特性和环境温度的差异，我们选用40KHz-150KHz 频率范围内的超声波。
[0029] 图7显示了中央控制器设计框图。该中央控制器结构基于FPGA和ARM平台，其主 要由多通道模拟信号前端、FPGA信号处理系统、ARM主机以及外设接口等部分。多通道模拟 信号前端包括超声波发射接收电路、通道选择模块、信号调理模块及A/D转换模块。超声波 发射接收电路用于产生激励超声波传感器的高压负脉冲，并接收来自接收传感器监听到的 超声波电信号，该信号送入信号调理电路进行放大等处理，然后在FPGA的控制下进行A/D 转换。通道选择电路用以控制超声波通道的开关。N组发射电路是完全相同的，采用分时工 作方式。此N路发射电路被设置为重复工作方式，其重复频率以及探头的激活顺序根据橡 胶输送带的宽度等具体情况而定，通过ARM嵌入式计算机的主界面参数设置项中设定。发 射电路的激励是由FPGA来完成的，当FPGA输出的窄脉冲加在某一发射电路上时，该发射电 路便开始工作。
[0030] 实现过程包括： 在钢丝绳芯橡胶输送承载带下方安装一对或者多对传感器对；根据橡胶输送带的宽 度、橡胶输送带的橡胶材质特性确定超声波传感器之间的间距和使用超声波传感器对的数 量。
[0031] FPGA按一定周期向各通道发射激励脉冲，第1、n+l、2n+l、3n+l、…脉冲触发第一 通道发射传感器工作，第2、n+2、2n+2、3n+2、…脉冲触发第二通道发射传感器工作，第3、 n+3、2n+3、3n+3、…脉冲触发第三通道发射传感器工作，第4、n+4、2n+4、3n+4、…脉冲触发 第四通道发射传感器工作，…第n、n+n、2n+n、3n+n、…脉冲触发第n通道发射传感器工作， 这样每个通道依次循环工作。在某一通道的发射电路开始工作时，其它通道的发射和接收 电路都关闭。
[0032] 图8所示钢丝绳芯橡胶输送带撕裂装置的控制流程，首先系统初始化，轮训、并记 录各通道超声波从发射到接收所经历的时间tn。初始化完成后，选通某一路超声波传感器 发射超声波，并启动定时器开始计时，如果接收传感器在tn时间内没有监听到对应的发射 传感器发射出的声波信号，表明橡胶输送带发生撕裂，主控系统产生报警输出。如果接收传 感器在tn时间内监听到对应的发射传感器发射出的声波信号，则主控系统对该信号进行 解析，并存储监测数据，同时判断收到的超声波较发射传感器发射的始波是否发生波形特 征参数变化，如有，则表明橡胶输送带存在异常，主控系统输出报警。tn时间结束后，选通下 一通道。
【主权项】
1. 一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，其特征在于：一个超声波发射传感器和一个超 声波接收传感器组成一对传感器对，一对或者多对传感器对安装在输送带正下方，所有传 感器对的超声波发射传感器和超声波接收传感器都接入中央控制器，中央控制器输出接口 连接报警装置和输送机启停控制装置。
2. 根据权利要求1所述的一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，其特征在于：采用多对 传感器对安装在输送带正下方时，多对传感器对安装在输送带两个横截面的正下方，第二 个横截面的传感器对与第一个横截面的传感器对交错部分重叠排列，所有传感器对的检测 横断面宽度累加后能覆盖输送带整个带宽。
3. 根据权利要求1所述的一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，其特征在于：中央控制 器周期性依次向各传感器对的超声波发射传感器发出发射激励脉冲，在其中一对传感器对 的超声波发射传感器处于工作时，其它传感器对的超声波发射传感器都处于关闭状态。
4. 根据权利要求1到3任意一个权利要求所述的一种胶带输送带纵向撕裂监测装置， 其特征在于：超声波发射传感器所采用的频率为40KHz-150KHz。
5. 根据权利要求4所述的一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，其特征在于：超声波发 射传感器和超声波接收传感器为轮式结构，轮式传感器的轮胎胎面向上正压在输送机承载 带的下表面，输送带运行时，轮式传感器在静摩擦力作用下转动。
【专利摘要】本发明涉及输送带监测领域，特别涉及采用超声波技术来监测输送带纵向划痕和裂缝。一种胶带输送带纵向撕裂监测装置，一个超声波发射传感器和一个超声波接收传感器组成一对传感器对，一对或者多对传感器对安装在输送带正下方，所有传感器对的超声波发射传感器和超声波接收传感器都接入到中央控制器，中央控制器输出接口连接报警装置和输送机启停控制器。中央控制器根据是否监听到超声波以及所监听到超声波信号的特征来判断橡胶输送带当前状况。
【IPC分类】B65G43-02
【公开号】CN104692077
【申请号】CN201510049002
【发明人】樊星, 李庆赟, 杨艳霞, 霍立志
【申请人】苏州凯驰机电科技有限公司
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年1月30日