專利名稱：傳送帶監(jiān)控的制作方法
傳送帶監(jiān)控
本發(fā)明涉及監(jiān)控傳送帶狀況。更確切地說，其涉及監(jiān)控配備有可導(dǎo)磁 軟線的傳送帶狀況的系統(tǒng)及方法。其適用范圍擴(kuò)展至配備該系統(tǒng)的傳送帶 裝置。
眾所周知，在各類采礦及工業(yè)應(yīng)用中，傳送帶結(jié)構(gòu)所使用的鋼芯增強(qiáng) 軟線的完全失效會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性后果。因此，對此類傳送帶的狀況監(jiān)控的需 求已成為慣例，其目標(biāo)為辨別傳送帶受損情況并據(jù)此有效維護(hù)傳送帶，從 而確保完全失效的可能性顯著降低。
本文設(shè)想的典型的鋼絲加強(qiáng)的傳送帶由通常長度約為300 m量級(jí)的長 傳送帶部件組成。每一部件包括夾置在兩個(gè)橡膠層之間的基本等距且并行 的構(gòu)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(gè)部件 的末端重疊1到5米并將這兩個(gè)部件硫化，形成兩個(gè)部件之間的接頭。當(dāng) 各部件按此方法連接時(shí)，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(guān)系排列。
受損傳送帶區(qū)域可能形成其中傳送帶的個(gè)別一股或多股軟線或整條軟 線斷裂、磨損、腐蝕或損壞的區(qū)域。眾所周知，可以通過磁化傳送帶的軟 線并感測毗鄰傳送帶的磁場來監(jiān)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。用于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(jiān)控的傳送帶的寬度且隔開的四個(gè)這樣的傳感 器，因此每個(gè)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(nèi)受損軟線的準(zhǔn)確位置 仍難以確定。同時(shí)，由于線圈式磁傳感器實(shí)際上感測軟線受損區(qū)域內(nèi)的磁 場強(qiáng)度變化率，所以人們發(fā)現(xiàn)盡管能正確指示受損區(qū)域，但仍無法確定或 監(jiān)控受損的本質(zhì)及受損軟線的劣化率，因此難以準(zhǔn)確確定何時(shí)進(jìn)行傳送帶維護(hù)最優(yōu)。
還已知其他大致利用上述原理并適用于鋼絲增強(qiáng)的軟線傳送帶的狀況 監(jiān)控裝置，但這些裝置同樣存在相同的不足，因此本發(fā)明的目的是提供用 于上述目的且能改善上述不足的一種方法及一種裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送帶的狀況的 系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括-
磁場發(fā)生器，其在工作時(shí)能產(chǎn)生磁化軟線的磁場； 磁場感測單元，用于感測軟線在工作時(shí)所提供的磁場，并提供表 示該磁場的信號(hào)；以及
處理器，用于對信號(hào)執(zhí)行離散小波變換。 根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種用于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送帶的狀況 的方法，該方法包括
產(chǎn)生磁化軟線的磁場；
感測由軟線提供的磁場并提供表示該磁場的信號(hào)；以及 對信號(hào)離散小波變換。 此外，本發(fā)明還提供一種傳送帶裝置，包括 具有多個(gè)導(dǎo)磁軟線的帶；以及
用于監(jiān)控上述帶的狀況的系統(tǒng)，其磁場發(fā)生器及磁場感測裝置毗 鄰帶定位且彼此縱向隔開。
磁場發(fā)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(zhuǎn)換對來自傳感器的信號(hào)進(jìn)行。
小波可以是摩雷特(Morlet)小波。
該系統(tǒng)可包括用于處理從傳感器接收的信號(hào)并執(zhí)行轉(zhuǎn)換的處理設(shè) 備。處理設(shè)備可具有多通道或可以是多路復(fù)用類型。如果采用多路復(fù)用， 則可采用模擬或數(shù)字多路復(fù)用。
便利地，磁場可被數(shù)字化，且數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可采用摩雷特小波函數(shù)巻積。 此外，可能將使用快速傅立葉變換("FFT")。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)理解的是，該系統(tǒng)可包括用于確定縱向上的帶行進(jìn)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(xiàn)在將通過非限制性示例并參考所附示意圖描述本發(fā)明，附圖中

圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的傳送帶裝置； 圖2示意性地示出作為圖1的系統(tǒng)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(tǒng)的一部分的處理設(shè)備的實(shí)施
例；
圖4示意性地示出摩雷特小波函數(shù)，其中圖4A示出其實(shí)部，而 圖4B示出其虛部；
圖5示出表明采集、計(jì)算以及顯示損傷圖像所需的計(jì)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示出采用摩雷特小波函數(shù)巻積圖6中的數(shù)據(jù)的結(jié)果。
參閱圖l，根據(jù)本發(fā)明的傳送帶裝置一般用附圖標(biāo)記IO來指示。裝置 10具有傳送帶12、磁場發(fā)生器14、磁場感測單元16、用于測定帶12的行 進(jìn)速度的編碼器18以及及用于處理從場感測單元16接收的數(shù)據(jù)的處理設(shè) 備20。帶12的行進(jìn)方向如箭頭22所示。場發(fā)生器14及磁場感測裝置16 均橫跨帶12延伸，并安裝于帶12上方4cm至5cm處。編碼器18與裝置 IO的一個(gè)滑輪相連，以監(jiān)控帶12的行進(jìn)速度。
應(yīng)理解的是行進(jìn)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于帶12。
此帶12用于傳送散裝材料，諸如煤、鐵礦石等。它由其中包埋有多根 軟線24的橡膠基質(zhì)構(gòu)成，這些軟線由沿帶12鋪設(shè)的許多股鋼絲組成。因 此這些芯是導(dǎo)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(shù)量將取決于軟線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(yīng)注意的是，實(shí)際上通常會(huì)使用更多數(shù)量的軟線24。
如本領(lǐng)域已知，在工作時(shí)，磁場發(fā)生器14會(huì)產(chǎn)生磁場，該磁場將軟線 24磁化。如果軟線24某處存在斷裂，那么場感測裝置16將在這些斷裂處 周圍感測到邊緣磁場(或漏磁場)。根據(jù)本發(fā)明，由場感測裝置16提供的 信號(hào)通過處理設(shè)備20處理，如下文中將更詳細(xì)說明地。
現(xiàn)參考圖2，其示出了場感測單元16的實(shí)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(gè)傳感器3026。每個(gè)傳感器30均具 有一條感測軸。應(yīng)理解的是，當(dāng)載具26橫跨或位于傳送帶12上方的適當(dāng) 位置時(shí)，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，這取決于橫向架構(gòu)的標(biāo)度尺寸。
傳感器30為霍爾效應(yīng)傳感器并由Allegro微系統(tǒng)(Allegro Microsystems) 公司供應(yīng)，其零件編號(hào)為A1302KLHLt-T。
現(xiàn)參考圖3，其示出了用于處理從傳感器30接收的信號(hào)的處理設(shè)備20 的實(shí)施例。在設(shè)備20中，每個(gè)傳感器30均配有緩沖器46，緩沖器46將緩 沖的信號(hào)提供給模擬多路復(fù)用器48。多路復(fù)用器48的輸出被提供至A/D轉(zhuǎn) 換器50，而A/D轉(zhuǎn)換器50的數(shù)字輸出將通過數(shù)據(jù)總線54被提供至現(xiàn)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(fù)用 器48和轉(zhuǎn)換器50相連。FPGA52又向處理器60提供數(shù)據(jù)信號(hào)。
來自各個(gè)傳感器30的模擬電壓將首先通過緩沖器46放大并濾波。濾 波后的模擬值被饋送至n通道多路復(fù)用器48。 n即傳感器30的數(shù)量。來自 FPGA52的命令輸出決定將哪一個(gè)模擬輸入值切換至多路復(fù)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(fù)用器的裝置。不過，可 通過將多個(gè)從屬多路復(fù)用器連接至主多路復(fù)用器來增加通道輸入的數(shù)量。 例如，十六個(gè)16通道從屬多路復(fù)用器的輸出可連接至單個(gè)主多路復(fù)用器的 輸入。該特定配置將產(chǎn)生一個(gè)16"6=256通道多路復(fù)用器的等價(jià)物。來自 通道(通常為256個(gè))的模擬電壓輸出通過單個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為它們的 數(shù)字值。該A/D轉(zhuǎn)換器50必須能以等于n'fs肌p的速率采樣，此處的n是 模擬通道數(shù)量而f;^p是每條通道的采樣頻率。FPGA52負(fù)責(zé)將所需交換信 號(hào)輸送至A/D交換器50并控制A/D交換器，由此確定采樣率。從A/D轉(zhuǎn)換器50輸出的數(shù)字輸出經(jīng)FPGA52接收并通過適合的總線(例如，ISA) 發(fā)送至處理器60。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識(shí)到，己磁化的軟線中的斷裂處會(huì)產(chǎn)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(shù)據(jù)以了 解軟線中的斷裂處的結(jié)構(gòu)和位置時(shí)，存在多個(gè)問題。圖6示出了由斷裂產(chǎn) 生的典型的磁場曲線圖。首先，如圖所示，磁信號(hào)為雙極，且斷裂處中心 實(shí)際上對應(yīng)于磁場的零點(diǎn)。因此，損壞中心不對應(yīng)于磁場的最大點(diǎn)。其次， 通常會(huì)存在因電干擾產(chǎn)生的噪聲分量，或在此情況下存在由帶振動(dòng)引起的 噪聲分量，如通過雙極信號(hào)任一側(cè)上的正弦振蕩可以看出地。通過使用合 適的小波函數(shù)巻積磁信號(hào)，可使這些問題降至最低程度。具有適當(dāng)形狀的 基函數(shù)的合適小波函數(shù)是摩雷特函數(shù)(Morletfunction)。該函數(shù)為復(fù)變函數(shù)， 其具有能反映磁偶極子形狀特征變化的不對稱虛部。通過匹配小波函數(shù)形 狀與原始磁場數(shù)據(jù)，使這一技術(shù)具備了區(qū)分由帶震動(dòng)引起的上述正弦振蕩 的重要優(yōu)勢。
在實(shí)空間中，摩雷特小波函數(shù)由通過高斯包絡(luò)調(diào)制的復(fù)指數(shù)組成
此處s為小波尺度，k為決定高斯包絡(luò)中的循環(huán)次數(shù)的無量綱參數(shù)，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(zhuǎn) 變成時(shí)間，此處t為帶速度。
如圖4所示的復(fù)變摩雷特函數(shù)由被寬度為s的高斯包絡(luò)調(diào)制的頻率為k 的正弦波形組成。實(shí)部為正弦函數(shù)而虛部為余弦函數(shù)。
s的選擇取決于x方向上的邊緣磁場的標(biāo)度尺寸以及采樣頻率。例如， 用于軟線斷裂處的s應(yīng)小于用于接續(xù)處的s?？傊瑂的最優(yōu)值應(yīng)通過檢查 小波波譜獲得，并通過對不同標(biāo)度尺寸s求w值計(jì)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(shí)際上，如果采樣頻率為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(gè)傳感器30的數(shù)據(jù)信號(hào)執(zhí)行離散摩雷 特小波交換。
使用摩雷特小波函數(shù)巻積磁數(shù)據(jù)以計(jì)算損傷圖像。這通過使用巻積定理以計(jì)算上高效的方式完成。
巻積定理規(guī)定，如果X (f)是X (t)的傅立葉轉(zhuǎn)換，即3(x(r)-義(/))， 則兩函數(shù)h (t)和(t)的巻積為3{/(0。/^)}=尸(/).//(/) = ^(/)，即，實(shí)空
間中的巻積等于頻率(轉(zhuǎn)換)空間中的相乘。
為了以計(jì)算上高效的方式計(jì)算原始磁場數(shù)據(jù)與摩雷特函數(shù)的巻積，使 用快速傅立葉轉(zhuǎn)換(FFT)。
通過按照逐行基礎(chǔ)將摩雷特函數(shù)與從傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行巻積獲得
損傷圖像，其中每一行均通過對某一時(shí)間間隔數(shù)字化傳感器輸出從而釆集
時(shí)間數(shù)列Bz (t) 。 Bz數(shù)據(jù)的每一行將包含2"個(gè)點(diǎn)，即如果n=10，則有
1024個(gè)點(diǎn)。如果傳感器以200Hz的頻率被采樣，則將在1024" 1/200)=5.12
秒內(nèi)被抽取一行數(shù)據(jù)樣品。因?yàn)槟滋匦〔ê瘮?shù)為復(fù)變函數(shù)，所以應(yīng)取絕
對值以給出每行的損傷數(shù)據(jù)(D (t)):
<formula>formula see original document page 9</formula>
然后通過將損傷行一個(gè)堆疊在另一個(gè)上構(gòu)成2維圖像，從而得到損傷
根據(jù)從傳感器陣列獲得的Bz采集數(shù)值計(jì)算損傷圖像的計(jì)算步驟在圖5
的流程圖中示出。因此，應(yīng)遵照下列步驟
步驟70:計(jì)算氣力)和^，,(/) = 。
步驟72:設(shè)置i二l，其中i表示第i個(gè)傳感器(i = 1， 2, 3...n且
n-傳感器數(shù)量。
步驟74:以200Hz采集時(shí)間數(shù)列A,)，該數(shù)列由1024個(gè)樣本組成。
步驟76:利用方程1計(jì)算損傷圖像中的第i行，即即D,W。 步驟78:設(shè)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(shí)際上，來自所有傳感器30的電壓輸出均使用中斷程序連續(xù)采集，并 緩沖在一個(gè)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(shù)巻積磁數(shù)據(jù)后，經(jīng)小波濾波的輸出表現(xiàn)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(fā)明更容易辨別軟線斷裂及其位置。
權(quán)利要求
1.一種用于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送帶的狀況的系統(tǒng)，包括磁場發(fā)生器，用于在工作時(shí)產(chǎn)生磁場以磁化所述軟線；磁場感測單元，用于感測所述軟線在工作時(shí)所提供的磁場，并提供表示所述磁場的信號(hào)；以及處理器，用于對所述信號(hào)執(zhí)行離散小波變換。
2. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，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(hào)進(jìn)行所述變換。
3. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述小波為摩雷特小波。
4. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括用于處理由所述傳感器提 供的信號(hào)的處理設(shè)備。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理設(shè)備包括用于提供數(shù) 字?jǐn)?shù)據(jù)形式的信號(hào)的數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
6. 如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理器將所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與 所述小波巻積。
7. 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，包括帶速確定裝置，用于確定 所述帶在縱向上的行進(jìn)速度。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，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(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理設(shè)備具有至少一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器。
10. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理設(shè)備包括多路復(fù) 用器。
11. 一種用于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送帶的狀況的方法，包括 產(chǎn)生磁場以磁化所述軟線；感測所述軟線提供的磁場，并提供表示所述磁場的信號(hào)；以及 對所述信號(hào)進(jìn)行離散小波變換。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，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(hào)進(jìn)行所述變換。
13. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其特征在于，所述小波為摩雷特小波。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法被數(shù)字化并以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)形式提供。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法其特征在于，所述傳感器提供的信號(hào) 其特征在于，將所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與所述 其特征在于，包括確定所述帶的行進(jìn) 其特征在于，來自所述傳感器的信號(hào)小波巻積。
16. 如權(quán)利要求11所述的方法， 速度。
17. 如權(quán)利要求12所述的方法， 被多路復(fù)用。
18. —種傳送帶裝置，包括 具有多根導(dǎo)磁軟線的帶；以及如權(quán)利要求1至10中的任一項(xiàng)所述的用于監(jiān)控帶狀況的系統(tǒng)，所 述磁場發(fā)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于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送 帶的狀況的系統(tǒng)。
20. —種與參考附圖所描述基本一致的用于監(jiān)控具有導(dǎo)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
一種用于監(jiān)控具有導(dǎo)磁軟線的傳送帶(12)的狀況的系統(tǒng)，具有磁場發(fā)生器(14)，其在工作時(shí)能產(chǎn)生磁化軟線的磁場；磁場感測單元(16)，用于感測軟線在工作時(shí)所產(chǎn)生的磁場，并提供表示磁場的信號(hào)；以及處理器(20)，用于對信號(hào)進(jìn)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(hào)進(jìn)行該變換。
文檔編號(hào)B65G43/02GK101657367SQ200880003008
公開日2010年2月24日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者賽瓦申·帕達(dá)亞奇, 邁克爾·約翰·奧爾波特, 雅克·弗雷德里克·巴松 申請人:先進(jìn)影像技術(shù)(控股)有限公司