傳送帶監控的製作方法

2023-07-14 17:57:51 1

專利名稱：傳送帶監控的製作方法
傳送帶監控
本發明涉及監控傳送帶狀況。更確切地說，其涉及監控配備有可導磁 軟線的傳送帶狀況的系統及方法。其適用範圍擴展至配備該系統的傳送帶 裝置。
眾所周知，在各類採礦及工業應用中，傳送帶結構所使用的鋼芯增強 軟線的完全失效會導致災難性後果。因此，對此類傳送帶的狀況監控的需 求已成為慣例，其目標為辨別傳送帶受損情況並據此有效維護傳送帶，從 而確保完全失效的可能性顯著降低。
本文設想的典型的鋼絲加強的傳送帶由通常長度約為300 m量級的長 傳送帶部件組成。每一部件包括夾置在兩個橡膠層之間的基本等距且並行 的構造中的多股鋼絲的中央層，這些部件通過接頭連接。通過將兩個部件 的末端重疊1到5米並將這兩個部件硫化，形成兩個部件之間的接頭。當 各部件按此方法連接時，重疊部分中的部件的鋼絲將以一種圖案排列，其 中各部件的交替鋼絲以平行毗鄰關係排列。
受損傳送帶區域可能形成其中傳送帶的個別一股或多股軟線或整條軟 線斷裂、磨損、腐蝕或損壞的區域。眾所周知，可以通過磁化傳送帶的軟 線並感測毗鄰傳送帶的磁場來監控傳送帶是否有此類損傷，所感測到的磁 場即指示軟線損傷。用於此目的的已知儀器包括線圈型磁傳感器， 一種特 定的已知裝置具有橫跨被監控的傳送帶的寬度且隔開的四個這樣的傳感 器，因此每個傳感器可辨別傳送帶的橫向四分之一分段中的軟線損傷。盡 管足以指示軟線損傷，但在帶寬度的四分之一分段內受損軟線的準確位置 仍難以確定。同時，由於線圈式磁傳感器實際上感測軟線受損區域內的磁 場強度變化率，所以人們發現儘管能正確指示受損區域，但仍無法確定或 監控受損的本質及受損軟線的劣化率，因此難以準確確定何時進行傳送帶維護最優。
還已知其他大致利用上述原理並適用於鋼絲增強的軟線傳送帶的狀況 監控裝置，但這些裝置同樣存在相同的不足，因此本發明的目的是提供用 於上述目的且能改善上述不足的一種方法及一種裝置。
根據本發明，提供了一種用於監控具有導磁軟線的傳送帶的狀況的 系統，該系統包括-
磁場發生器，其在工作時能產生磁化軟線的磁場； 磁場感測單元，用於感測軟線在工作時所提供的磁場，並提供表 示該磁場的信號；以及
處理器，用於對信號執行離散小波變換。 根據本發明，還提供了一種用於監控具有導磁軟線的傳送帶的狀況 的方法，該方法包括
產生磁化軟線的磁場；
感測由軟線提供的磁場並提供表示該磁場的信號；以及 對信號離散小波變換。 此外，本發明還提供一種傳送帶裝置，包括 具有多個導磁軟線的帶；以及
用於監控上述帶的狀況的系統，其磁場發生器及磁場感測裝置毗 鄰帶定位且彼此縱向隔開。
磁場發生器可包括永磁體或電磁體。
感測單元可包括隔開的磁場傳感器陣列，轉換對來自傳感器的信號進行。
小波可以是摩雷特(Morlet)小波。
該系統可包括用於處理從傳感器接收的信號並執行轉換的處理設 備。處理設備可具有多通道或可以是多路復用類型。如果採用多路復用， 則可採用模擬或數字多路復用。
便利地，磁場可被數位化，且數字數據可採用摩雷特小波函數巻積。 此外，可能將使用快速傅立葉變換("FFT")。
本領域的技術人員應理解的是，該系統可包括用於確定縱向上的帶行進速度的帶速確定裝置。該帶速確定裝置可包括連接至傳送帶裝置的滑 輪的編碼器。
現在將通過非限制性示例並參考所附示意圖描述本發明，附圖中

圖1示意性地示出根據本發明的傳送帶裝置； 圖2示意性地示出作為圖1的系統的一部分的傳感器陣列； 圖3示意性地示出作為圖1的系統的一部分的處理設備的實施
例；
圖4示意性地示出摩雷特小波函數，其中圖4A示出其實部，而 圖4B示出其虛部；
圖5示出表明採集、計算以及顯示損傷圖像所需的計算順序的流
程圖6示出傳送帶中的斷裂軟線上方的磁場垂直分量的典型曲線
圖；以及
圖7示出採用摩雷特小波函數巻積圖6中的數據的結果。
參閱圖l，根據本發明的傳送帶裝置一般用附圖標記IO來指示。裝置 10具有傳送帶12、磁場發生器14、磁場感測單元16、用於測定帶12的行 進速度的編碼器18以及及用於處理從場感測單元16接收的數據的處理設 備20。帶12的行進方向如箭頭22所示。場發生器14及磁場感測裝置16 均橫跨帶12延伸，並安裝於帶12上方4cm至5cm處。編碼器18與裝置 IO的一個滑輪相連，以監控帶12的行進速度。
應理解的是行進22方向定義縱向方向，且橫向方向被定義為橫跨帶 12，垂直方向被定義為垂直於帶12。
此帶12用於傳送散裝材料，諸如煤、鐵礦石等。它由其中包埋有多根 軟線24的橡膠基質構成，這些軟線由沿帶12鋪設的許多股鋼絲組成。因 此這些芯是導磁的。典型的帶的軟線間距為10mm到25mm。很明顯，帶 12中軟線24的數量將取決於軟線24的間距及帶12的寬度。雖然圖1中僅 僅表示出四根軟線24,但應注意的是，實際上通常會使用更多數量的軟線24。
如本領域已知，在工作時，磁場發生器14會產生磁場，該磁場將軟線 24磁化。如果軟線24某處存在斷裂，那麼場感測裝置16將在這些斷裂處 周圍感測到邊緣磁場(或漏磁場)。根據本發明，由場感測裝置16提供的 信號通過處理設備20處理，如下文中將更詳細說明地。
現參考圖2，其示出了場感測單元16的實施例。該場感測裝置16具 有長載具26，該長載具26上安裝有多個傳感器3026。每個傳感器30均具 有一條感測軸。應理解的是，當載具26橫跨或位於傳送帶12上方的適當 位置時，傳感器30將指向下方，以測量磁場的垂直分量。
傳感器30間距為2mm至20mm，這取決於橫向架構的標度尺寸。
傳感器30為霍爾效應傳感器並由Allegro微系統(Allegro Microsystems) 公司供應，其零件編號為A1302KLHLt-T。
現參考圖3，其示出了用於處理從傳感器30接收的信號的處理設備20 的實施例。在設備20中，每個傳感器30均配有緩衝器46，緩衝器46將緩 衝的信號提供給模擬多路復用器48。多路復用器48的輸出被提供至A/D轉 換器50，而A/D轉換器50的數字輸出將通過數據總線54被提供至現場可 編程門陣列(FPGA) 52。 FPGA52通過傳令線路56和58連接至多路復用 器48和轉換器50相連。FPGA52又向處理器60提供數據信號。
來自各個傳感器30的模擬電壓將首先通過緩衝器46放大並濾波。濾 波後的模擬值被饋送至n通道多路復用器48。 n即傳感器30的數量。來自 FPGA52的命令輸出決定將哪一個模擬輸入值切換至多路復用器48的輸 出。通常情況下，僅可獲得具有最多16通道多路復用器的裝置。不過，可 通過將多個從屬多路復用器連接至主多路復用器來增加通道輸入的數量。 例如，十六個16通道從屬多路復用器的輸出可連接至單個主多路復用器的 輸入。該特定配置將產生一個16"6=256通道多路復用器的等價物。來自 通道(通常為256個)的模擬電壓輸出通過單個A/D轉換器轉換為它們的 數字值。該A/D轉換器50必須能以等於n'fs肌p的速率採樣，此處的n是 模擬通道數量而f;^p是每條通道的採樣頻率。FPGA52負責將所需交換信 號輸送至A/D交換器50並控制A/D交換器，由此確定採樣率。從A/D轉換器50輸出的數字輸出經FPGA52接收並通過適合的總線(例如，ISA) 發送至處理器60。
本領域普通技術人員將意識到，己磁化的軟線中的斷裂處會產生具有 在軟線末端形成的北極和南極的邊緣磁場。在試圖分析此類磁場數據以了 解軟線中的斷裂處的結構和位置時，存在多個問題。圖6示出了由斷裂產 生的典型的磁場曲線圖。首先，如圖所示，磁信號為雙極，且斷裂處中心 實際上對應於磁場的零點。因此，損壞中心不對應於磁場的最大點。其次， 通常會存在因電幹擾產生的噪聲分量，或在此情況下存在由帶振動引起的 噪聲分量，如通過雙極信號任一側上的正弦振蕩可以看出地。通過使用合 適的小波函數巻積磁信號，可使這些問題降至最低程度。具有適當形狀的 基函數的合適小波函數是摩雷特函數(Morletfunction)。該函數為複變函數， 其具有能反映磁偶極子形狀特徵變化的不對稱虛部。通過匹配小波函數形 狀與原始磁場數據，使這一技術具備了區分由帶震動引起的上述正弦振蕩 的重要優勢。
在實空間中，摩雷特小波函數由通過高斯包絡調製的復指數組成
此處s為小波尺度，k為決定高斯包絡中的循環次數的無量綱參數，以 及x為空間位置。雖然此處x為空間位置，但它同樣可通過使用x二v.t轉 變成時間，此處t為帶速度。
如圖4所示的復變摩雷特函數由被寬度為s的高斯包絡調製的頻率為k 的正弦波形組成。實部為正弦函數而虛部為餘弦函數。
s的選擇取決於x方向上的邊緣磁場的標度尺寸以及採樣頻率。例如， 用於軟線斷裂處的s應小於用於接續處的s。總之，s的最優值應通過檢查 小波波譜獲得，並通過對不同標度尺寸s求w值計算得出，上述小波波譜 是y軸上的s與x軸上的t的二維曲線圖。
實際上，如果採樣頻率為125Hz，則選擇k和s分別為15和3。
如上所述，處理器60對來自每個傳感器30的數據信號執行離散摩雷 特小波交換。
使用摩雷特小波函數巻積磁數據以計算損傷圖像。這通過使用巻積定理以計算上高效的方式完成。
巻積定理規定，如果X (f)是X (t)的傅立葉轉換，即3(x(r)-義(/))， 則兩函數h (t)和(t)的巻積為3{/(0。/^)}=屍(/).//(/) = ^(/)，即，實空
間中的巻積等於頻率(轉換)空間中的相乘。
為了以計算上高效的方式計算原始磁場數據與摩雷特函數的巻積，使 用快速傅立葉轉換(FFT)。
通過按照逐行基礎將摩雷特函數與從傳感器採集的數據進行巻積獲得
損傷圖像，其中每一行均通過對某一時間間隔數位化傳感器輸出從而釆集
時間數列Bz (t) 。 Bz數據的每一行將包含2"個點，即如果n=10，則有
1024個點。如果傳感器以200Hz的頻率被採樣，則將在1024" 1/200)=5.12
秒內被抽取一行數據樣品。因為摩雷特小波函數為複變函數，所以應取絕
對值以給出每行的損傷數據(D (t)):
formula see original document page 9
然後通過將損傷行一個堆疊在另一個上構成2維圖像，從而得到損傷
根據從傳感器陣列獲得的Bz採集數值計算損傷圖像的計算步驟在圖5
的流程圖中示出。因此，應遵照下列步驟
步驟70:計算氣力)和^，,(/) = 。
步驟72:設置i二l，其中i表示第i個傳感器(i = 1， 2, 3...n且
n-傳感器數量。
步驟74:以200Hz採集時間數列A,)，該數列由1024個樣本組成。
步驟76:利用方程1計算損傷圖像中的第i行，即即D,W。 步驟78:設置1—+1， 1=11嗎？如果否則按箭頭82所示返回步驟 74。如果是則按箭頭84前往步驟80。 步驟80:顯示損傷圖像。 實際上，來自所有傳感器30的電壓輸出均使用中斷程序連續採集，並 緩衝在一個陣列中。
圖7示出了典型的損傷圖像。如圖所示，在使用摩雷特小波函數巻積磁數據後，經小波濾波的輸出表現出噪聲分量明顯被衰減的單峰。因此， 與磁場的直接曲線圖相比，通過本發明更容易辨別軟線斷裂及其位置。
權利要求
1.一種用於監控具有導磁軟線的傳送帶的狀況的系統，包括磁場發生器，用於在工作時產生磁場以磁化所述軟線；磁場感測單元，用於感測所述軟線在工作時所提供的磁場，並提供表示所述磁場的信號；以及處理器，用於對所述信號執行離散小波變換。
2. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述感測單元包括隔開的磁場 傳感器陣列，對所述傳感器提供的信號進行所述變換。
3. 如權利要求l所述的系統，其特徵在於，所述小波為摩雷特小波。
4. 如權利要求2所述的系統，其特徵在於，包括用於處理由所述傳感器提 供的信號的處理設備。
5. 如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述處理設備包括用於提供數 字數據形式的信號的數字轉換器。
6. 如權利要求5所述的系統，其特徵在於，所述處理器將所述數字數據與 所述小波巻積。
7. 如權利要求1所述的系統，其特徵在於，包括帶速確定裝置，用於確定 所述帶在縱向上的行進速度。
8. 如權利要求7所述的系統，其特徵在於，所述帶速確定裝置包括可連接 至傳送帶裝置的滑輪的編碼器。
9. 如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述處理設備具有至少一個 A/D轉換器。
10. 如權利要求4所述的系統，其特徵在於，所述處理設備包括多路復 用器。
11. 一種用於監控具有導磁軟線的傳送帶的狀況的方法，包括 產生磁場以磁化所述軟線；感測所述軟線提供的磁場，並提供表示所述磁場的信號；以及 對所述信號進行離散小波變換。
12. 如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述磁場由隔開的磁場傳感器的陣列感測，對所述傳感器提供的信號進行所述變換。
13. 如權利要求ll所述的方法，其特徵在於，所述小波為摩雷特小波。
14. 如權利要求12所述的方法被數位化並以數字數據形式提供。
15. 如權利要求14所述的方法其特徵在於，所述傳感器提供的信號 其特徵在於，將所述數字數據與所述 其特徵在於，包括確定所述帶的行進 其特徵在於，來自所述傳感器的信號小波巻積。
16. 如權利要求11所述的方法， 速度。
17. 如權利要求12所述的方法， 被多路復用。
18. —種傳送帶裝置，包括 具有多根導磁軟線的帶；以及如權利要求1至10中的任一項所述的用於監控帶狀況的系統，所 述磁場發生器及所述磁場感測裝置毗鄰所述帶定位且彼此縱向隔開。
19. 一種與參考附圖所描述基本一致的用於監控具有導磁軟線的傳送 帶的狀況的系統。
20. —種與參考附圖所描述基本一致的用於監控具有導磁軟線的傳送 帶的狀況的方法。
21. —種與參考附圖所描述基本一致的傳送帶裝置。
全文摘要
一種用於監控具有導磁軟線的傳送帶(12)的狀況的系統，具有磁場發生器(14)，其在工作時能產生磁化軟線的磁場；磁場感測單元(16)，用於感測軟線在工作時所產生的磁場，並提供表示磁場的信號；以及處理器(20)，用於對信號進行離散小波變換。小波可為摩雷特波形。感測單元包括隔開的磁場傳感器的陣列，對傳感器提供的信號進行該變換。
文檔編號B65G43/02GK101657367SQ200880003008
公開日2010年2月24日 申請日期2008年1月24日 優先權日2007年1月26日
發明者賽瓦申·帕達亞奇, 麥可·約翰·奧爾波特, 雅克·弗雷德裡克·巴松 申請人:先進影像技術(控股)有限公司