УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ СКРЕБКОВОГО КОНВЕЙЕРА НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ
APPARATUS AND METHOD FOR DISTRIBUTED DETERMINATION OF THE STRAIGHTNESS OF THE WORKING SURFACE OF A DRAG CONVEYOR BASED ON FIBRE-OPTIC MEASUREMENT

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение принадлежит к области текущего контроля рабочего состояния полностью механизированного горнодобывающего оборудования в шахте; и относится к распределенному определению прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера и, в частности, к устройству и способу для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения.
Описание уровня техники
Скребковый конвейер является ключевым оборудованием в полностью механизированном угледобывающем забое, и его эксплуатационные характеристики непосредственно влияют на безопасность горных работ и уровень добычи. В дополнение к транспортировке угля, скребковый конвейер также можно использовать как передвижной путь для очистного комбайна и точку поворота для гидравлической крепи. Если прямолинейность скребкового конвейера в направлении движения является неудовлетворительной, усиливается эксплуатационный износ скребковой цепи, а также нарушается безопасность добычи угля. Кроме того, по причине того, что очистной комбайн совершает возвратно-поступательное движение при помощи скребкового конвейера в качестве пути для движения, относительно низкая прямолинейность может вызывать ошибку при режущем перемещении. Поэтому обеспечение движения скребкового конвейера по прямой линии является весьма важным.
Существующие средства определения прямолинейности главным образом являются следующими. С целью получения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера, для втягивания откаточного пути очистного комбайна используется технология инерциальной навигации на основе гироскопа. Однако гироскопическое устройство является дорогостоящим и приводит к высокой стоимости. В отношении скребкового конвейера проводят лазерную калибровку, и для захвата изображений с целью получения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера используют камеру высокой четкости. Однако данный способ имеет относительно низкую точность измерения, и захваченные изображения являются нерезкими в условиях высокого содержания пыли. Для определения положения гидравлической крепи относительно скребкового конвейера на гидравлической крепи устанавливают лазерный дальномер и, таким образом, косвенно измеряют прямолинейность рабочей поверхности скребкового конвейера. Однако реализовать этот способ затруднительно, так как крепь может наклоняться во время движения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
Одной целью настоящего изобретения является предоставление устройства для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения, которое имеет простую конструкцию, высокую стойкость к электромагнитным помехам и высокую точность.
Другой целью настоящего изобретения является предоставление способа определения согласно вышеописанному устройству для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения, который может реализовывать непосредственное измерение прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера.
Техническое решение
Для достижения вышеуказанных целей в настоящем изобретении приняты следующие технические решения. Предоставляется устройство для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения, которое содержит: широкополосный источник излучения, группу первых волоконно-оптических циркуляторов, группу вторых волоконно-оптических циркуляторов, группу коллиматоров, группу отражающих пленок, группу третьих волоконно-оптических циркуляторов и анализатор оптического пути, при этом группа первых волоконно-оптических циркуляторов содержит множество первых волоконно-оптических циркуляторов А, которые последовательно соединены посредством волоконной решетки, и на одномодовых оптических волокнах (SMF), присоединенных ко вторым плечам множества первых волоконно-оптических циркуляторов А, методом травления выполнены бреговские решетки с центральными длинами волн, соответственно, λ1, λ2 …, λn; широкополосный источник излучения последовательно соединен с группой первых волоконно-оптических циркуляторов посредством SMF; группа вторых волоконно-оптических циркуляторов содержит множество вторых волоконно-оптических циркуляторов В, и группа коллиматоров содержит множество коллиматоров, расположенных на равных расстояниях; группа отражающих пленок содержит множество отражающих пленок, приклеенных к рабочей поверхности в направлении движения скребкового конвейера, и расстояние между отражающими пленками в группе равно расстоянию между коллиматорами; группа третьих волоконно-оптических циркуляторов содержит множество третьих волоконно-оптических циркуляторов С, последовательно соединенных посредством SMF, и анализатор оптического пути последовательно соединен с группой третьих волоконно-оптических циркуляторов посредством SMF.
Группа первых волоконно-оптических циркуляторов, группа вторых волоконно-оптических циркуляторов, группа коллиматоров и группа третьих волоконно-оптических циркуляторов расположены в направлении, параллельном направлению расположения группы отражающих пленок; и расположены равные количества первых волоконно-оптических циркуляторов А, вторых волоконно-оптических циркуляторов В, коллиматоров, отражающих пленок и третьих волоконно-оптических циркуляторов С.Третьи плечи первых волоконно-оптических циркуляторов A соответственно соединены с первыми плечами вторых волоконно-оптических циркуляторов B, вторые плечи вторых волоконно-оптических циркуляторов B соответственно соединены с коллиматорами, и третьи плечи вторых волоконно-оптических циркуляторов B соответственно соединены с первыми плечами третьих волоконно-оптических циркуляторов C.
Предпочтительно, все располагаемые количества первых волоконно-оптических циркуляторов A, вторых волоконно-оптических циркуляторов B, коллиматоров, отражающих пленок и третьих волоконно-оптических циркуляторов С составляют не менее трех.
Предпочтительно, отражающая пленка представляет собой тонкий лист, покрытый металлической пленкой на поверхности и имеющий толщину менее 1 мм.
В настоящем изобретении дополнительно предоставляется способ определения согласно вышеописанному устройству для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения.
1
1
1
Широкополосный спектр, выводимый широкополосным источником излучения, попадает в первый волоконно-оптический циркулятор А1 первого ранга из первого плеча первого волоконно-оптического циркулятора А1, а затем его выводят из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора А1. Излучение, выводимое из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора A1, достигает первой оптической решетки, и излучение с длиной волны λ отражается. Излучение с длиной волны λ попадает во второй волоконно-оптический циркулятор B1 первого ранга через первое плечо второго волоконно-оптического циркулятора B1 и достигает первой отражающей пленки через первый коллиматор после вывода из второго плеча второго волоконно-оптического циркулятора B1. Излучение c длиной волны λ отражается обратно во второй волоконно-оптический циркулятор B1 через первый коллиматор из второго плеча второго волоконно-оптического циркулятора B1 под действием первой отражающей пленки и его выводят из третьего плеча второго волоконно-оптического циркулятора B1. Излучение, выводимое из третьего плеча второго волоконно-оптического циркулятора В1, попадает в третий волоконно-оптический циркулятор C1 первого ранга через первое плечо третьего волоконно-оптического циркулятора C1 и попадает в анализатор оптического пути через SMF после вывода из второго плеча третьего волоконно-оптического циркулятора C1.
2
2
2
Излучение остальных длин волн, которое не отражается после вывода излучения из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора A1 и достижения им первой оптической решетки, непрерывно передают дальше, оно попадает из первого плеча первого волоконно-оптического циркулятора A2 второго ранга и его выводят из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора A2. Излучение, выводимое из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора A2, достигает второй оптической решетки, и излучение с длиной волны λ отражается. Излучение с длиной волны λ попадает во второй волоконно-оптический циркулятор B2 второго ранга через первое плечо второго волоконно-оптического циркулятора B2 и достигает второй отражающей пленки через второй коллиматор после вывода из второго плеча второго волоконно-оптического циркулятора B2. Излучение c длиной волны λ отражается обратно во второй волоконно-оптический циркулятор B2 через второй коллиматор из второго плеча второго волоконно-оптического циркулятора B2 под действием второй отражающей пленки и его выводят из третьего плеча второго волоконно-оптического циркулятора B2. Излучение, выводимое из третьего плеча второго волоконно-оптического циркулятора В2, попадает в третий волоконно-оптический циркулятор C2 второго ранга через первое плечо третьего волоконно-оптического циркулятора C2 и попадает в анализатор оптического пути через SMF после вывода из второго плеча третьего волоконно-оптического циркулятора C2.
1
2
3
n
Излучение остальных длин волн, которое не отражается после вывода излучения из второго плеча первого волоконно-оптического циркулятора A2 и достижения второй оптической решетки, непрерывно передают дальше, и остальное выводят по аналогии; таким образом, все излучение с длинами волн λ, λ, λ, …, λ попадает в анализатор оптического пути через SMF. Анализатор оптического пути вычисляет расстояния передачи разных длин волн излучения с целью получения положений разных отражающих пленок. Так как точки положений отражающих пленок соответствуют положениям на скребковом конвейере, прямолинейность рабочей поверхности скребкового конвейера в направлении движения получают согласно соединительным линиям между этими точками положений.
Преимущественный эффект
По сравнению с предшествующим уровнем техники, в настоящем изобретении реализовано определение положений точек на рабочей поверхности согласно информации о длинах путей, по которым разные длины волн излучения отражаются обратно после достижения рабочей поверхности. На основе данной изобретательской концепции, после получения положений разных точек на рабочей поверхности в направлении движения скребкового конвейера в настоящем изобретении реализовано определение прямолинейности рабочей поверхности согласно этим точкам положений. Настоящее изобретение обладает такими преимуществами, как высокая стойкость к электромагнитным помехам, простая конструкция и высокая точность измерений.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
На фиг.1 представлена принципиальная схема оптического пути в варианте осуществления настоящего изобретения.
Значения ссылочных позиций: 1. Широкополосный источник излучения, 2. Группа первых волоконно-оптических циркуляторов, 3. Волоконная решетка, 4. Группа вторых волоконно-оптических циркуляторов, 5. Группа коллиматоров, 6. Группа отражающих пленок, 7. Группа третьих волоконно-оптических циркуляторов, 8. Анализатор оптического пути, 9. Рабочая поверхность скребкового конвейера.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее приводится подробное описание настоящего изобретения со ссылками на прилагаемый графический материал и конкретный вариант осуществления.
1
2
3
Как показано на фиг.1, устройство для распределенного определения прямолинейности рабочей поверхности скребкового конвейера на основе волоконно-оптического измерения содержит широкополосный источник 1 излучения, группу 2 первых волоконно-оптических циркуляторов, группу 4 вторых волоконно-оптических циркуляторов, группу 5 коллиматоров, группу 6 отражающих пленок, группу 7 третьих волоконно-оптических циркуляторов и анализатор 9 оптического пути. Группа 2 первых волоконно-оптических циркуляторов содержит первые волоконно-оптические циркуляторы A1, A2 и A3, которые последовательно соединены посредством волоконной решетки 3, и на волоконной решетке 3 методом травления выполнена дифракционная решетка. На SMF между первыми волоконно-оптическими циркуляторами A1 и A2 методом травления выполнена бреговская решетка с центральной длиной волны λ, на SMF между первыми волоконно-оптическими циркуляторами A2 и A3 методом травления выполнена бреговская решетка с центральной длиной волны λ, и на SMF, присоединенном ко второму плечу первого волоконно-оптического циркулятора A3, методом травления выполнена бреговская решетка с центральной длиной волны λ. Широкополосный источник 1 излучения последовательно соединен с группой 2 первых волоконно-оптических циркуляторов посредством SMF.
Группа 4 вторых волоконно-оптических циркуляторов содержит вторые волоконно-оптические циркуляторы B1, B2 и B3; и группа 5 коллиматоров содержит коллиматоры 51, 52 и 53, расположенные на равных расстояниях. Группа 6 отражающих пленок содержит множество отражающих пленок 61, 62 и 63, приклеенных к рабочей поверхности 9 в направлении движения скребкового конвейера, при этом три отражающие пленки расположены на расстояниях, равных расстояниям между тремя коллиматорами, и отражающая пленка представляет собой тонкий лист, покрытый металлической пленкой на поверхности и имеющий толщину менее 1 мм. Группа 7 третьих волоконно-оптических циркуляторов содержит третьи волоконно-оптические циркуляторы С1, С2 и С3, последовательно соединенные посредством SMF. Анализатор 8 оптического пути последовательно соединен с группой 7 третьих волоконно-оптических циркуляторов посредством SMF.
Группа 2 первых волоконно-оптических циркуляторов, группа 4 вторых волоконно-оптических циркуляторов, группа 5 коллиматоров и группа 7 третьих волоконно-оптических циркуляторов расположены в направлении, параллельном направлению расположения группы 6 отражающих пленок. Третье плечо A13 первого волоконно-оптического циркулятора A1 соединено с первым плечом B11 второго волоконно-оптического циркулятора B1; второе плечо B12 второго волоконно-оптического циркулятора B1 соединено с коллиматором 51; третье плечо B13 второго волоконно-оптического циркулятора B1 соединено с первым плечом C11 третьего волоконно-оптического циркулятора C1; третье плечо A23 первого волоконно-оптического циркулятора A2 соединено с первым плечом B21 второго волоконно-оптического циркулятора B2; второе плечо B22 второго волоконно-оптического циркулятора B2 соединено с коллиматором 52; третье плечо B23 второго волоконно-оптического циркулятора B2 соединено с первым плечом C21 третьего волоконно-оптического циркулятора C2; третье плечо A33 первого волоконно-оптического циркулятора A3 соединено с первым плечом B31 второго волоконно-оптического циркулятора B3; второе плечо B32 второго волоконно-оптического циркулятора B3 соединено с коллиматором 53; и третье плечо B33 второго волоконно-оптического циркулятора B3 соединено с первым плечом C31 третьего волоконно-оптического циркулятора C3.
В первой группе 2 волоконно-оптических циркуляторов оптический путь передачи между плечами A11 и A12 первого волоконно-оптического циркулятора A1 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами A12 и A13 первого волоконно-оптического циркулятора A1 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами A21 и A22 первого волоконно-оптического циркулятора A2 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами A22 и A23 первого волоконно-оптического циркулятора A2 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами A31 и A32 первого волоконно-оптического циркулятора A3 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами A32 и A33 первого волоконно-оптического циркулятора A3 является однонаправленным.
Во второй группе 4 волоконно-оптических циркуляторов оптический путь передачи между плечами B11 и B12 второго волоконно-оптического циркулятора B1 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами B12 и B13 второго волоконно-оптического циркулятора B1 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами B21 и B22 второго волоконно-оптического циркулятора B2 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами B22 и B23 второго волоконно-оптического циркулятора B2 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами B31 и B32 второго волоконно-оптического циркулятора B3 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами B32 и B33 второго волоконно-оптического циркулятора B3 является однонаправленным.
В третьей группе 7 волоконно-оптических циркуляторов оптический путь передачи между плечами C11 и C12 третьего волоконно-оптического циркулятора C1 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами C12 и C13 третьего волоконно-оптического циркулятора C1 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами C21 и C22 третьего волоконно-оптического циркулятора C2 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами C22 и C23 третьего волоконно-оптического циркулятора C2 является однонаправленным; оптический путь передачи между плечами C31 и C32 третьего волоконно-оптического циркулятора C3 является однонаправленным, и оптический путь передачи между плечами C32 и C33 третьего волоконно-оптического циркулятора C3 является однонаправленным.
1
2
3
Широкополосный спектр, выводимый широкополосным источником 1 излучения, попадает в первый волоконно-оптический циркулятор А1 из плеча А11 первого волоконно-оптического циркулятора А1, а затем его выводят из плеча А12. Излучение, выводимое из плеча А12, достигает первой оптической решетки, и излучение с длиной волны λ отражается. Излучение остальных длин волн непрерывно передается дальше, попадает в первый волоконно-оптический циркулятор А2 через плечо А21 первого волоконно-оптического циркулятора А2 и выводится из плеча А22. Излучение, выводимое из плеча А22, достигает второй оптической решетки, и излучение с длиной волны λ отражается. Излучение остальных длин волн непрерывно передается дальше, попадает в первый волоконно-оптический циркулятор А3 через плечо А31 первого волоконно-оптического циркулятора А3 и выводится из плеча А32. Излучение, выводимое из плеча А32, достигает третьей оптической решетки, и излучение с длиной волны λ отражается. Излучение остальных длин волн непрерывно передается дальше.
1
2
3
Отраженное излучение с длинами волн λ, λ и λ попадает, соответственно, во вторые волоконно-оптические циркуляторы B1, B2 и B3 через плечо B11 второго волоконно-оптического циркулятора B1, плечо B21 второго волоконно-оптического циркулятора B2, и плечо B31 второго волоконно-оптического циркулятора B3, а затем его выводят, соответственно, через плечи B12, B22 и B32.
Излучение, выводимое через плечи B12, B22 и B32, достигает отражающих пленок 61, 62 и 63, соответственно, через коллиматоры 51, 52 и 53.
1
2
3
Излучение c длиной волны λ отражается обратно во второй волоконно-оптический циркулятор B1 посредством коллиматора 51 через плечо В12 под действием отражающей пленки 61 и выводится из плеча В13. Излучение c длиной волны λ отражается обратно во второй волоконно-оптический циркулятор B2 посредством коллиматора 52 через плечо В22 под действием отражающей пленки 62 и выводится из плеча В23. Излучение c длиной волны λ отражается обратно во второй волоконно-оптический циркулятор B3 посредством коллиматора 53 через плечо В32 под действием отражающей пленки 63 и выводится из плеча В33.
Излучение, выводимое из плеч B13, B23 и B33, попадает, соответственно, в третьи волоконно-оптические циркуляторы C1, C2 и C3 через плечо C11 третьего волоконно-оптического циркулятора C1, плечо C21 третьего волоконно-оптического циркулятора C2 и плечо C31 третьего волоконно-оптического циркулятора C3; а его затем выводят, соответственно, через плечи C12, C22 и C32.
1
2
3
Излучение с длинами волн λ, λ и λ, выводимое из плеч C12, C22 и C32, попадает в анализатор 8 оптической длины пути посредством SMF, и анализатор 8 оптического пути вычисляет расстояния передачи разных длин волн излучения с целью получения положений разных отражающих пленок. Так как точки положений отражающих пленок соответствуют положениям на скребковом конвейере, прямолинейность рабочей поверхности скребкового конвейера в направлении движения может быть получена согласно соединительным линиям между этими точками положений.
Выше описан только предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, и он не предназначен для ограничения настоящего изобретения в любой форме. На основе варианта осуществления настоящего изобретения все другие варианты осуществления, полученные специалистами в данной области техники без выполнения творческой работы, должны попадать в объем правовой охраны настоящего изобретения. Любые простые модификации и эквивалентные изменения, вносимые в вышеописанный вариант осуществления согласно технической сущности настоящего изобретения, входят в объем правовой охраны настоящего изобретения.