4.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的准直透镜集群I (9)由16个准直透镜构成，每个准直透镜的数值孔径范围为0.38至0.49，每个准直透镜的通光孔径多3.6mm，光束发散角为0.2°至0.3°，插入损耗< 0.05dB，准直透镜的增透膜范围为1050nm至1620nm ;准直透镜集群II (10)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群IV (12)均采用准直透镜集群I (9)的构成方法； 准直透镜集群I (9)、准直透镜集群II (10)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群IV (12)的尾纤全部采用单模光纤SMF-28;准直透镜集群I (9)、准直透镜集群II (10)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群IV (12)分布在同一圆形轨迹。5.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的环形孔盘(13)通过铸造成型，并预留准直透镜集群I (9)、准直透镜集群II (10)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群IV (12)的安装孔，环形孔盘(13)与滚筒(21)具有相同的横截面尺寸，环形孔盘(13)的横截面圆心与滚筒(21)的横截面圆心同轴，环形孔盘(13)的横截面与滚筒(21)的横截面互相平行，环形孔盘(13)直接焊接在采煤机的摇臂上，与采煤机的滚筒转轴(20)无连接关系。6.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的磁性接近开关I (14)、磁性接近开关II (15)、磁性接近开关III (16)和磁性接近开关IV (17)采用干簧管式接近开关，并选用本质安全类型，输出状态为常开型，使用寿命多100万次； 所述的触发信号调理模块(18)实时采集磁性接近开关I (14)、磁性接近开关II (15)、磁性接近开关III (16)和磁性接近开关IV (17)的触发信号，对触发信号进行放大和滤波处理，并转换成工控机(19)能够识别的数字信号，触发信号调理模块(18)具有GPIB通信接口，对单路触发信号的响应时间< 2.5ms ο7.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器(22)对滚筒(21)的温度和应变进行同时测量，以实时监测滚筒(21)的机械状态，光纤光栅传感器(22)的工作波长范围为1525nm至1565nm，光栅反射率多90%,其中，温度测量范围为_40°C至120°C，温度分辨率为0.1°C，应变测量范围为±1500 μ ε，应变分辨率为0.5 μ ε。8.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的永磁铁(23)采用方形铁氧体永磁铁，尺寸为100_X60_X 15_。9.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器的准直透镜(24)与准直透镜集群I (9)的准直透镜具有相同的性能指标，光纤光栅传感器的准直透镜(24)的初始位置与准直透镜集群I (9)、准直透镜集群II (10)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群IV (12)的某一个准直透镜的初始位置对准。10.一种采煤机滚筒光纤传感方法，其特征在于，包括采煤机滚筒(21)顺时针旋转机械状态监测和采煤机滚筒(21)逆时针旋转机械状态监测过程: 1)当采煤机滚筒(21)沿着顺时针旋转，并且永磁铁(23)的初始位置位于磁性接近开关II (15)和磁性接近开关III (16)之间，则当采煤机滚筒(21)开始旋转后，永磁铁(23)首先进入磁性接近开关III (16)的感应区，磁性接近开关III (16)的触发信号经过触发信号调理模块(18)传输至工控机(19)，结合存储在工控机(19)的滚筒(21)旋转方向信息，工控机(19)向1X4光开关(4)输送控制指令，用于打开1X4光开关(4)的输入尾纤与输出尾纤I之间的光通道； 宽带光源(1)的输出光波首先经过2X1光纤耦合器(2)进入1X4光开关(4)，然后通过1X4光开关(4)的输出尾纤I进入光纤耦合器集群I (5)，而后通过光纤耦合器集群I (5)的输出尾纤进入准直透镜集群I (9)，最后由准直透镜集群I (9)输出光束阵列；光束阵列的某一束光波从光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入光纤光栅传感器(22)，这束输入光波在光纤光栅传感器(22)中被光纤光栅反射，携带滚筒机械状态包括温度和应变信号的反射光波经过光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入准直透镜集群I(9)的某一个准直透镜，依次通过光纤親合器集群I (5)、1 X4光开关(4)、2X 1光纤親合器(2)，最后进入光纤光栅解调模块(3)，由光纤光栅解调模块(3)对反射光波的光谱进行测量，并将测量结果传输到工控机(19)上进行数据换算和存储，进而获得滚筒(21)的机械状态； 随着滚筒(21)的旋转，光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)在经过准直透镜集群I (9)后，将依次经过准直透镜集群IV (12)、准直透镜集群III (11)和准直透镜集群II(10)，参照光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)经过准直透镜集群I (9)的光传输特征，光纤光栅传感器(22)将继续完成三次滚筒(21)的机械状态测量； 2)当采煤机滚筒(21)沿着逆时针旋转，并且永磁铁(23)的初始位置位于磁性接近开关II (15)和磁性接近开关III (16)之间，则当采煤机滚筒(21)开始旋转后，永磁铁(23)首先进入磁性接近开关II (15)的感应区，磁性接近开关II (15)的触发信号经过触发信号调理模块(18)传输至工控机(19)，结合存储在工控机(19)的滚筒(21)旋转方向信息，工控机(19)向1X4光开关(4)输送控制指令，用于打开1X4光开关(4)的输入尾纤与输出尾纤III之间的光通道； 宽带光源(1)的输出光波首先经过2X1光纤耦合器(2)进入1X4光开关(4)，然后通过1X4光开关(4)的输出尾纤III进入光纤耦合器集群III (7)，而后通过光纤耦合器集群III(7)的输出尾纤进入准直透镜集群III (11)，最后由准直透镜集群III (11)输出光束阵列； 光束阵列的某一束光波从光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入光纤光栅传感器(22)，这束输入光波在光纤光栅传感器(22)中被光纤光栅反射，携带滚筒机械状态包括温度和应变信号的反射光波经过光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入准直透镜集群III(11)的某一个准直透镜，依次通过光纤親合器集群III (7)、1X4光开关(4)、2X 1光纤親合器(2)，最后进入光纤光栅解调模块(3)，由光纤光栅解调模块(3)对反射光波的光谱进行测量，并将测量结果传输到工控机(19)上进行数据换算和存储，进而获得滚筒(21)的机械状态；随着滚筒(21)的旋转，光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)在经过准直透镜集群III (11)后，将依次经过准直透镜集群IV (12)、准直透镜集群I (9)和准直透镜集群II(10)，参照光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)经过准直透镜集群III (11)的光传输特征，光纤光栅传感器(22)将继续完成三次滚筒(21)的机械状态测量。
【专利摘要】本发明公开了一种采煤机机械状态光纤传感装置，包括宽带光源（1）、2×1光纤耦合器（2）、光纤光栅解调模块（3）、1×4光开关（4）、光纤耦合器集群、准直透镜集群、磁性接近开关、触发信号调理模块（18）、工控机（19）、滚筒（21）、光纤光栅传感器（22）、永磁铁（23）和光纤光栅传感器的准直透镜（24）；同时还公开了一种利用本装置进行的传感方法；本发明构建了采煤机滚筒上光纤光栅传感器的“点对线”信号传输通道，解决了传感信号无线传输的难点，降低了传感信号数据的传输容量限制，实现了采煤机滚筒机械状态多点多参量的同步监测，具有测量范围大、分辨率高、响应速度快、抗干扰能力强和防爆的优点。
【IPC分类】G01D5/32, G01D5/353, G01D5/38
【公开号】CN105403236
【申请号】CN201510796179
【发明人】许少毅, 李威, 邢方方, 刘玉飞, 魏华贤, 王世博, 刘万里, 徐晗, 路恩, 鞠锦勇, 王茗, 杨康, 盛连超, 司卓印, 张金尧, 须晓锋, 董事
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月18日