专利名称：综采工作面弯曲检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及煤矿综采工作面测量和自动控制领域，特别是一种用于检测综采 工作面弯曲以便进行矫直用的综采工作面弯曲检测装置。
背景技术：
目前，世界上主要的煤炭生产国，采用长壁采煤法的工作面基本上都是以支架电 液控制、采煤机与支架联动为特征的综采工作面。但电液控制支架的每次推移步距不可避 免地存在累积误差，造成工作面出现弯曲，带来综采生产的一系列问题，如刮板输送机负荷 增大，磨损加剧，采煤机通行困难，采煤机行走机构故障率增加等问题。目前必须人工矫正 找直，人工找直的方法是在综采工作面两端头之间或工作面内拉一根绳子作为基准，人工 用尺子测量综采工作面弯曲度，然后再由人工操作液压支架进行矫正。这种状况与自动化 程度高的工作面装备极不相称。由于综采工作面没有弯曲测量的基准点、基准线和基准面， 因此用常规方法不能解决弯曲测量问题。也有因受地质条件影响的特殊情况，需要综采工 作面转弯推进并保持工作面不弯曲。
发明内容为了克服目前依靠人工用绳子和尺子检测综采工作面弯曲度和人工操作矫正弯 曲的不足，本实用新型提供一种能自动检测综采工作面弯曲的综采工作面弯曲检测装置。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是综采工作面弯曲检测装置主要由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传 感器的组合、信号处理电路、电源，以及防爆外壳组成。防爆外壳固联于采煤机上。信号处 理电路采用以CPU或DSP为核心的信息处理系统。该信息处理系统的输出接口通过数据传 输线路与全工作面电液控制系统连接。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案还可以是综采工作面弯曲检测装置的CPU或DSP为核心的信息处理系统是单片机系统。单 片机系统的外界接口通过采煤机电缆的控制线接全工作面电液控制系统。惯性敏感元件采 用三轴惯性传感器和双轴倾角传感器组合。本实用新型的有益效果是改变用绳子和尺子测量综采工作面弯曲和人工矫正找直的落后方式，解决综采工 作面弯曲准确测量问题，使综采工作面弯曲检测和矫直实现自动化。

图1是本实用新型综采工作面弯曲检测装置的方框图。图2是综采工作面弯曲检测装置的电气原理图。图中Ur四X2输入与非门、u2-三-八地址译码器、U3-RAM、U4-EEraOM、U5-A/D转 换器、U7-TTL/RS232电平转换器、U8-地址锁存器、U9-CPU、U1Q-液晶显示器、Un-两轴倾角传
3感器、U12-三轴惯性传感器、DB-数据总线、AB-地址总线。(注无U6。)具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。在图1中示出综采工作面弯曲检测装置的基本组成及原理。综采工作面弯曲检测装置由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器 的组合、信号处理电路、电源以及防爆外壳等组成。安装在采煤机上。惯性敏感元件或惯性敏感元件和水平角度传感器组合根据检测和控制要求的不 同，惯性敏感元件可单独使用，也可和水平角度传感器一起使用。惯性敏感元件可以是在空间的一个轴向即倾向上的一件惯性敏感器件，即陀螺 仪或加速度计；或者是陀螺仪或/和加速度计在三轴空间的多种组合的惯性敏感器件，最 多在三个轴向安装三件陀螺仪和三件加速度计，即在三轴空间每个轴向上各安装一件陀螺 仪和一件加速度计的惯性敏感器件。水平角度传感器检测综采工作面走向或倾向的水平角度。本案采用惯性敏感元件和水平角度传感器组合，即内置三件陀螺仪和三件加速度 计的三轴惯性传感器与双轴倾角传感器的组合。前者检测采煤机运行弯曲度和角度。后者 检测综采工作面走向和倾向上的水平角度。信号处理电路采用以CPU或DSP为核心的信息处理系统。该信息处理系统由CPU 或DSP及其外围连接的接口电路、A/D转换器、存储器、数据功能显示屏，及其电源等组成。 该信息处理系统的接口电路的一个接口外接惯性敏感元件。水平角度传感器是模拟量输出 传感器，需要通过A/D转换器接CPU或DSP。该信息处理系统接口电路的另一接口通过作 为数据传输线路的采煤机电缆的控制线，与全工作面电液控制系统乃至采煤机控制系统连 接。接口电路的该接口也作为系统功能调整接口，通过该接口对CPU或DSP系统功能进行 调整。数据功能显示屏与CPU或DSP相连，显示系统状态和数据。电源为惯性敏感元件和 水平角度传感器、CPU或DSP信息处理系统提供工作电压。惯性敏感元件和水平角度传感器检测采煤机运行的轨迹和姿态，输出的检测信号 经接口电路传送给CPU或DSP ；经CPU或DSP信息处理系统进行数据处理，从中解析出工作 面检测数据，存到存储器中并经接口电路的输出接口输出，输出的工作面检测数据经采煤 机电缆的控制线，发送给全工作面电液控制系统，通过支架控制器控制推移千斤顶等执行 机构，根据矫正数据执行对刮板运输机推移，使工作面煤壁达到要求直线，实现综采工作面 弯曲矫直目的。综采工作面弯曲检测基本原理综采工作面回采时，滚筒采煤机以工作面刮板输送机为轨道往复运行，并随工作 面刮板输送机的前移沿走向推进。把弯曲检测装置安装在滚筒采煤机上，随采煤机运行。 由惯性敏感元件和水平角度传感器对采煤机的运行轨迹和姿态进行实时检测。当采煤机 沿工作面刮板输送机从一端运行到另一端时，惯性敏感元件和水平角度传感器及其CPU或 DSP信息处理系统就能完整地检测和记录采煤机的运行数据，经CPU或DSP进行数据处理， 从中解析出刮板输送机在工作面每个区段的数据。又由于刮板输送机是紧靠工作面煤壁布 置的，所以解析出刮板输送机在各区段的数据，也就可以解析出工作面检测数据包括综采工作面的走向、倾向和水平参数，或其中的一部分。在图2中示出本综采工作面弯曲检测装置的电路原理和组成。综采工作面弯曲检 测装置的关键元件为两轴倾角传感器Un和三轴惯性传感器u12。两轴倾角传感器仏工，即图中的XR Sensor，选用两轴倾角模拟量输出传感器 SANG1000，用于检测综采工作面的走向倾角和倾向倾角。三轴惯性传感器U12，即图中的i Sensor，选用三轴惯性串行输出传感器 ADIS16355，内置三个陀螺仪和三个加速度计，用于检测综采工作面弯曲度。以CPU或DSP为核心的信息处理系统是采用以单片机即微处理器为核心的单片 机系统，即由CPU(U9)组成的单片机系统。该单片机系统的主要组成元件有CPU(U9)选 用80C31，地址锁存器U8选用74HC573，地址译码器U2选用74HC138，RAM(U3)选用6264， EEPR0M(U4)选用 AM2864ADI。CPU(U9)的外围电路还包括A/D转换器U5、TTL/RS232电平转换器U7、用于数据输 出和计算机通讯的外界接口 JPi、用于外接惯性敏感器件U12的外界接口 JP2、液晶显示器u1(l 等。液晶显示器U1(l选用YM12864J型。外界接口 JPi、JP2即第一、第二外界接口；液晶显示 器即数据功能显示屏。A/D转换器U5用于连接两轴倾角传感器Un，选用12位ADS774KP。其1 4位和 5 8位共用数据总线的低4位。A/D转换器U5的10V范围的模拟输入端10VIN与20V范 围的模拟输入端20Vin，分别与两轴倾角传感器Un的两模拟输出端、入连接。连接于A/ D转换器U5的BEFIN端与REF端的电位器、连接于U5的BIP0S端与REF端的电位器RP2 是两个基准调整电位器前者调整模拟参考输入电压，后者调整内部模拟参考电压。两电位 器取值范围为20 200欧姆。外界接口 JP2的7、8端对外分别接三轴惯性传感器U12的串行口 TX、RX端，对内接 TTL/RS232电平转换器U7的T_IN2、R_0UT2端，经电平转换器U7进行电平转换后，由电平转 换器U7的RT-IN2、RR-0UT2端，接到CPU (U9)的串行输入端RXD、串行输出端TXD。外界接口 JPi的2、3端对外分别接系统功能调整接口、传输输出数据的采煤机电 缆控制线，对内接TTL/RS232电平转换器U7的T-IR、R-OUL端，经电平转换器U7进行电平 转换后，由电平转换器U7的RT-INp RR-OUL端，接CPU (U9)的P 口中被定义为串行通讯端 口的输入端P6、输出端P7。电平转换器U7是TTL电平和RS232电平的转换器，选用MAX232。液晶显示器U10选用YM12864J，其数据线D。 D7经数据总线DB接CPU(U9)的AD 口(AD^-AD》，用作显示系统状态和数据的显示屏。图中DB是数据总线，AB是地址总线，地址总线中包括读写控制线/TO和片选控制 线 /CS、/CE。其余有①连接于CPU(U9)的XTALp XTAL2引脚的晶振XT、电容器C6和C7组成主 振回路。②连接于CPU(U9)的读写选通信号输出引脚/RD、/WR的四X2输入与非门Ui的两 个与非门U1A、U1B，其输出接读、写控制端。四X2输入与非门仏型号为SN74HC00。③电平 转换器U7的外接电容器C2 C5。综采工作面弯曲检测装置的电路工作原理①两轴倾角传感器Un按指示方向分别对应综采工作面的走向倾角和倾向倾角，两个模拟量输出口 AQ1、A02分别接到A/D转换器U5的引脚10VIN和20Vin，经A/D转换后，由 CPU进行处理，和惯性传感器处理后的数据一起由CPU的串口输出，经电平转换器 电平转 换后，由外界接口 JPi输出到执行机构液压支架的推移千斤顶、采煤机滚筒的摇臂调高千 斤顶执行。②三轴惯性传感器U12按指示方向分别对应检测综采工作面的走向、倾向和水平 弯曲度，惯性传感器U12的串行口 TX和RX分别接到外界接口 JP2的7、8端，经电平转换器 u7电平转换后接到CPU的P6、P7端，由CPU进行处理后获得走向、倾向弯曲度以及对应的位 置，和倾角传感器Un处理后的数据一起由CPU的串口输出，经电平转换器u7电平转换后， 由外界接口 jpi输出到执行机构执行。除了上述实施方案，也可以采用如下技术措施改动①信号处理电路采用其它型号的单片机构成的单片机信息处理系统。②信号处理电路也可以采用以DSP为核心的信息处理系统。数字信号处理器DSP 是具有强大数据信号处理能力和高运行速度的独特的微处理器。③信息处理系统输出接口通过数据传输线路连接的全工作面电液控制系统，可以 是普通配置的全工作面电液控制系统，也可以是高级配置的全工作面电液控制系统增设 采煤机位置检测和主控制计算机。通过主控制计算机与采煤机控制系统连接，不仅控制推 移千斤顶推溜而且可控制采煤机摇臂调高千斤顶调节滚筒割底高度，配合本装置实现更完 善的工作面弯曲矫直功能。本弯曲检测装置对于采用电液控制系统的综采放顶煤工作面同样适用。
权利要求一种综采工作面弯曲检测装置，其特征在于包括惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源，以及防爆外壳；防爆外壳固联于采煤机上；信号处理电路是以CPU或DSP为核心的信息处理系统；该信息处理系统的输出接口与接全工作面电液控制系统的数据传输线路相连接。
2.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于所说的以CPU或DSP 为核心的信息处理系统，是以单片机为核心的单片机系统；所说的该信息处理系统的输出 接口是单片机系统外界接口 ；所说的数据传输线路是采煤机电缆的控制线。
3.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于所说的惯性敏感元 件，可以是在空间一个轴向上的一件惯性敏感器件，即加速度计或陀螺仪；或者是加速度计 或/和陀螺仪在三轴空间的多种组合的惯性敏感器件，最多在三个轴向安装三件加速度计 和三件陀螺仪，即在三轴空间每个轴向上最多各安装一件加速度计和一件陀螺仪的惯性敏 感器件。
4.根据权利要求1所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于所说的惯性敏感元 件和水平角度传感器的组合，其惯性敏感元件是内置三件加速度计和三件陀螺仪的三轴惯 性传感器，其水平角度传感器是检测综采工作面走向角度和倾向角度的双轴倾角传感器。
5.根据权利要求2所述的综采工作面弯曲检测装置，其特征在于所说的单片机系统， 包括单片机(U9)及其外围连接的地址锁存器(u8)、地址译码器(u2)、ram(u3)、eeprom(u4)、 A/D转换器(U5)、TTL/RS232电平转换器(U7)、数据输出和计算机通讯的第一外界接口 (JPi)、用于接传感器的第二外界接口(JP2)及液晶显示器(U1CI)；其中第一外界接口(JPD 即所说的单片机系统的外界接口，也是系统功能调整接口 ；该接 口(JPD对内经TTL/RS232电平转换器(U7)接单片机(U9)的P 口中定义为串行通讯端口 的输入、输出端(P6、P7)；第二外界接口(JP2)外侧接所说的惯性敏感元件，即由三件加速度计和三件陀螺仪组 成的三轴惯性传感器(U12)；内侧经TTL/RS232电平转换器(U7)接单片机(U9)的串行输出 口(TXD)和串行输入口(RXD)；A/D转换器(U5)的输入端接所说的水平角度传感器，即输出模拟量的双轴倾角传感器 (Un)，其输出端接单片机(U9)的数据总线接口 (AD 口)；液晶显示器(U1CI)经数据总线(DB)接单片机(U9)的数据总线接口(AD 口)。
专利摘要一种综采工作面弯曲检测装置，主要由惯性敏感元件或者惯性敏感元件和水平角度传感器的组合、信号处理电路、电源和防爆外壳等组成。信号处理电路是以CPU或DSP为核心的信息处理系统；该信息处理系统的输出接口经数据传输线路与全工作面电液控制系统连接。该检测装置安装于采煤机上，对采煤机沿工作面刮板输送机运行轨迹和姿态实时检测，解析出工作面检测数据。由信息处理系统输出的检测数据经数据传输线路传至全工作面电液控制系统及采煤机控制系统，通过执行机构液压支架推移千斤顶、滚筒摇臂调高千斤顶等，对刮板输送机进行调整，达到工作面矫直的目的。适用于煤矿综采、综放工作面弯曲检测，实现工作面弯曲自动检测和矫直。
文档编号G01B21/32GK201581889SQ20092035180
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月22日 优先权日2009年12月22日
发明者丁秀兵, 张永亮, 张纯, 曲天智, 辛振川 申请人:张永亮