本發(fā)明屬于應力應變測量領(lǐng)域，具體涉及一種基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近年來，帶式輸送機由于其運距長，運量大和連續(xù)運輸?shù)膬?yōu)點而在煤炭生產(chǎn)中被普遍使用。然而，高速度、長距離和大運量的運輸，使得帶式輸送機的運行平穩(wěn)性降低、驅(qū)動功率匹配差，從而導致帶式輸送機出現(xiàn)故障的概率增大，在使用過程中由于腐蝕，磨損等導致斷帶事故時有發(fā)生。帶式輸送機皮帶的斷裂，不僅會影響煤礦連續(xù)安全生產(chǎn)，嚴重的可能造成人員傷亡，特別是作為主提升用的上運帶式輸送機，傾角大，膠帶長，負荷大，一旦發(fā)生斷帶事故，就會產(chǎn)生極大的危害。另外，發(fā)生斷帶故障時，由于重力和慣性力的作用，斷裂的皮帶將和皮帶上的物料一同迅速滑落，將皮帶和物料一同堆積在輸送機下方機頭處，給后續(xù)的維修工作帶來極大的麻煩。

因此，在帶式輸送機工作的過程中，實時獲取皮帶所受的分布應力變化，從而掌握皮帶運行工況下的健康狀況，至關(guān)重要。也只有實時、準確地獲取皮帶所受的分布應力變化，才能準確地判斷皮帶的工作情況以及斷帶位置。

當前皮帶檢測的方法主要是間接測量法、基于漏磁原理的弱磁檢測法以及x射線檢測法，其中，間接測量法不能精準反應皮帶受力的工作情況，從而無法正確地判斷皮帶的斷裂情況和位置；弱磁檢測法屬定性檢測，不能定量地顯示鋼芯的受力情況，易引起漏檢和錯檢；x射線檢測法對人體傷害比較大，不便于在普通環(huán)境下應用，同時由于采用圖像的方式，因此該方法不能準確對皮帶的內(nèi)部受力做出判斷，適合定性的觀察，不適合定量的分析。并且，上述三種方法均為有線連接方式，工作過程中會大大影響傳感器的工作狀態(tài)，對其造成損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有帶式輸送機皮帶應力應變檢測技術(shù)存在不能多點直接測量、定量分析皮帶工作情況、成本高、對工作環(huán)境要求高以及對工作人員的健康有危害的技術(shù)問題，提供一種成本低、檢測準確、可靠性高、無源無線、能定量分析的基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)，包括采集閱讀器、傳感器單元和上位機，采集閱讀器包括射頻發(fā)射模塊、a調(diào)制解調(diào)模塊、處理器模塊、接口模塊、天線和電源，其中：所述傳感器單元包括倍壓和穩(wěn)壓電路、b調(diào)制解調(diào)電路、低功耗微處理器、應變電橋、低功耗放大電路、低功耗濾波電路、射頻接收模塊及軟基底天線，應變電橋由應變片和連接線組成；

將除了應變電橋電路之外的多個傳感器單元放入皮帶下覆蓋膠層上設置的器件槽內(nèi)，器件槽由液體膠封口，并使液體膠表面與下覆蓋膠層表面平齊；應變電橋中的應變片及連接線放置在兩張聚四氟乙烯樹脂保護膜之間，并將其貼在所述器件槽附近的下覆蓋膠層表面上。

所述器件槽的面積為5cm²、深約3-5mm。

所述采集閱讀器固定在托輥支架上，通過市電電源供電。

所述采集閱讀器的射頻發(fā)射模塊連續(xù)發(fā)送信號，采集閱讀器發(fā)送的射頻信號包含控制信號，采集閱讀器的天線接收傳感器單元發(fā)送的信號，經(jīng)過a調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)處理，傳送至處理器模塊進行信號處理，并且通過接口模塊與上位機連接。

所述傳感器單元從采集閱讀器發(fā)射的信號獲取能量，經(jīng)過倍壓和穩(wěn)壓電路后作為電源為傳感器單元提供電壓和電流；應變電橋中的應變片檢測皮帶變形，應變電橋拾取皮帶張力變化模擬信號，經(jīng)過低功耗放大器、低功耗濾波電路處理后，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將皮帶張力模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在低功耗微處理器的控制下經(jīng)b調(diào)制解調(diào)電路轉(zhuǎn)換為射頻接收信號，再通過射頻接收模塊和軟基底天線發(fā)送給采集閱讀器；傳感器單元中的射頻接收模塊接收采集閱讀器發(fā)送的射頻控制信號，傳送給低功耗微處理器。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1)無源無線：鑲嵌在皮帶中的傳感器單元是通過收集采集閱讀器的超高頻波能量來供電，即無源；系統(tǒng)通過超高頻波所帶信息的無線傳播，即無線。無源無線的設計使得本系統(tǒng)不必考慮電池的壽命以及電池對皮帶的不利影響。

2)檢測精度高，能夠定量地分析皮帶的受力情況：應力的測量是通過電阻應變片組成的應變電橋來完成的，應變片精度高，功耗低，工作穩(wěn)定性強。定量分析能更好的檢測皮帶的每個工作狀態(tài)。

3)分布式測量：可將多個傳感器單元植入皮帶中，同時可在多個位置布置采集閱讀器，從而實時獲取多點分布式張力數(shù)據(jù)。

4)成本低：傳感器單元制造工藝成熟，大大降低了制造成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明安裝有傳感器單元的帶式輸送機示意圖。

圖2為本發(fā)明傳感器單元在皮帶中埋設方式示意圖。

圖3為本發(fā)明傳感器單元工作流程圖。

圖中，1-傳感器單元；2-皮帶；3-滾筒；4-托輥支架；5-采集閱讀器；6-上覆蓋層；7-芯膠；8-下覆蓋層；9-鋼絲；10-增強層。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細描述：

如圖1～圖3所示，本實施例中的基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)，包括采集閱讀器5、傳感器單元1和上位機，采集閱讀器5包括射頻發(fā)射模塊、a調(diào)制解調(diào)模塊、處理器模塊、接口模塊、天線和電源，其中：所述傳感器單元1包括倍壓和穩(wěn)壓電路、b調(diào)制解調(diào)電路、低功耗微處理器、應變電橋、低功耗放大電路、低功耗濾波電路、射頻接收模塊及軟基底天線，應變電橋由應變片和連接線組成；

將除了應變電橋電路之外的多個傳感器單元1放入皮帶2下覆蓋膠層8上設置的器件槽內(nèi)，器件槽由液體膠封口，并使液體膠表面與下覆蓋膠層8表面平齊；應變電橋中的應變片及連接線放置在兩張聚四氟乙烯樹脂保護膜之間，并將其貼在所述器件槽附近的下覆蓋膠層8表面上。所述器件槽的面積為5cm²、深約3-5mm。所述采集閱讀器5固定在托輥支架4上，通過市電電源供電。

所述采集閱讀器的射頻發(fā)射模塊連續(xù)發(fā)送信號，采集閱讀器發(fā)送的射頻信號包含控制信號，采集閱讀器的天線接收傳感器單元發(fā)送的應變電橋測量皮帶所受的張力信號，經(jīng)過a調(diào)制解調(diào)模塊解調(diào)處理，傳送至處理器模塊進行信號處理，并且通過接口模塊與上位機連接。

所述傳感器單元從采集閱讀器發(fā)射的信號獲取能量，經(jīng)過倍壓和穩(wěn)壓電路后作為電源為傳感器單元提供電壓和電流；應變電橋中的應變片檢測皮帶變形，應變電橋拾取皮帶張力變化模擬信號，經(jīng)過低功耗放大器、低功耗濾波電路處理后，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將皮帶張力模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在低功耗微處理器的控制下經(jīng)b調(diào)制解調(diào)電路轉(zhuǎn)換為射頻接收信號，再通過射頻接收模塊和軟基底天線發(fā)送給采集閱讀器；傳感器單元中的射頻接收模塊接收采集閱讀器發(fā)送的射頻控制信號，傳送給低功耗微處理器。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)，包括采集閱讀器、傳感器單元和上位機，采集閱讀器的射頻發(fā)射模塊連續(xù)發(fā)送包含控制信號的射頻信號，采集閱讀器的天線接收傳感器單元發(fā)送的信號，經(jīng)過解調(diào)處理后傳送至處理器模塊進行信號處理，并且通過接口模塊與上位機連接，實現(xiàn)皮帶應力應變的實時檢測。本發(fā)明公開的基于射頻技術(shù)的無源無線實時皮帶應力應變檢測系統(tǒng)具有成本低、檢測準確、可靠性高、無源無線、能定量分析等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：武兵;林健;熊曉燕;郝惠敏;康志強;黃家海
受保護的技術(shù)使用者：太原理工大學
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.12
技術(shù)公布日：2017.09.26