CN101657366A

CN101657366A - 传送带监控

Info

Publication number: CN101657366A
Application number: CN200880003006A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·约翰·奥尔波特; 雅克·弗雷德里克·巴松; 赛瓦申·帕达亚奇
Original assignee: Advanced Imaging Technologies Ltd
Current assignee: Contitech Services Private Ltd
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2028-01-24
Also published as: WO2008090522A1; ZA200905923B; WO2008090521A1; BRPI0807042A2; US8177051B2; WO2008090523A1; US20100187072A1; EP2117975A1; AU2008208578A1; PL2117975T3; US20100102810A1; PL2117974T3; CN101663216A; AU2008208579A1; AU2008208577A1; BRPI0807041A2; EP2117974B1; CN101657366B; PL2117976T3; BRPI0807043A2

Abstract

一种用于监控具有导磁软线的传送带的状况的系统，具有：磁场发生器(14)，用于在工作时产生磁场以磁化软线；磁场感测单元(16)，用于感测软线在工作时所产生的磁场，感测单元包括隔开的磁场传感器的阵列，这些传感器的间距充分接近以区分毗邻的软线。传感器的间距取决于软线的间距，且可小于传送带的软线之间的间距的一半。传感器可以是方向灵敏的，而且这些传感器可按照一个以上方向被定向，以感测磁场的垂直以及其它分量。

Description

传送带监控

本发明涉及监控传送带状况。更确切地说，其涉及监控配备有可导磁软线的传送带的状况的系统及方法。其适用范围扩展至配备该系统的传送带装置。

众所周知，在各类采矿及工业应用中，传送带结构所使用的钢芯增强软线的完全失效会导致灾难性后果。因此，对此类传送带的状况监控的需求已成为惯例，其目标为辨别传送带受损情况并据此有效维护传送带，从而确保完全失效的可能性显著降低。

本文设想的典型的钢丝加强的传送带由通常长度约为300m量级的长传送带部件组成。每一部件包括夹置在两个橡胶层之间的基本等距且并行的构造中的多股钢丝的中央层，这些部件通过接头连接。通过将两个部件的末端重叠1到5米并将这两个部件硫化，形成两个部件之间的接头。当各部件按此方法连接时，重叠部分中的部件的钢丝将以一种图案排列，其中各部件的交替钢丝以平行毗邻关系排列。

受损传送带区域可能形成其中传送带的个别一股或多股软线或整条软线断裂、磨损、腐蚀或损坏的区域。众所周知，可以通过磁化传送带的软线并感测毗邻传送带的磁场来监控传送带是否有此类损伤，所感测到的磁场即指示软线损伤。用于此目的的已知仪器包括线圈型磁传感器，一种特定的已知装置具有横跨被监控的传送带的宽度且隔开的四个这样的传感器，因此每个传感器可辨别传送带的横向四分之一分段中的软线损伤。尽管足以指示软线损伤，但因为带上的软线通常以4组形式接合，所以仍难以确定受损软线的精确横向位置。同时，由于线圈式磁传感器实际上感测软线受损区域内的磁场强度变化率，所以人们发现尽管能正确指示受损区域，但仍无法确定或监控受损的本质及受损软线的劣化率，因此难以准确确定何时进行传送带维护最优。

还已知其他大致利用上述原理并适用于钢丝增强的软线传送带的状况监控装置，但这些装置同样存在相同的不足，因此本发明的目的是提供用于上述目的且能改善上述不足的一种方法及一种装置。

根据本发明，提供了一种用于监控具有导磁软线的传送带的状况的系统，该系统包括：

磁场发生器，其在工作时能产生磁化软线的磁场；

磁场感测单元，用于感测软线在工作时所提供的磁场，该感测装置包括隔开的磁场感应器的阵列，传感器的间距充分接近以区分毗邻的软线。

根据本发明，还提供一种监控具有导磁软线的传送带的状况的方法，该方法包括：

产生磁场以磁化软线；以及

通过隔开的磁场传感器的阵列感测由软线提供的磁场，传感器的间距充分接近以区分毗邻的软线。

此外，本发明还提供一种传送带装置，包括：

具有多个导磁软线的带；以及

用于监控上述带的状况的系统，其磁场发生器及磁场感测装置毗邻带定位且彼此纵向隔开。

传感器被隔开小于20mm，优选小于15mm，更优选小于10mm，以及最优选小于5mm。本领域普通技术人员应当理解的是，在使用时，传感器间距将取决于带规定使用的软线数量及间距。因此，传感器间距可能小于带规定或使用的软线间距的一半。根据以上所述，各个传感器可能小于约4mm。

本领域普通技术人员应当理解的是，该系统可包括带速确定装置，用于确定带在纵向上的行进速度从而确定损伤的纵向位置。带速确定装置可包括连接到传送带装置的滑轮的编码器。

传感器可具有感测轴，以便感测该方向上的磁场强度。磁场感测单元可具有多个垂直传感器，它们被定向成使在工作时它们的感测轴相互平行，并垂直于带定向。此外，感测单元还具有多个纵向传感器，它们被定向成使它们的感测轴平行于带行进方向。更进一步，感测单元可具有多个横向传感器，它们被定向成使它们的感测轴横切带的行进方向，且基本平行于带表面。

磁场感测单元可具有三个传感器阵列，第一阵列具有垂直传感器，第二阵列具有纵向传感器，第三阵列具有横向传感器。上述阵列纵向隔开，且每一阵列的传感器均纵向对齐。每个阵列均可为线性，且横向地定向。

替代地，磁场感测单元可包括多组传感器，这些组之间的间距如上所述。而每组可包括垂直传感器、纵向传感器以及横向传感器。

该系统可包括数据采集设备，用于处理从传感器接收到的信号，并向处理器提供数据。该数据采集设备可具有多个通道，或可以是多路复用类型。如果采用多路复用，则可采用模拟或数字多路复用。

应理解的是，如果使用传感器组，那么一组中的每个传感器感测到的磁场将被插值到规则的网格上，以给出空间中的相同位置处的每个方向上的磁场值。

同样，如果使用三阵列配置，则因为带上方的磁场的各个分量的值将在纵向上的三个点处被测量，其中这三个点分开的距离与各阵列间距相等，所以可在纵向方向上实现插值。本领域普通技术人员应理解的是，将利用带行进速度来实现插值。

应进一步理解的是，因为在已磁化的软线及其周围磁场之间存在一一对应关系，所以利用两个或三个磁场分量有可能确定带基质中软线的垂直位置。因此，该系统可包含垂直位置确定装置，用于确定带基质中软线的垂直位置。为实现这一目的，可确定平行于带但位于带上方的平面(即传感器阵列的平面)中的各个感测位置处的磁场的矢量值，并利用所得的矢量确定带的垂直位置。可采用图像或数字方式实现这一目的。如果使用图像技术，则将在垂直分量大的区域内外推向量，并确定它们的相交区域以获得垂直位置值。在数字技术的情况下，可利用软线中的磁畴模型及非线性最小二乘拟合来确定垂直位置值。

处理器可生成表示带和/或其中一部分的状况的图像。该图像可指明受损区域的纵向及横向位置、大小及损伤严重程度。可使用彩色编码来指明损伤严重程度。可指明接头的位置。因此系统可具有用于显示该图像或每张图像的显示装置。

现在将通过非限制性实例并参考所附示意图对本发明进行描述，在附图中：

图1示意性地示出根据本发明的传送带装置；

图2示意性地示出根据本发明的场感测单元的第一实施例；

图3示意性地示出根据本发明的场感测单元的第二实施例；

图4示意性地示出根据本发明的数据采集设备的第一实施例；

图5示意性地示出根据本发明的数据采集设备的第二实施例；

图6示意性地示出如何以图像方式确定传送带基质中软线的垂直位置；

图7示意性地示出系统生成的第一图像；

图8示意性地示出系统生成的第二图像。

参阅图1，根据本发明的传送带装置一般用附图标记10来指示。装置10具有：传送带12；磁场发生器14；磁场感测单元16；编码器18，用于确定带12的行进速度；以及数据采集设备20，用于处理从场感测单元16接收的信号，并向处理器60提供数据。处理器60向显示单元61提供图像以通过其显示。带12的行进方向由箭头22指示。场发生器14及磁场感测单元16横跨带12延伸，并安装于带12上方4cm至5cm处。编码器18连接至装置10的滑轮，并监控带12的行进速度。

应理解的是：行进22方向定义纵向方向，且横向方向被定义为横跨带12，垂直方向被定义为垂直于带12。

此带12用于传送散装材料，诸如煤、铁矿石等。它由其中包埋有多根软线24的橡胶基质构成，这些软线由沿带12铺设的许多股钢丝组成。因此这些芯是导磁的。典型的带的软线间距为10mm到25mm。很明显，带12中软线24的数量将取决于软线24的间距及带12的宽度。虽然图1中仅仅表示出四根软线24，但应注意的是，实际上通常会使用更多数量的软线24。

如本领域已知，在工作时，磁场发生器14会产生磁场，该磁场将软线24磁化。如果软线24某处存在断裂，那么场感测装置16将在这些断裂处周围感测到边缘磁场(或漏磁场)。传感器的间距充分接近以区分毗邻的软线，如下文中将更详细说明地。由场感测单元16提供的信号通过数据采集设备20处理，且由其提供的数据则由处理器60加以处理以指示断裂及其位置，也如下文中将更详细说明地。

现参考图2，其示出了场感测单元16.1的第一实施例。该场感测单元16.1具有长载具26，该载具26上安装有大量传感器30的组28。每个传感器30均具有感测轴。各个组28具有垂直传感器30.1、纵向传感器30.2以及横向传感器30.3。各个组的垂直传感器30.1的左侧有相关联的纵向传感器30.2，右侧有相关联的横向传感器30.3。。多个组28隔开如箭头32所示的距离。垂直传感器30.1具有一条感测轴34，纵向传感器30.2具有感测轴36，横向传感器30.3具有感测轴38。因此，应理解的是：当载具被放置于横跨且处于传送带12上方的位置时，垂直传感器30.1将指向下方，纵向传感器30.2将指向行进方向22，而横向传感器30.3则指向横跨带12的方向。因此，当带在其下方行进时，在横跨带12的各个位置处，垂直传感器30.1将测量的磁场的垂直分量，纵向传感器30.2将测量磁场的纵向分量，而横向传感器30.3将测量磁场的横向分量。如上所述，可插补来自纵向传感器30.2和横向传感器30.3的信号以在他们相关联的垂直传感器30.1的中心处提供代表信号。载具26和传感器30.1、30.2以及30.3提供单个阵列40。

现参考图3，其示出了场感测单元16.2的第二实施例。场感测单元16.2采用与图2的场感测单元16.1相似的方式来编号。场感测单元16.2包含三个阵列42.1，42.2以及42.3。每个阵列42.1，42.2及42.3均包括其上安装有传感器30的载具26。然而，阵列42.1仅具有垂直传感器30.1，阵列42.2仅具有纵向传感器30.2，而阵列42.3仅具有横向传感器30.3。每一阵列的传感器30均纵向对准，如线44所示。传感器30也隔开如箭头32所示的距离。在此实施例的情况下，在沿带12的长度的不同位置感测磁场分量，并利用由编码器18提供的的带12的行进速度将来自纵向传感器30.2和横向传感器30.3的信号插补到他们相关联的垂直传感器30.1的位置。

场感测单元16.1的传感器组28和场感测单元16.2的传感器30均相距小于25mm。如果带的软线间距在10mm至25mm之间，则场感测单元16.2的传感器30的间距将在5mm至12.5mm之间。在最先进的实施例中，它们相距约4mm。

应理解的是，在许多应用中，仅确定垂直磁场分量就足够了，因此装置10可仅使用阵列42.1。

传感器30为霍尔效应传感器并由Allegro微系统(Allegro Microsystems)公司供应，其零件编号为A1302KLHLt-T。

现参考图4，其示出了用于处理从传感器30接收的信号的数据采集设备20.1的第一实施例。在设备20.1中，每个传感器30均配有缓冲器46，缓冲器46将缓冲的信号提供给模拟多路复用器48。多路复用器48的输出被提供至A/D转换器50，而A/D转换器50的数字输出将通过数据总线54被提供至现场可编程门阵列(FPGA)52。FPGA52通过传令线路56和58连接至多路复用器48和转换器50相连。FPGA52又向处理器60提供数据信号。

来自各个传感器30的模拟电压将首先通过缓冲器46放大并滤波。滤波后的模拟值被馈送至n通道多路复用器48。n即传感器30的数量。来自FPGA52的命令输出决定将哪一个模拟输入值切换至多路复用器48的输出。通常情况下，仅可获得具有最多16通道多路复用器的装置。不过，可通过将多个从属多路复用器连接至主多路复用器来增加通道输入的数量。例如，十六个16通道从属多路复用器的输出可连接至单个主多路复用器的输入。该特定配置将产生一个16×16＝256通道多路复用器的等价物。来自通道(通常为256个)的模拟电压输出通过单个A/D转换器转换为它们的数字值。该A/D转换器50必须能以等于n·f_samp的速率采样，此处的n是模拟通道数量而f_samp是每条通道的采样频率。FPGA52将所需转换信号导向至A/D转换器50并控制该A/D转换器，由此确定采样率。来自A/D转换器50的数字输出由FPGA52接收，并通过适合的总线(例如，ISA)发送至处理器60。

现参考图5，其示出了数据采集设备的第二实施例20.2。在此实施例20.2的情况下，缓冲器46分别连接至A/D转换器62。转换器62的输出通过数据总线64被提供至FPGA52，且转换器62通过命令总线66被控制。

来自各个传感器30的电压通过其缓冲器46进行电平移动、滤波及放大。随后，各个通道的模拟输出均通过独立的转换器62数字化。FPGA52执行两种功能。其一，它在命令总线66上发出命令以启动通过转换器62进行的A/D转换。其二，它连续读取来自各个转换器62的输出，并利用例如总线将这些值传送至处理器60。

对来自传感器阵列的输出的采样速率由磁结构的纵向尺寸决定。边缘磁场的磁场结构的尺寸又由软线处的南北极之间的距离和传感器在软线上方的垂直高度决定。当软线传感器距离增加时，磁场趋于平滑。通常情况下，在传感器与软线距离为～4cm时，我们发现200Hz的采样率较为合适。因此，当传送带速度为典型的5m/s时，将得到100Hz的奈奎斯特频率(Nyquist frequency)及x＝v/f_samp＝5/100＝0.01m＝10mm的纵向空间尺寸。利用这些值，需要使用一台截止频率为100Hz的抗混叠滤波器。由于这超过了电源频率50/60Hz，所以可能需要与电源相同步地对传感器采样以最小化电源引入的干扰。

参考图6，示出了确定带基质中的软线断裂的位置的方法的示意图。仅利用来自传感器的磁场垂直分量即足以识别软线断裂处的横向及纵向位置，但这并不能给出其在带基质中的垂直位置。为达成这一目的，需要测量至少另一磁场分量。例如，如果横向及垂直的分量在垂直于软线的平面中绘出，那么在磁极区域，同时沿两个方向外推的矢量将被引导至软线，实际上将与软线中心相交。图6中示出了此结果的示例，其中在z＝0的位置由各个传感器测得的矢量磁场在外推时在位于z＝-5的软线中央处相交。因为在磁化的软线与所得的边缘磁场之间存在一一对应的关系，所以此技术行得通。仅在外推那些具有显著的垂直分量的向量时，应特别注意。例如，那些源自软线及标记68之间的线不会在软线处相交。

本领域普通技术人员应当理解的是，处理器60生成表示传送带24的状况及传送带24的所选部分的状况的图像。这些图像将在显示单元61上显示。图7示出了整条传送带24的第一幅图像80。因此，图像80包含一条标尺82和带24的表示，且在带24上示出了受损区域84和接头86。受损区域的纵向及横向位置均以图像方式表明。此外，处理器60能够通过边缘磁场强度确定受损严重程度，且每一区域的受损严重程度均以彩色编码方式显示。图8示出了选定部分的第二幅图像90。本图像90同样包含标尺80和带24的部分的表示，且在带24的部分上示出了受损区域94，而且更加详细地示出了纵向的损伤程度。损伤严重程度同样以彩色编码方式表示。

Claims

1.一种用于监控具有导磁软线的传送带的状况的系统，包括：

磁场发生器，用于在工作时产生磁场以磁化所述软线；

磁场感测单元，用于感测由所述软线在工作时所产生的磁场，所述传感单元包括隔开的磁场传感器的阵列，所述传感器的间距充分接近以区分毗邻的软线。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器相距小于20mm。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感器相距小于15mm。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述传感器相距小于10mm。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述传感器相距小于5mm。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器的间距小于所述系统规定使用的传送带的软线之间的间距的一半。

7.如以上权利要求中的任一项所述的系统，其特征在于，所述传感器小于4mm。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括带速确定装置，用于确定纵向方向上的带行进速度。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述带速确定装置包括可连接至传送带装置的滑轮的编码器。

10.如权利要求1所述的系统，其特征在于，各个传感器均具有感测轴，而且所述磁场感测单元具有多个垂直传感器，所述垂直传感器被定向成使它们的感测轴在工作时相互平行，且被定向成与所述带垂直。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述感测单元具有多个纵向传感器，所述纵向传感器被定向成使它们的感测轴在工作时与所述带的行进方向平行。

12.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述感测单元具有多个横向传感器，所述横向传感器被定向成使它们的感测轴在工作时横切所述带的行进方向，且基本平行于带表面。

13.如权利要求11或12所述的系统，其特征在于，所述磁场感测单元具有多个传感器阵列，其中每个阵列的传感器被相同地定向，且所述阵列被纵向隔开，而且每个阵列的传感器均纵向对齐。

14.如权利要求13所述的系统，其特征在于，所述各个阵列均为线性。

15.如权利要求11所述的系统，其特征在于，所述磁场感测单元包括具有多个传感器组的单个阵列，各组包括垂直定向的传感器和纵向定向的传感器。

16.如权利要求12所述的系统，其特征在于，所述磁场感测单元包括具有多个传感器组的单个阵列组成，各组包括垂直定向的传感器和横向定向的传感器。

17.如权利要求1所述的系统，其特征在于，包括数据采集设备，用于处理从所述传感器接收到的信号，并向所述处理器提供数据。

18.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述数据采集设备具有多个通道，其中每个传感器对应一通道。

19.如权利要求17所述的系统，其特征在于，所述数据采集设备包括多路复用器。

20.如权利要求12所述的系统，其特征在于，包括垂直位置确定装置，用于确定所述带基质中软线的垂直位置。

21.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述处理器生成表示所述传送带的至少一部分的状况的图像，且所述系统包括用于显示所述图像的显示单元。

22.一种监控具有导磁软线的传送带的状况的方法，包括：

产生磁场以磁化所述软线；以及

通过隔开的磁场传感器的阵列感测由所述软线提供的磁场，所述传感器的间距充分接近以区别毗邻的软线。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述传感器相距小于20mm。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述传感器相距小于15mm。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，所述传感器相距小于10mm。

26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，所述传感器相距小于5mm。

27.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述传感器的间距小于所述系统所使用的传送带软线之间的间距的一半。

28.如以上权利要求21至27中的任一项所述的方法，其特征在于，所述传感器小于4mm。

29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，包括确定带在纵向方向上的行进速度。

30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述带速通过可连接至传送带装置的滑轮的编码器来确定。

31.如权利要求22所述的方法，其特征在于，各个传感器均具有感测轴，且所述多个传感器被定向成使它们的感测轴相互平行且垂直于所述带。

32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述多个传感器被纵向地定向，以使它们的感测轴与所述带的行进方向平行。

33.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述多个传感器被横向地定向，以使它们的感测轴横切所述带的行进方向且基本平行于所述带的表面。

34.如权利要求32或权利要求33所述的方法，其特征在于，所述传感器被排列成多个传感器阵列，其中各个阵列的传感器被相同地定向，且各个阵列纵向隔开，而且各个阵列的传感器纵向地对准。

35.如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述各个阵列均为线性。

36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，所述传感器排列成具有多个传感器组的单个阵列，各组包括垂直定向的传感器和纵向定向的传感器。

37.如权利要求33所述的方法，其特征在于，使用了具有多个传感器组的单个阵列，各组包括垂直定向的传感器和横向定向的传感器。

38.如权利要求22所述的方法，其特征在于，包括处理从所述传感器接收的信号。

39.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述信号在多个通道中被处理，每个传感器对应一通道。

40.如权利要求38所述的方法，其特征在于，所述信号以多路复用的方式被处理。

41.如权利要求33所述的方法，其特征在于，包括确定带基质中软线的垂直位置。

42.如权利要求21所述的方法，其特征在于，包括生成表示传送带的至少一部分的状况的图像并显示所述图像。

43.一种传送带装置，包括：

具有多根导磁软线的带；以及

如权利要求1至21中的任一项所述的用于监控所述带的状况的系统，所述系统的磁场发生器和磁场感测单元毗邻所述带定位且纵向上彼此隔开。

44.一种与参考附图所描述基本一致的用于监控具有导磁软线的传送带的状况的系统。

45.一种与参考附图所描述基本一致的监控具有导磁软线的传送带的状况的方法。

46.一种与参考附图所描述基本一致的传送带装置。