專利名稱：礦用傾角傳感器、支架傾角測量系統(tǒng)及傾角測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于煤礦綜采工作面液壓支架的礦用傾角傳感器，以及由傾角傳感器和礦用液壓支架控制器構(gòu)成的傾角測量系統(tǒng)及煤礦綜采工作面液壓支架的測量方法。
背景技術(shù)：
煤礦用傾角傳感器主要用于測量煤礦井下液壓支架的頂梁、掩護梁、底座等的相對傾斜程度，以此反映支架的支撐高度以及對頂板的支護狀況。由于所測量的是相對角度， 因此通常一臺液壓支架控制器需要裝多個傾角傳感器。部分廠家采用只接一個傾角傳感器的方式，但是這種方式只有在煤礦工作面與地平面完全平行，以及運行過程中工作面整體傾角不變的情況下，才能得到所測點的真實數(shù)據(jù)。當工作面與地平面存在角度的時候，則需要程序員“預(yù)估”一個參數(shù)對所測面角度進行補償，此時控制器所得到的角度參數(shù)不完全是實測結(jié)果。而且，通常一個角度數(shù)據(jù)不足以反映液壓支架的姿態(tài)情況。如圖1所示，部分廠家采用星型連接的方式，將多個傾角傳感器通過多個接口與支架控制器直接連接。但由于支架控制器需要完成通訊、采樣、驅(qū)動等多種功能，其接口數(shù)量有限。傾角傳感器占用多個接口，將影響支架控制器的其他功能以及運行裕量；同時，多個傾角傳感器同時發(fā)送數(shù)據(jù)給支架控制器，會產(chǎn)生較大的功耗，不利于產(chǎn)品在煤礦井下的安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種礦用傾角傳感器、支架傾角測量系統(tǒng)及傾角測量方法，減少對支架控制器的接口占用，并降低功耗。本發(fā)明提供的礦用傾角傳感器，包括傾角檢測模塊、處理模塊、第一接口模塊、第二接口模塊；所述傾角檢測模塊用于檢測被測物體的傾角；所述處理模塊用于將自身的傾角信息以及從所述傾角傳感器或鄰液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號；所述第一接口模塊用于發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器或液壓支架控制器的數(shù)據(jù)幀信號，并與所述處理模塊通信；所述第二接口模塊用于與所述處理模塊通信，并發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器的數(shù)據(jù)幀信號。另外，本發(fā)明提供的由上述礦用傾角傳感器構(gòu)成的支架傾角測量系統(tǒng)，包括液壓支架控制器與至少兩個礦用傾角傳感器，各所述礦用傾角傳感器依次串接在所述液壓支架控制器后；所述液壓支架控制器用于向所述礦用傾角傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)幀信號；所述礦用傾角傳感器包括傾角檢測模塊、處理模塊、第一接口模塊、第二接口模塊；所述傾角檢測模塊用于檢測被測物體的傾角；所述處理模塊用于將自身的傾角信息以及從所述鄰液壓傾角傳感器或鄰液壓支架控制器接收到的的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號；所述第一接口模塊用于發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器或液壓支架控制器的數(shù)據(jù)幀信號，并與所述處理模塊通信；所述第二接口模塊用于與所述處理模塊通信，并發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器的數(shù)據(jù)幀信號。本發(fā)明提供的礦用液壓支架的傾角測量方法，用于液壓支架控制器和多個傾角傳感器串行組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信，包括步驟液壓支架控制器發(fā)送數(shù)據(jù)幀信號，傾角傳感器接收所述數(shù)據(jù)幀信號，判斷是否是最遠端的傾角傳感器，若不是，將自身的傾角信息以及從前一個液壓傾角傳感器或液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號，則轉(zhuǎn)發(fā)所述數(shù)據(jù)幀信號到下一個鄰傾角傳感器，若是，則將所述數(shù)據(jù)幀信號發(fā)送到前一個鄰傾角傳感器或所連接的液壓支架控制器；所述液壓支架控制器根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)幀信號中的傾角信息獲得所述液壓支架的傾角。由以上方案可以看出，本發(fā)明中傾角傳感器串行連接，最終只需占用支架控制器一個接口，即可實現(xiàn)液壓支架多個部件的角度測量；同時，系統(tǒng)提供自組網(wǎng)功能，新增、替換傾角傳感器無需設(shè)定，系統(tǒng)可自動識別編號；另外，根據(jù)傾角測量系統(tǒng)的通訊方式，保證系統(tǒng)同一時間只有一個通訊接口處于工作狀態(tài)，降低系統(tǒng)功耗，避免了系統(tǒng)增加傾角傳感器帶來的拓撲變更，以及電源負載增大帶來的安全隱患。


圖1為現(xiàn)有傾角測量系統(tǒng)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的礦用傾角傳感器的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的礦用傾角傳感器水平位置方式示意圖；圖4為本發(fā)明的礦用傾角傳感器傾斜姿態(tài)示意圖；圖5為本發(fā)明的礦用傾角測量系統(tǒng)的實施例結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的礦用傾角測量系統(tǒng)的實施例通訊結(jié)構(gòu)流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明的傾角傳感器，主要安裝于煤礦液壓支架的各個部件上，如頂板、底板、掩護梁等部位；各個傳感器之間通過線纜串接，通過最靠近控制器的一個傳感器與支架控制器相連，組成傾角測量系統(tǒng)。本發(fā)明的傾角測量系統(tǒng)可以實時測量支架各部位的傾斜角度， 通過組合計算得出支架的實際姿態(tài)；傳感器間順序連接，大大簡化了走線復(fù)雜度，更加適合井下復(fù)雜的環(huán)境；只占用支架控制器一個接口，即可得到多個傾角數(shù)據(jù)，節(jié)約了控制器資源。本發(fā)明的傾角傳感器包括一個作為中央處理器的處理模塊，處理模塊與第一接口模塊和第二接口模塊連接，在本發(fā)明中，正向傳輸時，當?shù)V用傾角傳感器作為數(shù)據(jù)信號的源發(fā)送端時，處理模塊負責將通過第一接口模塊從液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，按照預(yù)定的通信協(xié)議規(guī)則生成數(shù)據(jù)幀信號，通過第二接口模塊發(fā)送給下一個相鄰傾角傳感器；當?shù)V用傾角傳感器作為數(shù)據(jù)信號的目的接收端時，處理模塊負責將從鄰傾角傳感器接收到的傾角信息以及自身的傾角信息處理合成新的數(shù)據(jù)幀信號發(fā)送給下一個相鄰傾角傳感器。反向傳輸時，最后一個礦用傾角傳感器通過第一接口模塊發(fā)送給前一個礦用傾角傳感器，礦用傾角傳感器通過第二接口模塊接收數(shù)據(jù)幀信號，并發(fā)送給處理模塊，在反向傳輸中各個礦用傾角傳感器的處理模塊分別將自身的傾角信息加入所收到的數(shù)據(jù)幀信號后通過第一通信接口依次發(fā)送給前一個相鄰傾角傳感器，直到液壓支架控制器。傾角檢測模塊檢測被測物體的傾角信息，發(fā)送到處理模塊，處理模塊根據(jù)傾角信息計算出被測物品與水平面的傾斜角度。圖2為一個實施例中的礦用傾角傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，在本實施例中， 第一接口模塊包括第一信號調(diào)理模塊和第一通信接口，第二接口模塊包括第二信號調(diào)理模塊和第二通信接口，處理模塊與兩個信號調(diào)理模塊連接，即圖中的第一信號調(diào)理模塊、第二信號調(diào)理模塊；每個信號調(diào)理模塊和一個通信接口連接，即圖中的第一通信接口，第二通信接口。如圖3所示，為傾角傳感器與水平面平行設(shè)置時的標準模式。此時傾角檢測芯片處于平衡狀態(tài)，X軸Y軸與水平面夾角為0°，與重力加速度g形成90°的夾角。在本實例中，傳感器此時向處理模塊發(fā)送占空比50 %的PWM信號。如圖4所示，為傾角傳感器在X軸方向傾斜，與水平面形成δ°的夾角，此時根據(jù) δ的不同，傾角檢測模塊輸出不同的傾角信息，處理模塊接收到傾角信息后，即可轉(zhuǎn)換處理，得到傳感器的傾斜角度。在本實例中，當δ介于士90°之間時，傾角傳感器將輸出X軸 30 % 70 %占空比的PWM信號。Y軸的傾角信息獲取方式與X軸相同。傳感器輸出的傾角信息模式，以及對應(yīng)的濾波方式包含但不限于以下方式PWM 方波、模擬量信號、RS232、RS485。本發(fā)明的傾角傳感器還具有數(shù)據(jù)處理功能和傳輸功能。對接收到的數(shù)據(jù)幀按照其命令字段的內(nèi)容，進行對應(yīng)的處理，并通過第一通信接口或第二通訊接口向外發(fā)送。本發(fā)明還提供一種傾角測量系統(tǒng)，用于煤礦液壓支架。傾角測量系統(tǒng)包括一臺液壓支架控制器以及多個本發(fā)明的礦用傾角傳感器。如圖5所示為本發(fā)明的傾角測量系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。傾角測量系統(tǒng)以支架控制器為控制部件，以傾角傳感器為測量部件。傾角傳感器安裝于液壓支架所需測量的各個部件上，支架控制器通常安裝于液壓支架立柱之間。傾角傳感器之間通過線纜串行連接，再與控制器單一接口相連，實現(xiàn)系統(tǒng)連接方式的最簡化。如圖5所示，對系統(tǒng)中各個傾角傳感器而言，編號比自身小1的直接連接的傾角傳感器為第一鄰傾角傳感器；編號比自身大1的直接連接的傾角傳感器為第二鄰傾角傳感
ο本發(fā)明的傾角測量系統(tǒng)具有自組網(wǎng)功能。系統(tǒng)連接完成后，與支架控制器直接相連的傾角傳感器自動編號為1，與傾角傳感器1連接的傾角傳感器編號為2，編號按照連接順序遞增，一直到最后一個傾角傳感器N，全部傾角傳感器都有編號之后，即完成自組網(wǎng)。系統(tǒng)中的傾角傳感器在編號之后，控制器識別編號，進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。本傾角測量系統(tǒng)有計算支架相對傾斜角度的功能。傾角測量系統(tǒng)中，傾角傳感器分別測量各個關(guān)鍵部件的傾斜角度，如頂板、底板、尾梁相對水平面的傾斜角度。通過本發(fā)明的通訊方法，發(fā)送到支架控制器。支架控制器對收到的數(shù)據(jù)進行處理，通過相對計算，得出支架的部件的相對傾斜角度狀態(tài)，進而判斷支架是否處于安全姿態(tài)，以做出相應(yīng)的調(diào)整措施。如測得底板相對水平面傾角為10°，頂板相對水平面為70°，則頂板相對底板為 70° _10° =60° ；控制器通過預(yù)設(shè)的標準，判斷此時支架處于危險狀態(tài)，則可以進行收頂板等措施。本發(fā)明提供了相應(yīng)的利用礦用傾角測量系統(tǒng)測量傾角的方法。本發(fā)明涉及的通訊數(shù)據(jù)幀包含以下4種字段起始字段用于標定數(shù)據(jù)幀信號的起始位置。命令字段用于標示所述數(shù)據(jù)幀信號的命令意義。通常包含由支架控制器發(fā)出的數(shù)據(jù)查詢命令以及由最遠端的傾角傳感器反饋回的數(shù)據(jù)回復(fù)命令。處于中間的傾角傳感器將不改變命令字段。數(shù)據(jù)字段用于承載數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息即傾角傳感器測量得出的傾斜角度信息。校驗字段，用于校驗所發(fā)數(shù)據(jù)是否正確。如圖6所示，本發(fā)明的傾角測量系統(tǒng)的通訊方法包含以下步驟步驟1 支架控制器根據(jù)實際需要，定時發(fā)出數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)幀信號；步驟2 傾角傳感器1接收到數(shù)據(jù)查詢數(shù)據(jù)幀信號，若判斷自身不是最遠端，則對數(shù)據(jù)幀進行處理后轉(zhuǎn)發(fā)此查詢命令，此時數(shù)據(jù)幀的命令字段仍是數(shù)據(jù)查詢命令；步驟3 N 同步驟2，一直將查詢命令發(fā)送到編號為N的最遠端傾角傳感器；步驟N+1 若傾角傳感器判斷自身為最遠端，則對數(shù)據(jù)幀進行處理，將數(shù)據(jù)幀中的查詢命令字段，修改為數(shù)據(jù)回復(fù)命令字段，并將自身的傾角信息加入數(shù)據(jù)字段中的特定位置，然后將此數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到編號較小的前一個傾角傳感器；最終支架控制器接收到的數(shù)據(jù)字段，包含所有處理過此數(shù)據(jù)幀的傾角傳感器寫入的傾斜角度信息；步驟(N+幻 2N 接收到數(shù)據(jù)回復(fù)命令數(shù)據(jù)幀的傾角傳感器，對數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)字段進行處理，將自身測量得到的傾角信息根據(jù)自身的編號，加入數(shù)據(jù)字段的特定部分，并繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，直到數(shù)據(jù)幀信號返回支架控制器；步驟2N+1 支架控制器接收到數(shù)據(jù)幀，此數(shù)據(jù)幀命令字段為數(shù)據(jù)回復(fù)命令，數(shù)據(jù)字段包含所有1 N個傾角傳感器本次測量得到的傾斜角度信息。以上所有的通訊均進行數(shù)據(jù)幀起始位置判定與幀校驗。從以上通訊方式可以看出，任一時刻，支架控制器和N個傾角傳感器中，只有一個接口動作，降低了系統(tǒng)功耗。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)和原理下所作的修改、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦用傾角傳感器，其特征在于，包括傾角檢測模塊、處理模塊、第一接口模塊、 第二接口模塊；所述傾角檢測模塊用于檢測被測物體的傾角信息；所述處理模塊用于將自身的傾角信息以及從所述傾角傳感器或液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號；所述第一接口模塊用于發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器或液壓支架控制器的數(shù)據(jù)幀信號， 并與所述處理模塊通信；所述第二接口模塊用于與所述處理模塊通信，并發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器的數(shù)據(jù)幀信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用傾角傳感器，其特征在于所述數(shù)據(jù)幀信號的通訊方式包含RS232、RS485、CAN、TCP/IP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦用傾角傳感器，其特征在于所述數(shù)據(jù)幀信號的幀結(jié)構(gòu)包括起始字段，用于標定所述數(shù)據(jù)幀信號； 命令字段，用于標示所述數(shù)據(jù)幀信號的命令意義； 數(shù)據(jù)字段，用于承載傾角信息； 校驗字段，用于校驗所發(fā)數(shù)據(jù)是否正確。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦用傾角傳感器，其特征在于所述命令字段的數(shù)據(jù)包括 查詢命令，用于標示所述數(shù)據(jù)幀命令為查詢命令；數(shù)據(jù)回復(fù)命令用于標示所述數(shù)據(jù)幀為數(shù)據(jù)回復(fù)命令；當所述數(shù)據(jù)幀信號的命令字段為查詢命令時，所述處理模塊判斷是否是最遠端的傾角傳感器，若不是，則通過所述第二接口模塊轉(zhuǎn)發(fā)所述數(shù)據(jù)幀信號到下一個鄰傾角傳感器，否則將所述數(shù)據(jù)幀信號的命令字段修改為數(shù)據(jù)回復(fù)命令，并將自身的傾角信息加入所述數(shù)據(jù)幀信號，通過所述第一接口模塊發(fā)送到前一個鄰傾角傳感器；當所述數(shù)據(jù)幀信號的命令字段為數(shù)據(jù)回復(fù)命令時，將自身的傾角信息加入所述數(shù)據(jù)幀信號，通過所述第一接口模塊發(fā)送到前一個鄰傾角傳感器或液壓支架控制器。
5.由權(quán)利要求1至4所述的礦用傾角傳感器構(gòu)成的支架傾角測量系統(tǒng)，其特征在于，包括液壓支架控制器與至少兩個礦用傾角傳感器，各所述礦用傾角傳感器依次串接在所述液壓支架控制器后；所述液壓支架控制器用于向所述礦用傾角傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)幀信號；所述礦用傾角傳感器包括傾角檢測模塊、處理模塊、第一接口模塊、第二接口模塊；所述傾角檢測模塊用于檢測被測物體的傾角；所述處理模塊用于將自身的傾角信息以及從所述鄰液壓傾角傳感器或鄰液壓支架控制器接收到的的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號；所述第一接口模塊用于發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器或液壓支架控制器的數(shù)據(jù)幀信號， 并與所述處理模塊通信；所述第二接口模塊用于與所述處理模塊通信，并發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器的數(shù)據(jù)幀信號。
6.一種礦用液壓支架的傾角測量方法，用于液壓支架控制器和多個傾角傳感器串行組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信，其特征在于，包括步驟正向傳輸時，液壓支架控制器發(fā)送數(shù)據(jù)幀信號，傾角傳感器接收所述數(shù)據(jù)幀信號，判斷是否是最遠端的傾角傳感器，若不是，將從前一個液壓傾角傳感器或液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號，轉(zhuǎn)發(fā)所述數(shù)據(jù)幀信號到下一個鄰傾角傳感器，反向傳輸時，各傾角傳感器將自身的傾角信息加入所述數(shù)據(jù)幀信號發(fā)送到前一個鄰傾角傳感器或液壓支架控制器；所述液壓支架控制器根據(jù)所接收到的數(shù)據(jù)幀信號中的傾角信息獲得所述液壓支架的傾角。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用液壓支架的傾角測量方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)幀信號的幀結(jié)構(gòu)包括起始字段，用于標定所述數(shù)據(jù)幀信號； 命令字段，用于標示所述數(shù)據(jù)幀信號的命令意義； 數(shù)據(jù)字段，用于承載傾角信息； 校驗字段，用于校驗所發(fā)數(shù)據(jù)是否正確。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的礦用液壓支架的傾角測量方法，其特征在于所述命令字段的數(shù)據(jù)包括查詢命令，用于標示所述數(shù)據(jù)幀命令為查詢命令； 數(shù)據(jù)回復(fù)命令用于標示所述數(shù)據(jù)幀為數(shù)據(jù)回復(fù)命令。
全文摘要
本發(fā)明提供的礦用傾角傳感器，包括傾角檢測模塊、處理模塊、第一接口模塊、第二接口模塊；所述傾角檢測模塊用于檢測被測物體的傾角信息；所述處理模塊用于將自身的傾角信息以及從所述傾角傳感器或液壓支架控制器接收到的數(shù)據(jù)幀信號進行處理，生成數(shù)據(jù)幀信號；所述第一接口模塊用于發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器或液壓支架控制器的數(shù)據(jù)幀信號，并與所述處理模塊通信；所述第二接口模塊用于與所述處理模塊通信，并發(fā)送或接收相鄰傾角傳感器的數(shù)據(jù)幀信號。本發(fā)明還提供了礦用傾角傳感器構(gòu)成的支架傾角測量系統(tǒng)以及相應(yīng)的測量方法，通過本發(fā)明能夠減少對支架控制器的接口占用，并降低功耗。
文檔編號G01C9/00GK102384741SQ20111030176
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者喬茂林, 余佳鑫, 傅智敏, 明武, 賈宇輝, 郭偉文, 馬鵬宇 申請人:廣州日濱科技發(fā)展有限公司