專(zhuān)利名稱(chēng)：提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種檢測(cè)裝置，特別是一種適用于提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的提升機(jī) 天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
目前，對(duì)提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)可以通過(guò)對(duì)提升鋼絲繩張力的檢測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。提升 鋼絲繩張力的檢測(cè)方法包括直接檢測(cè)法與間接檢測(cè)法。直接檢測(cè)法是在提升容器頂端安裝 鋼絲繩張力檢測(cè)裝置，該裝置由傳感器、信號(hào)采集模塊、無(wú)線發(fā)射模塊和蓄電池構(gòu)成。檢測(cè) 的鋼絲繩張力信號(hào)通過(guò)無(wú)線發(fā)射模塊發(fā)送，由井口的接收模塊接收后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到鋼 絲繩張力。檢測(cè)鋼絲繩張力的傳感器主要有以下三種拉力傳感器，串聯(lián)在提升鋼絲繩與提 升容器之間；三點(diǎn)式鋼絲繩張力傳感器；油壓傳感器，適用于提升容器與鋼絲繩之間有液 壓平衡裝置的多繩摩擦提升機(jī)。這種方法主要存在四點(diǎn)缺陷無(wú)線通信在井筒中的傳輸距 離短，當(dāng)井筒深度超過(guò)500米，無(wú)法實(shí)現(xiàn)可靠的通信；蓄電池需要定期更換，維護(hù)不便；傳感 器安裝維護(hù)不便；拉力傳感器靈敏度低，張力傳感器會(huì)加劇鋼絲繩的疲勞磨損，油壓傳感器 只適用于提升容器與鋼絲繩之間有液壓平衡裝置的場(chǎng)合。間接檢測(cè)法是在天輪的軸承底座 上安裝測(cè)力傳感器來(lái)檢測(cè)鋼絲繩張力。該方法要求測(cè)力傳感器具有結(jié)構(gòu)適用性、功能適用 性、長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高可靠性，造成傳感器研制困難、成本很高，而且很難安裝，當(dāng)傳感器毀壞 時(shí)也很難及時(shí)更換。根據(jù)以上分析可以發(fā)現(xiàn)，目前通過(guò)提升鋼絲繩張力的檢測(cè)來(lái)反映提升機(jī)運(yùn)行狀態(tài) 的方法主要存在以下缺陷傳感器安裝不便，檢測(cè)系統(tǒng)維護(hù)困難；檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用具有一定 的局限性，不能應(yīng)用于深井檢測(cè)；蓄電池供電的方案需要定期更換電池，維護(hù)不便；現(xiàn)有傳 感器存在成本高、靈敏度低、對(duì)鋼絲繩有損害等問(wèn)題。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是要提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，維護(hù)方便、能夠 用于深井檢測(cè)、成本低、靈敏度高、對(duì)鋼絲繩無(wú)損害的提升機(jī)天輪應(yīng)力裝置。本實(shí)用新型提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，包括設(shè)在提升機(jī)天輪上的多個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳 感器節(jié)點(diǎn)，提升機(jī)天輪的天輪支架上設(shè)有接收應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 協(xié)調(diào)器，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器經(jīng)RS-232總線連接工控機(jī)。所述的多個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)均勻布置在提升機(jī)天輪的輪緣或輪輻上。所述的應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)包括應(yīng)變橋路模塊、前置放大模塊、低通濾波模塊、系 統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位電路、電壓參考電路、編程和擴(kuò)展接口、鋰電池、模擬電源、隔離器和 射頻電源，應(yīng)變橋路模塊順序連接前置放大模塊和低通濾波模塊，低通濾波模塊連接系統(tǒng) 級(jí)芯片CC2430，系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430分別連接有復(fù)位電路、電壓參考電路和編程及擴(kuò)展接 口，鋰電池順序連接模擬電源、隔離器和射頻電源，模擬電源分別連接應(yīng)變橋路模塊、前置 放大模塊和低通濾波模塊，射頻電源連接系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位電路和電壓參考電路。[0008]所述的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包括系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電 路、RS-232擴(kuò)展口、編程及擴(kuò)展接口、AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊和低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999， 系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430分別連接有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口和編程及擴(kuò)展接 口，與交流電連接的AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊輸出端連接低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999，低壓差 線性穩(wěn)壓器MAX16999的輸出端分別連接外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口和系統(tǒng) 級(jí)芯片CC2430。有益效果(1)基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)提升機(jī)天輪的應(yīng)力檢測(cè)；(2)將提升機(jī)天輪應(yīng)力場(chǎng)的檢測(cè)裝置設(shè)在天輪上，不會(huì)給提升系統(tǒng)帶來(lái)任何安全 隱患，安全可靠；(3)基于ZigBee協(xié)議開(kāi)發(fā)的應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，具有 很高通信可靠性，系統(tǒng)響應(yīng)快速，功耗低；(4)傳感器節(jié)點(diǎn)具有低電量檢測(cè)功能，當(dāng)傳感器節(jié)點(diǎn)電池電壓低于2. 5V時(shí)可以自 動(dòng)報(bào)警。(5)方法及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，安裝、維護(hù)方便、成本低、靈敏度高、能 夠用于深井檢測(cè)。

圖1是本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)原理圖，圖4是本實(shí)用新型的應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)電路圖，圖5是本實(shí)用新型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)原理圖，圖6是本實(shí)用新型的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器電路圖，圖中1_天輪，2-應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，3-天輪支架，4-無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器， 5-RS-232總線，6-工控機(jī)，7-操作臺(tái)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一、圖1所示，提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置主要由6個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn) 2、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4、RS-232總線5、工控機(jī)6和操作臺(tái)7構(gòu)成。6個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感 器節(jié)點(diǎn)2均勻固定在提升機(jī)天輪1位于相鄰兩個(gè)輪輻中間的輪緣上，用于獲取天輪的應(yīng)力 信息。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要，應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)2可以增加至12個(gè)。每個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感 器節(jié)點(diǎn)2包括應(yīng)變橋路模塊、前置放大模塊、低通濾波模塊、系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位電路、 電壓參考電路、編程和擴(kuò)展接口、鋰電池、模擬電源、隔離器和射頻電源，應(yīng)變橋路模塊順 序連接前置放大模塊和低通濾波模塊，低通濾波模塊連接系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430，系統(tǒng)級(jí)芯片 CC2430連接有復(fù)位電路、電壓參考電路和編程及擴(kuò)展接口，鋰電池順序連接模擬電源、隔離 器和射頻電源，模擬電源連接應(yīng)變橋模塊、前置放大模塊和低通濾波模塊，射頻電源連接系 統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位電路和電壓參考電路。在支撐提升機(jī)天輪1的天輪支架3上設(shè)置無(wú) 線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4，用來(lái)接收應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)2采集的數(shù)據(jù)并對(duì)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)2的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4包括系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口、編程及擴(kuò)展接口、AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊和低壓差線 性穩(wěn)壓器MAX16999，系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430分別連接有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò) 展口和編程及擴(kuò)展接口，與交流電連接的AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊輸出端連接低壓差線性穩(wěn)壓 器MAX16999，低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999的輸出端分別連接外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、 RS-232擴(kuò)展口和系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4將接收到的應(yīng)力無(wú)線傳感 器節(jié)點(diǎn)2采集的數(shù)據(jù)預(yù)處理后通過(guò)RS-232總線5發(fā)送給工控機(jī)6，工控機(jī)6將接收的數(shù)據(jù) 進(jìn)行處理得到提升機(jī)天輪應(yīng)力并存儲(chǔ)。實(shí)施例二、圖2所示，天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)與圖1相同，不同點(diǎn)在于將應(yīng)力無(wú)線 傳感器節(jié)點(diǎn)2固定在天輪1的輪輻上，其余連接關(guān)系與圖1相同，略。在圖3中，應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)2由電源電路、應(yīng)變橋路、信號(hào)調(diào)理電路、支持 ZigBee協(xié)議的系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430模塊及相關(guān)外圍電路構(gòu)成。電源電路包括一塊3. 6V鋰 電池、低壓差線性穩(wěn)壓器和η型LC電源去耦隔離器。應(yīng)變橋路采用半橋接法，四個(gè)工作臂 分別由一個(gè)應(yīng)變片、一個(gè)溫度補(bǔ)償片和內(nèi)置在節(jié)點(diǎn)中的兩個(gè)精密電阻組成。信號(hào)調(diào)理電路 由前置放大和低通濾波電路構(gòu)成。系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430模塊包括CC2430芯片、天線、晶振電 路及少量的濾波電容、非平衡變壓器等元件。模塊外圍電路包括復(fù)位電路、參考電壓模塊及 編程和擴(kuò)展接口。鋰電池輸出的3. 6V的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)低壓差線性穩(wěn)壓器ΜΑΧ16999后，輸 出3. 3V穩(wěn)定電壓，構(gòu)成了供橋電源，為應(yīng)變橋路、前置放大和低通濾波電路提供電源電壓。 為抑制低頻直流測(cè)量中的主要噪聲源Ι/f噪聲，選用具有自穩(wěn)零、低失調(diào)、低漂移和高共模 抑制比特性的AD8553精密放大器。同時(shí)，采用二階巴特沃斯低通濾波器，以減小電路中射 頻、數(shù)字等高頻信號(hào)對(duì)應(yīng)力信號(hào)的影響。調(diào)理后的應(yīng)力信號(hào)接入CC2430內(nèi)部集成的A/D轉(zhuǎn) 換器，并由REF193構(gòu)成的參考電壓模塊為A/D轉(zhuǎn)換提供3V基準(zhǔn)電壓，A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果存入 CC2430內(nèi)部存儲(chǔ)器。為避免CC2430中高功率高頻信號(hào)對(duì)供橋電源的影響，將供橋電源經(jīng) LC隔離后為CC2430及其外圍電路供電。擴(kuò)展接口為節(jié)點(diǎn)檢測(cè)其他信號(hào)以及存儲(chǔ)等功能的 擴(kuò)展提供方便。在圖4中，Pl為應(yīng)變片和補(bǔ)償片接口，Rl和R2精密電阻為內(nèi)置在節(jié)點(diǎn)中的橋臂， 電位器R4為橋路實(shí)現(xiàn)硬件調(diào)零。放大器AD8553的放大倍數(shù)可以由電位器R9調(diào)定，其輸出 端與二階低通濾波器的電阻RlO相連。二階低通濾波器由阻容元件RIO、RlU C4、C5和運(yùn) 算放大器0PA350組成，能夠?yàn)V除IOOHz以上的信號(hào)，輸出信號(hào)與CC2430模塊的ADC輸入端 口“P0. 0”相連。P2為電池電源輸入口，采用二極管Dl對(duì)地反接在電源端，起到防止電池接 反損害電路元件的作用，通過(guò)開(kāi)關(guān)Sl與MAX16999的輸入端口 “IN”相連。利用MAX 16999 的復(fù)位引腳“RST”與CC2430模塊的“RST”引腳相連，為電路提供復(fù)位信號(hào)，節(jié)省了電路板 空間；其使能“EN”引腳與CC2430模塊的“P1. 0”引腳相連，休眠模式下可由“P1. 0”引腳控 制MAX16999進(jìn)入低電量狀態(tài)，降低節(jié)點(diǎn)功耗；MAX16999輸出引腳“OUT”與去耦電容C9相 連，并與模擬電源端口“VCC1”相連。π型LC電源去耦隔離器由L1、C10和Cll組成，其輸 入端與C9相連，輸出端與射頻電源“VCC2”的供電端口相連。R12、C13和C14構(gòu)成電源紋 波通路，可以進(jìn)一步減小電源紋波。電壓參考芯片REF193為CC2430模塊提供3V外部參考 電壓，其電壓輸出引腳“OUT”與CC2430模塊的外部參考電壓輸入端“P0. 7”相連。P3和P4 為 CC2430 模塊接 口，與 CC2430 模塊的“P0. 0_Ρ0· 7”、“PL O-P1. 7”、“VCC2”和“RST”端口相連；P5為編程口，與CC2430模塊的編程口 "P2. 1”和"P2. 2”端口相連；P6和P7為擴(kuò)展接 口，與P3和P4 口相同。在圖5中，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4不需要檢測(cè)應(yīng)力信息，因此，在其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有應(yīng)變橋路與信號(hào)調(diào)理電路。由于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器4處于實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，能耗較 大，采用交流電為其供電。220V交流電源經(jīng)AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊A0C_5S轉(zhuǎn)換成5V直流電 壓，然后由低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999為CC2430模塊及外圍電路提供穩(wěn)定的3. 3V電壓。 由于CC2430的存儲(chǔ)量有限，為協(xié)調(diào)器外擴(kuò)容量為512kB的FLASH存儲(chǔ)器AT45DB041。采用 MAX3243芯片完成電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)器與工控機(jī)的RS-232通訊。在圖6中，Pl為交流電源輸入口，經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)Sl后與A0C_5S的交流輸入端口 “AC_ N”和“AC_L”相連。A0C_5S的輸出端“+Vo”與MAX16999的輸入端“IN”相連，MAX16999輸 出端“OUT”與去耦電容C2相連，為協(xié)調(diào)器提供3. 3V電壓。P2和P3為CC2430模塊接口， P4為編程口，P5和P6為擴(kuò)展接口，均與節(jié)點(diǎn)電路中的連接端口相同。MAX3243的“R0UT1”、 “DIN1”、“DIN2”和“R0UT2”端口分別與 CC2430 模塊的“P0. 2-P0. 5”端口相連，其“D0UT1 ”、 “D0UT2，，、“Rmi” 和"RIN2” 端口分別與 9 針 RS-232 接口 P7 的"232_TX，，、“232_CT，，、“232_ RX”和“232_RT”端口相連。AT45DB041芯片的串行接口 “CS”、“SCK”、“SI ”和“SO”分別與 CC2430模塊的“PI. 4-P1. 7”端口相連，用以完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取操作。
權(quán)利要求一種提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，其特征在于它包括設(shè)在提升機(jī)天輪(1)上的多個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)(2)，提升機(jī)天輪(1)的天輪支架(3)上設(shè)有接收應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)(2)信號(hào)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(4)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(4)經(jīng)RS-232總線(5)連接工控機(jī)(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，其特征在于所述的多個(gè)應(yīng)力無(wú) 線傳感器節(jié)點(diǎn)(2)均勻布置在提升機(jī)天輪(1)的輪緣或輪輻上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，其特征在于所述的應(yīng)力無(wú)線傳 感器節(jié)點(diǎn)(2)包括應(yīng)變橋路模塊、前置放大模塊、低通濾波模塊、系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位 電路、電壓參考電路、編程和擴(kuò)展接口、鋰電池、模擬電源、隔離器和射頻電源，應(yīng)變橋路模 塊順序連接前置放大模塊和低通濾波模塊，低通濾波模塊連接系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430，系統(tǒng)級(jí) 芯片CC2430分別連接復(fù)位電路、電壓參考電路和編程和擴(kuò)展接口，鋰電池順序連接模擬電 源、隔離器和射頻電源，模擬電源分別連接應(yīng)變橋模塊、前置放大模塊和低通濾波模塊，射 頻電源連接系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、復(fù)位電路和電壓參考電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，其特征在于所述的無(wú)線傳感器 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(4)包括系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430、外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口、編程 及擴(kuò)展接口、AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊和低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999，系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430分 別連接有外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口和編程及擴(kuò)展接口，與交流電連接的 AC-DC開(kāi)關(guān)電源模塊輸出端連接低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999，低壓差線性穩(wěn)壓器MAX16999 的輸出端分別連接外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器、復(fù)位電路、RS-232擴(kuò)展口和系統(tǒng)級(jí)芯片CC2430。
專(zhuān)利摘要一種提升機(jī)天輪應(yīng)力檢測(cè)裝置，包括設(shè)在提升機(jī)天輪上的多個(gè)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，提升機(jī)天輪的天輪支架上設(shè)有接收應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)信號(hào)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器經(jīng)RS-232總線連接工控機(jī)。按照設(shè)定的采樣頻率啟動(dòng)應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)，應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)將收集的信息發(fā)送到無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對(duì)接收到應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的信息預(yù)處理，然后通過(guò)RS-232總線將數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)在操作臺(tái)上的工控機(jī)，工控機(jī)將接收的應(yīng)力無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)信息分析處理得到提升機(jī)天輪的應(yīng)力數(shù)據(jù)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性強(qiáng)，可靠性高，安裝、維護(hù)方便、成本低、靈敏度高、能夠用于深井檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01L5/00GK201555676SQ20092027714
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者周公博, 曹?chē)?guó)華, 朱真才, 李中凱, 李偉, 王穎, 訾斌, 邵杏國(guó), 陳光柱, 陳國(guó)安, 韓振鐸 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué);徐州中礦提升安全設(shè)備有限公司