专利名称：一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法
技术领域：
本发明一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，属于煤矿设备自动化在线检测技术领域，具体涉及一种钢绳芯胶带的阵列式磁致伸缩光纤传感器在线检测方法的技术方案。
背景技术：
钢绳芯胶带因为其能够实现大运量、长距离的运送煤炭物料而广泛应用在我国煤矿企业当中。因此钢绳芯胶带的安全运行在煤矿安全有序生产中占有非常重要的地位。目前，钢绳芯胶带的检测主要是采用人工检测法，超声波检测法和X光检测法等。人工检测法工作量繁重，而且经常会发生漏判和误判。超声波检测法具有灵敏度高、指向性好、检测速度快等特点，但检测常常受到被检测介质的材质、晶粒度的影响而出现误判的结果。X光检测法需要让皮带停止，不能实现实时检测，无法对新出现的故障进行诊断。所以现有的检测方法都需要不断的补充完善和发展。
发明内容
本发明一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其目的在于为解决上述现有技术中存在的问题，公开一种钢绳芯胶带的阵列式磁致伸缩光纤传感器在线检测方法，利用磁致伸缩光纤传感器具有高灵敏度的特点，可以准确的测出微弱的磁记忆磁场信号，结合金属磁记忆检测技术，可以有效的检测出钢绳芯胶带的每根钢丝绳缺陷位置或应力集中区，具有操作简便、抗干扰性强、诊断灵敏度高的特点的钢绳芯胶带的在线检测与早期故障诊断方法。本发明一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其特征在于是一种钢绳芯胶带的阵列式磁致伸缩光纤传感器在线检测方法，该方法通过对磁致伸缩光纤传感器的阵列式设计，有效的对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行实时在线检测，具体步骤为
(1)在钢绳芯胶带上方或下方约5cm-10cm处搭建一个比钢绳芯胶带稍宽的固定架，根据所检测的钢绳芯胶带中钢丝绳个数，选用稍多于钢丝绳个数的磁致伸缩传感器，磁致伸缩传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方或下方固定于固定架上，形成一个传感器阵列，为避免因胶带跑偏而出现检测盲区，剩余的传感器平行等距的固定于传感器阵列左右两侧，当钢绳芯胶带运行并从该传感器阵列上方或下方经过时，根据金属磁记忆检测原理，胶带中每根钢丝绳出现了疲劳、断丝、应力集中缺陷或损伤的状态都被其所对应的磁致伸缩光纤传感器所采集；
(2)以一条覆有磁致伸缩材料的光纤作为测量光纤，以另一条没有覆盖磁致伸缩材料的光纤作为参考光纤，当同一束光线经由稱合器被分束到测量光纤和参考光纤中时对于测量光纤，在磁场的作用下，磁致伸缩材料发生长度变化，从而引起光纤传输光束相位的变化，而参考光纤没有这样的变化，通过电路测量出相位的变化即可测量出引起相位变化的磁场，测量光纤和参考光纤中的两路光信号进入检测系统后，经光电二极管进行光电转换变为电压信号，之后进入差分放大器对信号进行比较和放大，所得结果进入计算机系统进行处理和提取；
(3)磁致伸缩材料的伸缩系数At/￡与施加于其面上的磁场有着如下关系Δ￡/￡ = CHr2,其中L为磁致伸缩材料的长度K为物质常数，不同的材料有不同的物质常数·万为加在磁致伸缩材料上的磁场，由公式At=CO/2当磁致伸缩材料
处于线性工作区，其伸长量与施加其上的外磁场变化呈线性变化，通过(2)对测量信号的处理和提取，计算出待测磁场的数值，完成对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测。上述一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其特征在于所述的传感器的磁致伸缩材料部分长度为50cm，满足运行速度为6m/s以下的皮带实时在线检测。本发明一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其优点在于磁致伸缩光纤传感器作为一种新的检测器件，具有高灵敏度，高抗干扰性等优点，几何形状具有多方面的适应性，可用于高压，高温，腐蚀或其它恶劣环境。磁致伸缩光纤传感器阵列，结合金属磁记忆检测技术，不仅可以对每根钢绳芯构件的宏观缺陷进行检测，更能够对微观缺陷以及尚未发展成型的应力集中区进行检测，为钢绳芯胶带故障的在线检测与早期故障诊断提供了一种新的可行方法。
通过下述结合附图的详细描述，本发明的目的、其他特征以及优点将更加清晰。其中
图1为胶带的阵列式传感器在线检测方法基本示意图 图2为磁致伸缩光纤传感器基本原理图 图3为测量光纤基本结构图
其中I钢丝绳；2固定架；3光信号；4光纤传感器阵列；5钢绳芯胶带；6信号处理部分；7调制磁场；8测量光纤；9参考光纤；10耦合器；11光源；12信号检测与显示部分；13磁致伸缩材料；14光纤
具体实施例方式下面结合附图介绍本发明的具体实施方式
。实施方式I
(I)在钢绳芯胶带上方或下方约8cm处搭建一个比钢绳芯胶带稍宽的固定架，皮带的 宽度为1000mm，皮带的输送速度为4m/s，皮带内钢丝绳数量为92根，故选用宽度为1200mm固定架以及磁致伸缩光纤传感器102根。根据图1所示，固定架设置于皮带上方或下方8cm处，传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方，固定于固定架上根据所检测的钢绳芯胶带中钢丝绳个数92，选用稍多于钢丝绳个数的磁致伸缩传感器100根，磁致伸缩传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方或下方固定于固定架上，形成一个传感器阵列，剩余的传感器平行等距的固定于传感器阵列左右两侧，这样可以避免因胶带跑偏而出现检测盲区，当钢绳芯胶带运行并从该传感器阵列下方或上方经过时，根据金属磁记忆检测原理，胶带中每根钢丝绳出现了疲劳、断丝、应力集中等缺陷或损伤的状态都会被其所对应的磁致伸缩光纤传感器所采集；
(2)以一条覆有磁致伸缩材料的光纤作为测量光纤，以另一条没有覆盖磁致伸缩材料的光纤作为参考光纤，当同一束光线经由稱合器被分束到测量光纤和参考光纤中时对于测量光纤，在磁场的作用下，磁致伸缩材料发生长度变化，从而引起光纤传输光束相位的变化，而参考光纤没有这样的变化，通过电路测量出相位的变化即可测量出引起相位变化的磁场，测量光纤和参考光纤中的两路光信号进入检测系统后，经光电二极管进行光电转换变为电压信号，之后进入差分放大器对信号进行比较和放大，所得结果进入计算机系统进行处理和提取；
(3)磁致伸缩材料的伸缩系数Δ￡/Ζ与施加于其面上的磁场有着如下关系 = Cff2，其中L为磁致伸缩材料的长度K为物质常数，不同的材料有不同的物质常
数·万为加在磁致伸缩材料上的磁场，由公式At=CLff3与Φ=2 Α￡/1,当磁致伸缩材料处于线性工作区，其伸长量与施加其上的外磁场变化呈线性变化，通过(2)对测量信号的处 理和提取，计算出待测磁场的数值，完成对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测。实施方式2
(1)在钢绳芯胶带上方或下方约5cm处搭建一个比钢绳芯胶带稍宽的固定架，皮带的宽度为800mm，皮带的输送速度为3m/s，皮带内钢丝绳数量为85根，故选用宽度为IOOOmm固定架以及磁致伸缩光纤传感器95根。根据图1所示，固定架设置于皮带上方或下方5cm处，传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方，固定于固定架上根据所检测的钢绳芯胶带中钢丝绳个数85，选用稍多于钢丝绳个数的磁致伸缩传感器95根，磁致伸缩传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方或下方固定于固定架上，形成一个传感器阵列，剩余的传感器平行等距的固定于传感器阵列左右两侧，这样可以避免因胶带跑偏而出现检测盲区，当钢绳芯胶带运行并从该传感器阵列下方或上方经过时，根据金属磁记忆检测原理，胶带中每根钢丝绳出现了疲劳、断丝、应力集中等缺陷或损伤的状态都会被其所对应的磁致伸缩光纤传感器所采集；
(2)以一条覆有磁致伸缩材料的光纤作为测量光纤，以另一条没有覆盖磁致伸缩材料的光纤作为参考光纤，当同一束光线经由稱合器被分束到测量光纤和参考光纤中时对于测量光纤，在磁场的作用下，磁致伸缩材料发生长度变化，从而引起光纤传输光束相位的变化，而参考光纤没有这样的变化，通过电路测量出相位的变化即可测量出引起相位变化的磁场，测量光纤和参考光纤中的两路光信号进入检测系统后，经光电二极管进行光电转换变为电压信号，之后进入差分放大器对信号进行比较和放大，所得结果进入计算机系统进行处理和提取；
(3)磁致伸缩材料的伸缩系数Ai//与施加于其面上的磁场有着如下关系Δ￡/￡ = Ctf2，其中L为磁致伸缩材料的长度K为物质常数，不同的材料有不同的物质常数·万为加在磁致伸缩材料上的磁场，由公式M=Cttf2当磁致伸缩材料处于线性工作区，其伸长量与施加其上的外磁场变化呈线性变化，通过(2)对测量信号的处理和提取，计算出待测磁场的数值，完成对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测。 实施 方式3
(1)在钢绳芯胶带上方或下方约IOcm处搭建一个比钢绳芯胶带稍宽的固定架，皮带的宽度为1200mm，皮带的输送速度为6m/s，皮带内钢丝绳数量为108根，故选用宽度为1400mm固定架以及磁致伸缩光纤传感器118根。根据图1所示，固定架设置于皮带上方或下方IOcm处，传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方，固定于固定架上根据所检测的钢绳芯胶带中钢丝绳个数108，选用稍多于钢丝绳个数的磁致伸缩传感器118根，磁致伸缩传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方或下方固定于固定架上，形成一个传感器阵列，剩余的传感器平行等距的固定于传感器阵列左右两侧，这样可以避免因胶带跑偏而出现检测盲区，当钢绳芯胶带运行并从该传感器阵列下方或上方经过时，根据金属磁记忆检测原理，胶带中每根钢丝绳出现了疲劳、断丝、应力集中等缺陷或损伤的状态都会被其所对应的磁致伸缩光纤传感器所采集；
(2)以一条覆有磁致伸缩材料的光纤作为测量光纤，以另一条没有覆盖磁致伸缩材料的光纤作为参考光纤，当同一束光线经由稱合器被分束到测量光纤和参考光纤中时对于测量光纤，在磁场的作用下，磁致伸缩材料发生长度变化，从而引起光纤传输光束相位的变化，而参考光纤没有这样的变化，通过电路测量出相位的变化即可测量出引起相位变化的磁场，测量光纤和参考光纤中的两路光信号进入检测系统后，经光电二极管进行光电转换变为电压信号，之后进入差分放大器对信号进行比较和放大，所得结果进入计算机系统进行处理和提取；
(3)磁致伸缩材料的伸缩系数Δ￡/￡与施加于其面上的磁场有着如下关系
权利要求
1.一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其特征在于是一种钢绳芯胶带的阵列式磁致伸缩光纤传感器在线检测方法，该方法通过对磁致伸缩光纤传感器的阵列式设计，从而有效的对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测，具体步骤为 (1)在钢绳芯胶带上方或下方约5cm-10cm处搭建一个比钢绳芯胶带稍宽的固定架，根据所检测的钢绳芯胶带中钢丝绳个数，选用稍多于钢丝绳个数的磁致伸缩传感器，磁致伸缩传感器对应的排列在钢绳芯中每根钢丝绳的正上方或下方固定于固定架上，形成一个传感器阵列，剩余的传感器平行等距的固定于传感器阵列左右两侧，这样可以避免因胶带跑偏而出现检测盲区，当钢绳芯胶带运行并从该传感器阵列下方或下方经过时，根据金属磁记忆检测原理，胶带中每根钢丝绳出现了疲劳、断丝、应力集中等缺陷或损伤的状态都会被其所对应的磁致伸缩光纤传感器所采集； (2)以一条覆有磁致伸缩材料的光纤作为测量光纤，以另一条没有覆盖磁致伸缩材料的光纤作为参考光纤，当同一束光线经由稱合器被分束到测量光纤和参考光纤中时对于测量光纤，在磁场的作用下，磁致伸缩材料发生长度变化，从而引起光纤传输光束相位的变化，而参考光纤没有这样的变化，通过电路测量出相位的变化即可测量出引起相位变化的磁场，测量光纤和参考光纤中的两路光信号进入检测系统后，经光电二极管进行光电转换变为电压信号，之后进入差分放大器对信号进行比较和放大，所得结果进入计算机系统进行处理和提取； (3)磁致伸缩材料的伸缩系数At//与施加于其面上的磁场有着如下关系At/i = Cff2，其中L为磁致伸缩材料的长度f为物质常数，不同的材料有不同的物质常数 万为加在磁致伸缩材料上的磁场，由公式At=Ciff3当磁致伸缩材料处于线性工作区，其伸长量与施加其上的外磁场变化呈线性变化，通过(2)对测量信号的处理和提取，计算出待测磁场的数值，完成对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测。
2.按照权利要求1所述一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，其特征在于所述的传感器的磁致伸缩材料部分长度为50cm，可满足运行速度为6m/s以下的皮带实时在线检测，若需要检测速度更快的皮带，可适当增加磁致伸缩材料部分长度。
全文摘要
一种钢绳芯胶带的阵列式在线检测方法，属于煤矿设备自动化在线检测技术领域，其特征在于是一种钢绳芯胶带的阵列式磁致伸缩光纤传感器在线检测方法，该方法通过对磁致伸缩光纤传感器的阵列式设计，有效的对钢绳芯胶带中的每根钢丝绳状态进行了实时在线检测，其优点在于磁致伸缩光纤传感器作为一种新的检测器件，具有高灵敏度，高抗干扰性等优点，几何形状具有多方面的适应性，可用于高压，高温，腐蚀或其它恶劣环境。磁致伸缩光纤传感器阵列，结合金属磁记忆检测技术，不仅可以对每根钢绳芯构件的宏观缺陷进行检测，更能够对微观缺陷以及尚未发展成型的应力集中区进行检测，为钢绳芯胶带故障的在线检测与早期故障诊断提供了一种新的可行方法。
文档编号G01N27/82GK102980939SQ20121053121
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月11日 优先权日2012年12月11日
发明者乔铁柱, 满壮, 王峰, 张雪英, 靳宝全, 陈昕, 赵弼龙, 郑洪强 申请人:太原理工大学