一种采煤机摇臂角度检测传感器及检测方法与流程

本发明属于采煤机自动调高技术领域，具体涉及一种采煤机摇臂角度检测传感器及检测方法。

背景技术：

采煤机自动调高是实现综采自动化、智能化、无人化的关键技术之一。由于地质因素影响，煤层的形态和厚度有所不同，采煤机在工作过程中需要根据煤层分布调整滚筒截割高度。采煤机滚筒的调高依靠摇臂绕其与机身铰接的销轴上下摆动实现，因此对截割滚筒高度的实时准确测量成为采煤机自动调高的首要环节。近年来其测量方法、装置的研究及应用受到了业界和相关研究人员的关注。目前国内生产的一些采煤机和大部分进口的主流采煤机，截割滚筒高度的测量主要有两种方式，一是通过测量摇臂摆动角度来计算滚筒高度，二是通过位移传感器直接测量其高度。摇臂摆角测量目前应用较多的方法主要有两种，一种是通过测量调高油缸伸缩量，然后将其转换为摇臂摆角，另一种是通过在摇臂销轴处安装光电编码器、可调电位器等传感器来测量摇臂摆角。

艾柯夫sl型采煤机采用在液压油缸中安装活塞伸缩量位移传感器测量滚筒高度的方法，这种方法安装维修较为困难，一旦传感器损坏需要将整个油缸拆换；目前在摇臂销轴处安装角度传感器的方法还比较少，多数采用编码器，对于该类方法，在选用传感器时会有电缆干涉、空间不足、接口不适配、传感器磨损较为严重、故障率比较高等问题。使用位移传感器直接测量高度，需要将传感器安装在摇臂或直接安装在滚筒内部，对于采煤机的工矿条件，这种方法实现较困难、对传感器的抗干扰能力和精度要求较高。

现有技术中还缺乏能够很好地满足使用需求的采煤机摇臂角度检测传感器及检测方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种采煤机摇臂角度检测传感器，其设计新颖合理，实现方便，工作稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，检测精度高，为采煤机自动调高的实现提供了保障，实用性强，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种采煤机摇臂角度检测传感器，包括底座和安装在底座顶部的底座顶盖，以及一端设置在底座顶盖与底座之间、另一端穿出底座顶盖外部的摇杆；所述底座上通过轴承转动连接有伸出底座顶盖外部的旋转轴，所述摇杆与旋转轴固定连接，所述摇杆未与旋转轴固定连接的一端连接有用于与采煤机摇臂连接的连接座，所述旋转轴顶部穿出底座顶盖外部且设置有圆形磁钢，所述底座顶盖顶部连接有传感器防护壳，所述传感器防护壳的内腔为电路板安装腔且安装有传感器电路板，所述传感器电路板上集成有传感器电路，所述传感器电路包括微处理器模块和为所述传感器电路中各用电单元供电的电源模块，以及与微处理器模块相接且用于将检测数据传输出去的通信模块，所述微处理器模块的输入端接有基于巨磁阻效应的角度传感器，所述微处理器模块的输出端接有显示模块，所述角度传感器正对圆形磁钢安装，所述传感器防护壳上设置有用于观察显示模块的玻璃视窗，所述显示模块正对所述玻璃视窗设置。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述底座的底部设置有止口。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述轴承为圆锥滚子轴承。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述微处理器模块为单片机。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述通信模块为wifi模块。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述角度传感器为角度传感器tle5012b。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述显示模块为oled显示屏。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述底座顶盖的侧壁上开设有供摇杆穿过并在采煤机摇臂的带动下在其中运动的120°的扇形槽。

上述的一种采煤机摇臂角度检测传感器，所述旋转轴顶部设置有磁钢槽，所述磁钢槽的圆心与旋转轴的轴心重合，所述圆形磁钢安装在磁钢槽内且与磁钢槽过盈配合。

本发明还公开了一种方法步骤简单，能够实现采煤机摇臂角度的自动化测量、显示和传输，工作稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，检测精度高的采煤机摇臂角度检测方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、传感器安装：与采煤机机身连接采煤机摇臂的销轴位置处连接，将连接座与采煤机摇臂连接；

步骤二、采煤机摇臂角度检测：调高过程中，采煤机摇臂绕其与采煤机机身铰接的销轴摆动，摇杆以旋转轴为回转轴，实现摇杆与采煤机摇臂同步摆动，将采煤机摇臂摆动的角度转换为旋转轴的转动角度，同时旋转轴带动安装在其上的圆形磁钢转动，产生旋转磁场，角度传感器对旋转轴的转动角度进行实时检测并将检测到的信号输出给微处理器模块，微处理器对角度传感器输出的信号进行处理得到旋转轴的转动角度，并对应得到采煤机摇臂摆动的角度，通过显示模块对采煤机摇臂摆动的角度进行显示，并通过通信模块将采煤机摇臂摆动的角度信号传输出去，供外部接收设备接收。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的采煤机摇臂角度检测传感器，结构简单，设计新颖合理，实现方便。

2、本发明的采煤机摇臂角度检测传感器，使用时，无需对采煤机结构做任何改变，安装简单，工作稳定性高，不易发生故障，且维修方便。

3、本发明的采煤机摇臂角度检测传感器，基于巨磁阻效应的角度传感器实现，该角度传感器具有耐污染、非接触测量、抗振动、抗噪声能力强的优点，在恶劣的环境下工作可靠、稳定，能够很好地用于采煤机的工作环境中，对采煤机摇臂角度进行检测。

4、本发明的采煤机摇臂角度检测传感器，能够将采煤机摇臂摆动角度转换为外加圆形磁钢的转动角度，以角度传感器tle5012b为敏感元件实现角度的获取和转换，以微处理器模块为核心进行采集和输出，实现了采煤机摇臂角度的智能化测量。

5、本发明的采煤机摇臂角度检测方法，方法步骤简单，安装好采煤机摇臂角度检测传感器后，便能够实现采煤机摇臂角度的自动化测量、显示和传输，且工作稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，检测精度高。

6、本发明为采煤机自动调高的实现提供了保障，实用性强，便于推广使用。

综上所述，本发明的设计新颖合理，实现方便，工作稳定性和可靠性好，抗干扰能力强，检测精度高，为采煤机自动调高的实现提供了保障，实用性强，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明采煤机摇臂角度检测传感器的结构示意图。

图2为本发明传感器电路的电路原理框图。

图3为本发明微处理器模块的电路原理图。

图4为本发明角度传感器的电路原理图。

附图标记说明:

1—轴承；2—止口；3—底座；

4—传感器防护壳；5—电路板安装腔；6—旋转轴；

7—摇杆；8—连接座；9—底座顶盖；

10—传感器电路板；10-1—微处理器模块；10-2—电源模块；

10-3—通信模块；10-4—角度传感器；10-5—显示模块；

11—圆形磁钢。

具体实施方式

如图1所示，本发明的采煤机摇臂角度检测传感器，包括底座3和安装在底座3顶部的底座顶盖9，以及一端设置在底座顶盖9与底座3之间、另一端穿出底座顶盖9外部的摇杆7；所述底座3上通过轴承1转动连接有伸出底座顶盖9外部的旋转轴6，所述摇杆7与旋转轴6固定连接，所述摇杆7未与旋转轴6固定连接的一端连接有用于与采煤机摇臂连接的连接座8，所述旋转轴6顶部穿出底座顶盖9外部且设置有圆形磁钢11，所述底座顶盖9顶部连接有传感器防护壳4，所述传感器防护壳4的内腔为电路板安装腔5且安装有传感器电路板10，所述传感器电路板10上集成有传感器电路，结合图2，所述传感器电路包括微处理器模块10-1和为所述传感器电路中各用电单元供电的电源模块10-2，以及与微处理器模块10-1相接且用于将检测数据传输出去的通信模块10-3，所述微处理器模块10-1的输入端接有基于巨磁阻效应的角度传感器10-4，所述微处理器模块10-1的输出端接有显示模块10-5，所述角度传感器10-4正对圆形磁钢11安装，所述传感器防护壳4上设置有用于观察显示模块10-5的玻璃视窗4-1，所述显示模块10-5正对所述玻璃视窗4-1设置。

具体实施时，所述旋转轴6上开设有键槽，所述摇杆7通过连接到键槽内的键与旋转轴6固定连接。通过设置传感器防护壳4，用于安装所述传感器电路板10，并对所述传感器电路进行保护，与摇杆7隔离开，并减少油污、灰尘的进入。所述连接座8通过螺钉与采煤机摇臂连接，使得采煤机摇臂能够带动摇杆7摆动。

本实施例中，所述底座3的底部设置有止口2。所述采煤机摇臂角度检测传感器安装时，通过止口2对底座3在采煤机机身上的安装位置进行定位。具体实施时，所述底座3通过螺钉与采煤机机身连接。

本实施例中，所述轴承1为圆锥滚子轴承。

本实施例中，所述微处理器模块10-1为单片机。

具体实施时，如图3所示，所述单片机为stm32f103c8t6型单片机。

本实施例中，所述通信模块10-3为wifi模块。

具体实施时，所述wifi模块选用板载esp8266芯片，esp8266芯片内置tcp/ip协议，能够实现串口与wifi之间的转换；所述esp8266芯片的串口发送端引脚与stm32f103c8t6型单片机的串口接收端引脚连接，所述esp8266芯片的串口接收端引脚与stm32f103c8t6型单片机的串口发送端引脚连接。

另外，具体实施时，通信模块10-3还可以选用rs-485通信模块。

本实施例中，所述角度传感器10-4为角度传感器tle5012b。

具体实施时，如图4所示，所述角度传感器tle5012b的sclk引脚通过电阻r5与stm32f103c8t6型单片机的pb13引脚连接，所述角度传感器tle5012b的csq引脚通过电阻r6与stm32f103c8t6型单片机的pb12引脚连接，所述角度传感器tle5012b的date引脚通过电阻r7与stm32f103c8t6型单片机的pb15引脚连接，且通过电阻r8与stm32f103c8t6型单片机的pb14引脚连接，且通过电阻r9与电源模块10-2的3.3v电压输出端vcc3.3v连接；所述角度传感器tle5012b的vdd引脚与电源模块10-2的3.3v电压输出端vcc3.3v连接，所述角度传感器tle5012b的gnd引脚接地。其中，电阻r5、电阻r6、电阻r7和电阻r8的阻值均为120ω，电阻r9的阻值为2.2kω。即stm32f103c8t6型单片机通过spi接口读取tle5012b角度寄存器中的角度数据。

本实施例中，所述显示模块10-5为oled显示屏。

具体实施时，所述oled显示屏焊接在传感器电路板10上，且与传感器电路板10之间留有一定空隙，便于散热；所述oled显示屏的上表面正对所述玻璃视窗4-1设置。oled显示屏具有分辨率高、自发光，不需背光源、对比度高、厚度薄、视角广的优点，能够很好地满足该采煤机摇臂角度检测传感器的使用需求。

本实施例中，所述底座顶盖9的侧壁上开设有供摇杆7穿过并在采煤机摇臂的带动下在其中运动的120°的扇形槽。通过设置120°的扇形槽，满足采煤机摇臂-25°～+45°的摆动量；而且，无方向性限制，通用于采煤机的左摇臂和右摇臂。

本实施例中，所述旋转轴6顶部设置有磁钢槽，所述磁钢槽的圆心与旋转轴6的轴心重合，所述圆形磁钢11安装在磁钢槽内且与磁钢槽过盈配合。这样的连接关系能够保证圆形磁钢11与旋转轴6的同轴度。

具体实施时，所述圆形磁钢11为直径为9mm的圆形径向充磁稀土永磁钢。

本发明的采煤机摇臂角度检测方法，包括以下步骤：

步骤一、传感器安装：3与采煤机机身连接采煤机摇臂的销轴位置处连接，将连接座8与采煤机摇臂连接；

步骤二、采煤机摇臂角度检测：调高过程中，采煤机摇臂绕其与采煤机机身铰接的销轴摆动，摇杆7以旋转轴6为回转轴，实现摇杆7与采煤机摇臂同步摆动，将采煤机摇臂摆动的角度转换为旋转轴6的转动角度，同时旋转轴6带动安装在其上的圆形磁钢11转动，产生旋转磁场，角度传感器10-4对旋转轴6的转动角度进行实时检测并将检测到的信号输出给微处理器模块10-1，微处理器对角度传感器10-4输出的信号进行处理得到旋转轴6的转动角度，并对应得到采煤机摇臂摆动的角度，通过显示模块10-5对采煤机摇臂摆动的角度进行显示，并通过通信模块10-3将采煤机摇臂摆动的角度信号传输出去，供外部接收设备接收。

具体实施时，所述外部接收设备为采煤机机载计算机。

综上所述，本发明将采煤机摇臂摆动的角度转换为了外加磁场的旋转角度，所述采煤机摇臂角度检测传感器由机械部件和电路部件配合，实现了摇臂摆动角度的测量。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。