矿用水平仪监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的是提出一种新型矿用水平仪监测系统，用以解决掘进机等施工设备操作人员需要脱离危险环境、远距离遥控操作设备时无法准确掌握水平仪反映的水平及水平倾斜角度等问题。本实用新型可适用于井下工作环境，对待测平面的倾斜角度信号和倾斜方位信息实时提取，无线直接传输至显示设备，解决了井下巷道掘进时，司机远离危险环境，远程操控掘进机水平掘进的问题，适用于各类工业现场，为井下的自动化控制中水平监控提供了一种新的监控仪器。
【专利说明】矿用水平仪监测系统
【技术领域】
[0001]本产品涉及一种煤矿矿井无线传输的水平仪的监测系统及方法，其适用于井下巷道掘进机(或掘锚机、连采机)水平掘进的监控。
【背景技术】
[0002]随着煤炭采掘自动化水平越来越高，在煤矿井下综采工作面中，对采煤设备的状态监测与掌控已成为国内现代化煤矿的迫切需求。目前，可供井下使用的水平监控仪器，依靠观察水平尺中心空气泡是否在其中心位置，来确定被测物体平面是否达到了水平。需要远距离观看时，工作人员无法看清被测物体平面是否达到了水平及水平倾斜角度，不能为操作人员提供准确的数据。
[0003]目前，井下水平掘进时水平的监测，仅能依靠人工监视安装在掘进机等设备上的水平仪来进行。依靠人眼观察水平仪上水平尺中心空气泡是否在其中心位置，来确定掘进平面是否达到了水平。随着井下自动化技术的发展及为了提高施工人员安全而提出的井下无人值守先进工作理念的发展，这种旧式的水平仪监测方式无法满足工作人员远距离操作掘进机等设备时的水平监测，因为当工人远距离操作掘进机时，工作人员无法看清掘进机掘进平面是否达到了水平及水平倾斜角度，无法掌握掘进过程中的水平倾斜角度，不能为操作人员提供准确的数据。
实用新型内容
[0004]本实用新型是鉴于上述技术问题而产生的。本实用新型的目的是提出一种新型矿用无线水平仪监测系统，用以解决掘进机等施工设备操作人员需要脱离危险环境、远距离遥控操作设备时无法准确掌握水平仪反映的水平及水平倾斜角度等问题。
[0005]矿用无线水平仪监测系统，采用密封电子水平仪、密闭防尘外壳、摄像机、光学补偿设备、视频服务器、无线发射装置，无线接收装置和显示装置；水平仪固定安装于防尘外壳内部，摄像机的镜头和光学补偿设备对准水平仪刻度，垂直于水平仪安装方向固定安装于防尘外壳内部，便于实时采集水平仪的图像信息，同时防尘外壳内部还固定安装有视频服务器和无线发送装置；防尘外壳通常采用钢结构，同时外壳上开有两个喇叭口，供电源线进入及引出无线发送装置的天线，传输视频信息；施工人员远距离操作处安装无线接收装置及显示装置。
[0006]根据本实用新型的一个方面，光学补偿设备米用补光灯，根据防尘外壳内的光亮度安装合适光亮度的补光灯，以满足摄像机能清晰采集到水平仪上的刻度。
[0007]根据本实用新型的一个方面，摄像机安装时要保证能对焦于水平仪上的刻度，满足拍摄距尚。
[0008]根据本实用新型的一个方面，无线发射装置和无线接收装置之间，采用无线wifi的通信方式。
[0009]根据本实用新型的一个方面，具有水平仪的密闭防尘外壳安装固定于掘进机上，并且满足掘进机在水平地面上防尘外壳内部的水平仪在X轴方向上为水平状态。
[0010]根据本实用新型的一个方面，防尘外壳采用满足防爆安全标准的结构。
[0011]本实用新型还提出了一种矿用水平仪监测方法，包括如下步骤:将水平仪固定安装于一防尘外壳内部；将一摄像机的镜头和光学补偿设备对准水平仪刻度，垂直于水平仪安装方向固定安装于防尘外壳内部，便于实时采集水平仪的图像信息；在防尘外壳内部固定安装视频服务器和无线发射装置；在防尘外壳开两个喇叭口，供电源线进入及引出无线发射装置的天线，传输视频信息；施工人员在远端显示装置上观测水平仪的状态。
[0012]根据本实用新型的一个方面，将具有水平仪的密闭防尘外壳安装固定于掘进机上，并且满足掘进机在水平地面上防尘外壳内部的水平仪在X轴方向上为水平状态。
[0013]根据本实用新型的一个方面，采用满足防爆安全标准的防尘外壳。
[0014]根据本实用新型的一个方面，根据防尘外壳内的光亮度安装合适光亮度的补光灯，以满足摄像机能清晰采集到水平仪上的刻度。
[0015]矿用水平仪监测系统，解决掘进机司机需要摆脱危险环境、远距离遥控操作掘进机时无法提供准确的水平倾斜角度等问题。使用密封电子水平仪，采用防爆外壳，结合无线传输技术与图像采集技术，实时地显示设备的水平角度，为操作人员提供可靠的数据。
[0016]矿用水平监测系统，为了能够全方位地测出被监控面的偏转角和主偏转方位角，采用相位法监控水平与垂直方向的水平倾斜度，将监控系统密封在防爆壳中，保证监控图像的清晰。水平仪标尺的条码象经摄像机、光学补偿零件，采集水平仪的水平与垂直方向的倾斜度，将采集到的视频数据通过无线传输装置传送至显示装置。
[0017]水平仪由于受重力的作用，其空心泡显示在不同的刻度位置，通过摄像机，与补光器，将水平仪的刻度清的录制，传输至视频服务器，通过无线传输方式传送至显示装置。
[0018]在重力的作用下，当水平仪发生微小倾斜时，水平仪在的空心水泡显示至对应的刻度，密封件里面的摄像装置实时拍摄到水平仪的水平倾斜度，通过无线传输装置，在显示设备上清晰的显示水平与垂直方向的倾斜角度。
[0019]该水平仪可适用于井下工作环境，对待测平面的倾斜角度信号和倾斜方位信息实时提取，无线直接传输至上位机，解决了井下巷道掘进时，司机远离危险环境，远程操控掘进机水平掘进的问题，适用于各类工业现场，为井下的自动化控制中水平监控提供了一种新的监控仪器，可方便的实现智能平台水平保持控制，是一种很有推广前途的现代监控控制仪器。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本实用新型的上述及其他目的、特征及优点。在附图中:
[0021]图1示出了采用本实用新型的矿用无线水平仪监测系统结构示意图；
[0022]图2示出了根据本实用新型的系统防尘外壳结构示意图；
[0023]图3示出了根据本实用新型实施例的无线发射装置框图；
[0024]图4示出了根据本实用新型实施例的无线接收装置框图；
[0025]图5示出了根据本实用新型实施例的调制解调器框图。
[0026]1-水平仪，2-防尘外壳，3-光学补偿设备，4-摄像机，5-电源线，6_天线。【具体实施方式】
[0027]为了更全面地理解本实用新型及其优点，下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细地说明。
[0028]使用时将内含设备的防尘外壳固定于掘进机、掘锚机、连采机等需要监测水平仪的设备上，根据施工监测需要固定安装，如:以监测掘进机为例，当需要监测掘进机掘进过程中X轴方向水平及水平倾斜角度时，将系统安装固定于掘进机上，并且满足掘进机在水平地面上防尘外壳内部的水平仪在X轴方向上为水平状态，这种安装方式是为了减少水平仪的监测误差。当需要同时监测掘进机掘进过程中Z轴的水平偏转角度时，就再在掘进机上固定安装一个矿用无线水平仪监测系统，安装时满足防尘外壳内部的水平仪在Z轴方向保持水平，摄像机读取水平仪上的偏转刻度，通过无线传输将视频内容发送至远程施工人员处得显示装置上，施工人员从显示装置上读取掘进机上水平仪的事实数据，掌握掘进方向，避免施工危险及快速准确的推进施工进度。
[0029]密闭防尘外壳起到防止井下粉尘的污染对水平仪及摄像机的损害，根据不同井下环境防尘外壳可以有不同的材质和结构，其内部的光学补偿设备是为摄像机提供照明，便于摄像机能采集到清晰的视频数据。当在爆炸性气体环境施工时，防尘外壳还可以采用满足防爆安全标准的结构，进一步保证井下施工作业的安全。
[0030]光学补偿设备一般米用补光灯，根据防尘外壳内的光亮度安装合适光亮度的补光灯，以满足摄像机能清晰采集到水平仪上的刻度。摄像机安装时要保证能对焦于水平仪上的刻度，满足拍摄距离。
[0031]无线发射装置、无线接收装置，可以采用无线wifi的通信方式，通过无线wifi技术发射和接收视频数据。根据需要，还可以将视频数据通过工业以太网传输至地面等需要监测信息的地方显示。
[0032]由于数字信号处理技术和集成电路技术的飞速发展，正交频分复用(OFDM)技术的系统实现变得越来越容易。因OFDM多载波传输技术具有结构简单，频谱利用率高，可以抗频率选择性和信道时变等诸多优点而倍受大家的关注并得到深入的研究和在Xdsl、宽带移动通信、宽带无线局域网、数字电视移动数字广播等诸多领域中的广泛应用。本实用新型中的无线发射装置和无线接收装置之间采用OFDM多载波传输技术来实现实时通信。以满足无线水平仪的视频信号传输过程中高数据率的传输需求。
[0033]根据本实用新型的一个方面，在无线发射装置中，首先通过一信号转换模块将摄像机采集的视频信号转换成比特流，利用反馈移位寄存器产生的扰码序列进行加扰处理以形成输入数据比特流；通过一个FFT变换模块，所述输入数据比特流经码元调制与码元旋转后在频域上形成FFT数据块，FFT表示快速离散傅立叶变换，FFT数据块的长度为K ;码元调制为QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一种，码元调制的码元星座图映射方式采用格雷码映射；码元旋转通过对码元星座图旋转一定角度而实现，QPSK的码元星座图旋转角度为22.5度，16QAM的码元星座图旋转角度为11.25度，64QAM的码元星座图旋转角度为5.626度，256QAM的码元星座图旋转角度为2.8125度；然后，无线发射装置中的一 IFFT变换模块采用IFFT将FFT数据块变换为时域离散数据样值块，IFFT表示快速离散傅立叶反变换；无线发射装置按顺序将时域离散数据样值块平分成两块，时域离散数据样值子块Dl和时域离散数据样值子块D2 ;成帧模块在前述时域离散数据样值字块Dl和时域离散数据样值子块D2前面插入循环前缀，在后面插入结尾标志，以形成信号帧，循环前缀的长度为C，C可以为1、2、4、6个比特，结尾标志的长度为K，K可以为4比特或者6比特；变频模块将前述信号帧变频到载波OFDM多载波上形成射频信号发送给无线接收装置。
[0034]无线接收装置接收到无线发射装置发送的射频信号后，利用下变频模块将所述射频信号下变频形成基带信号；解析模块利用信号帧的循环前缀特性和信号帧的结构特性对基带信号进行解析处理，解析出时域离散数据样值子块Dl和时域离散数据样值子块D2 ;解调和解码模块对时域离散数据样值子块Dl和时域离散数据样值子块D2进行解调和解码操作，所述解调和解码操作对应于无线发射装置中的IFFT变换操作、调制和编码操作以及FFT变换操作，经过解调和解码的数据信号发送给解扰码模块；解扰码模块对前述数据信号执行去扰码处理后，将处理后的数据信号转换成视频信号发送给显示装置。
[0035]显示装置可采用PC机和显示屏幕，显示屏幕上可以显示多个矿用无线水平仪监测系统的监测画面，施工人员可同时监测多个方向上的水平仪数据，以掌握施工状态。为矿井自动化发展、工人远距离遥控操作施工提供了基站。
[0036]当无线发射装置和/或无线接收装置工作时，由于在晶体中的诸固有的差异引起在诸晶体振荡器元件中的诸变化，所以每个装置的载波频率将是不同的。在发射机中，这导致发射信号发生频偏。在一个无线电发射机的无线电-数据调制和/或解调器中，对于无线电-数据调制和/或解调器的用户来说，载波频率误差引起数据误差边限的丢失，诸较高的位误差率，这些都导致较多的数据帧被错误地发射出去，较多的再试和较慢的被觉察的吞吐量。
[0037]在无线接收装置中，接收机的频率和发射机的频率之间的不匹配引起接收的解调的信号有一个DC偏压偏置。频率的不匹配可以由发射机，接收机或它们二者的组合的诸晶体振荡器元件中的诸变化引起。在无线电接收机的无线电-数据调制解调器中，载波频率和接收机的本地振荡器频率之间的不匹配，可能导致数据误差边限(error margin)的丢失，诸较高的位误差率，它导致较多的数据帧被错误地发射出去，较多的再试和较慢的被觉察的吞吐量。
[0038]通常的调制很容易受到干扰信号或类似事物的影响，为了克服干扰对通信造成的影响，根据本实用新型的一个积分检波接收方法(它检测一个原始信号和一个其相位从原始信号的相位位移的信号之间的相位差)是可靠的，即使因干扰信号产生了振幅变化或频率变化。因此，本实用新型以新的方式最小化了外部影响，并实现了高速通信，下面是具体的实现方式。
[0039]根据本实用新型的一个方面，无线发射装置和/或无线接收装置中可以采用专门设计的调制解调器来实现。当无线电调制解调器正在发射和/或接收诸信号时，可以应用频率补偿。在优选实施例中，无线电调制解调器由三个主要的部件组成:一个微处理器，一个数字信号处理器DSP和包括一个天线的无线电设备。微处理器包括存储器(即，在优选实施例中，静态的随机存取存储器(SRAM)和/或快闪存储器和/或动态的随机访问存储器(DRAM))和相关的电路，它负责和发送和接收数据的其它的设备连接。它可以提供其它的诸功能，如缓冲；诸调制解调器管理功能；DSP配置和自检或起动；无线电配置和自检或起动；和消息传送及协议管理。微处理器也能控制信道和频率分配以及对频率合成器或频率发生器进行控制，频率合成器或频率发生器利用晶体管为信号的调制和解调提供在所需的诸频率上的诸信号。微处理器也能提供协议堆栈的诸附加的层，如MAC(介质存取控制)层，和RD-LAP服务子层。
[0040]DSP对发射的诸信号进行编码和载波频率补偿。DSP也可提供诸接收功能，包括对接收的诸信号进行解码和载波频率补偿。在优选的实施例中，DSP提供为对被发射的诸信号和被接收的诸信号进行载波频率补偿的处理。微处理器能够帮助将诸DSP指令从非易失性存储器加载到易失性或DSP存储器，并且甚至能够加载来自一个主机设备的诸指令。于是，能够将诸DSP指令分配给任何用于携带诸软件指令的介质。能够将诸DSP指令存储在装在DSP内部的无线电调制解调器上的非易失性存储器中，或存储在诸存储装置，如R0M，EEPR0M,快闪存储器或任何其它的可由DSP进行访问的存储装置中。我们将在下面对DSP的诸功能进行详细 的讨论。
【权利要求】
1.一种矿用水平仪监测系统，其特征在于: 该矿用水平仪监测系统主要由密封电子水平仪、密闭防尘外壳、摄像机、光学补偿设备、视频服务器、无线发射装置，无线接收装置和显示装置组成； 水平仪固定安装于防尘外壳内部，摄像机的镜头和光学补偿设备对准水平仪刻度，垂直于水平仪安装方向固定安装于防尘外壳内部； 防尘外壳内部还固定安装有视频服务器和无线发送装置； 防尘外壳采用钢结构，同时外壳上开有两个喇叭口，供电源线进入及引出无线发送装置的天线，传输视频信息； 无线接收装置设置于施工人员远距离操作处。
2.如权利要求1所述的矿用水平仪监测系统，其特征在于:光学补偿设备采用补光灯，根据防尘外壳内的光亮度安装合适光亮度的补光灯，以满足摄像机能清晰采集到水平仪上的刻度。
3.如权利要求1或2所述的矿用水平仪监测系统，其特征在于:摄像机安装时要保证能对焦于水平仪上的刻度，满足拍摄距离。
4.如权利要求1或2所述的矿用水平仪监测系统，其特征在于:无线发射装置和无线接收装置之间，采用无线wifi的通信方式。
5.如权利要求4所述的矿用水平仪监测系统，其特征在于:具有水平仪的密闭防尘外壳安装固定于掘进机上，并且满足掘进机在水平地面上防尘外壳内部的水平仪在X轴方向上为水平状态。
6.如权利要求1所述的矿用水平仪监测系统，其特征在于:防尘外壳采用满足防爆安全标准的结构。
【文档编号】H04N7/18GK203488214SQ201320543608
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年9月3日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】杜文卓, 高波, 贾华忠, 付国恩, 郭凯, 张志峰, 曹昱, 王炜, 樊旭艳 申请人:山西科达自控股份有限公司