CN118565654A - 一种基于光纤的智能皮带温度监测系统 - Google Patents
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Abstract
本专利提供了一种基于光纤的智能皮带温度监测系统。所述智能皮带温度监测系统包括光纤解调装置、皮带机预警系统和嵌设在皮带输送机的输送皮带输送面的测温光纤，所述输送皮带的皮带平面分隔成多个监测区域，在每个监测区域均布设有测温光纤，从而形成分布式或多点温度测量；布设在输送皮带多个监测区域的测温光纤依次串联，并通过传输光缆与光纤解调装置信号连接，基于光纤后向光散射或光纤光栅反射光信号，实现分布式或多点温度监测。本发明可实现皮带机在长距离、高温、腐蚀等复杂情况下的分布式温度精确在线测量，通过外部设置感温光缆可适用于各种较为复杂的工作环境，可以实时精确的测量，解决了皮带机人工巡检存在的问题。
Description
技术领域
本发明属于化工温度监测领域，具体涉及皮带机特殊环境下的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统。
背景技术
光纤传感技术是伴随着光导纤维和光纤通信技术发展的一种新的传感技术，具有耐高温、电无源、抗强电/强磁/强辐射干扰、分布式测量、易于传感与传输融合组网等优点，在化工、冶金、轨道交通等工业应用领域有极大的应用潜力。
目前，一些大型燃煤电厂、矿场、钢厂的输煤系统大多采用大型皮带机，由于皮带环境恶劣、热点集中、辊轴故障、物料易燃等因素极易引发火灾事故。特别是对于长达数公里的输煤皮带系统，煤炭在运输时发生自燃以及皮带老化摩擦起火的可能性很高，每年都有电厂因为输煤皮带起火断裂，引起锅炉断煤、机组停运，造成重大经济损失。针对皮带机可能发生起火事故，大多数企业都建立了人工巡检制度，但是整个过程的温度数据采集、分析、传递较为复杂，且巡视一次时间较长，劳动强度大、效率低，难以及时发现皮带运输机的异常情况，不能实现准确可靠、同步实时、不漏点的测量。
发明内容
本发明针对皮带机温度实时在线监测的需求，提供了一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，可实现皮带机在长距离、高温、腐蚀等复杂情况下的分布式温度精确在线测量，为大型运输企业的皮带机安全生产和作业提供支撑技术手段。
为了达到上述技术目的，本专利提供了一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，所述智能皮带温度监测系统包括光纤解调装置、皮带机预警系统和嵌设在皮带输送机的输送皮带输送面的测温光纤，所述输送皮带的皮带平面分隔成多个监测区域，在每个监测区域均布设有测温光纤，从而形成分布式或多点温度测量；布设在输送皮带多个监测区域的测温光纤依次串联，并通过传输光缆与光纤解调装置信号连接，基于光纤后向光散射或光纤光栅反射光信号，实现分布式或多点温度监测；
所述皮带机预警系统包括信号连接的监控主机、声光报警装置和控制系统，所述光纤解调装置的信号输出端与监控主机的信号输入端连接，监控主机的信号输出端分别与声光报警装置和控制系统的信号输入端连接，所述控制系统的信号输出端与皮带输送机的控制端连接；
所述测温光纤通过感受到输送皮带的温度变化，并通过传输光缆将光信号传输至光纤解调装置中；所述光纤解调装置将感知的光信号转化为电信号输出，并将转化后的电信号传输至监控主机上；
所述的监控主机接受光纤解调装置输出的温度电信号进行处理、存储和反馈，并形成一个实时的温度分布云图，显示温度的实时数据，从显示输送皮带的温度情况，同时将处理后的温度数据输送至声光报警装置；
所述声光报警装置接受监控主机输出温度数据，并通过判断后进行安全预警，并将不同安全等级的信号输送至控制系统；
所述控制系统接受声光报警装置输出的不同安装等级的信号，并根据不同安全等级的信号，控制皮带输送机的运行关停控制和功率调节，保证皮带机的运行安全和效率。
本发明进一步的技术方案：所述的声光报警装置通过两个报警等级模块对监控主机输出温度数据进行判断，第一等级报警模块设置的初级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的70％，第二等级报警模块设置的高级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的90％，当达到第一等级报警时，所述控制系统控制皮带输送机的运输功率调小；当达到第二等级报警时，所述控制系统控制皮带输送机自动关停。
本发明进一步的技术方案：所述监控主机包括温度显示控制模块、超温算法模块、定位算法模块及报警算法模块；所述的温度显示控制模块接受光纤解调装置输出的电信号进行处理后实时显示温度值；所述的超温算法模块
当输送皮带的温度超过设定的温度阈值时，超温算法模块开始工作，对温度数据进行处理并输送至定位算法模块，所述定位算法模块实时跟进信号，从而对输送皮带上的实测温度超过设定温度阈值的位置进行定位；
所述报警算法模块为温度超过初级温度阈值，报警算法开始工作，并将信号传递给声光报警装置的第一等级报警模块进行一级报警；当温度超过高级温度阈值时，报警算法开始工作，并将信号传递声光报警装置的第二等级报警模块进行二级报警，并切断皮带机的运行。
本发明较优的技术方案：所述输送皮带每个按照矩形整列分隔成多个监测区域，每个监测区域内的测温光纤盘绕在该区域内，形成测温光纤线圈，并使用环氧胶固定在输送皮带的表面；将述输送皮带监测区域内的多个测温光纤线圈沿着皮带机侧边引出，并通过光纤旋转连接器与传输光缆连接，实现信号解调处理。
本发明较优的技术方案：所述测温光纤为感温光纤光缆或者阵列光纤光栅，选用单模光纤或多模光纤或高温光纤光栅单点或阵列；所述单模光纤和多模光纤设有聚酰亚胺或金属涂层；同一个皮带输送机采用相同的测量光纤线圈或不同的测量光纤线圈。
本发明较优的技术方案：所述的光纤信号解调装置为分布式拉曼光纤传感DTS或者分布式布里渊光纤传感BOTDR/BOTDA或者光纤光栅解调器；所述光纤信号解调装置采用多通道光纤解调器，实现多个皮带输送机的测温光纤信号的同时解调，实现对大型皮带机多方位实时在线的监测。
本发明较优的技术方案：所述的温度分布云图为皮带机上各测点的实时温度分布情况，将各测点的温度显示在温度显示控件上，以500个数据为一组，实时更新，从温度分布云图上直观显示皮带机各个位置温度分布情况。
本发明较优的技术方案：所述监控主机的定位算法模块进行定位计算的过程如下：首先将整个皮带划分为若干个监测区域，每个区域均布设有测温光纤，通过超温算法模块确定皮带超温区域位置S0，由于皮带实时移动，因此需要根据皮带机传输速度v，传感器响应时间t1，超温算法耗时t2，计算皮带相对走过的路程S1：
S1＝v(t1+t2)
则报警发出时，皮带测温区域位置为S＝S1，监控主机软件显示的报警信息为该时刻对应的报警位置。
本发明较优的技术方案：所述测温光纤线圈的长度大于光纤信号解调装置的最小定位精度，或者测温光纤线圈内至少有一个光纤光栅测点。
本发明较优的技术方案：所述光纤信号解调装置采用波分复用技术加上空分复用技术共同实现智能皮带机温场监测，其中所述波分复用技术即在一根光纤中同时传输多个波长光信号，空分复用技术又称多路复用技术，是指由多根光纤组成的支路，通过光开关矩阵完成各支路的连接。
本发明中的光纤旋转连接器其作用是解决相对的旋转部件间光信号的传输问题，即保证光信号的传输不因为旋转而中断。其优点为使用光进行信号传输，无电磁泄漏，保密性好，抗电磁干扰；无接触传输，无磨损，寿命长，可达500万转。无摩擦，可在易燃易爆的环境中使用；允许转速高，最高可达上万转每分钟。光纤旋转连接器有效的解决了智能托辊在转动过程中光纤传输问题。光纤旋转连接器一端连接测温光纤，另一端使用传输光缆接入光纤解调器。
本发明采用光纤测温技术可有效地解决皮带机人工巡检存在的问题，通过感温光缆对皮带输送机沿线温度进行测量；光纤解调系统用以对获取的光纤信号进行处理、发出报警信息并进行相关参数设定，然后在通过CAN、RS485/232及以太网接口与监控中心火灾报警器连接，构建完整火灾预警、报警系统。
本发明可实现皮带机在长距离、高温、腐蚀等复杂情况下的分布式温度精确在线测量，为大型运输企业的皮带机安全生产和作业提供支撑技术手段，与现有技术相比，其外部感温光缆可适用于各种较为复杂的工作环境，可以实时精确的测量，解决了皮带机人工巡检存在的问题。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中皮带输送机的结构示意图；
图3是本发明中光纤旋转连接器的结构示意图；
图4是本发明中光纤传输示意图。
图中：1—光纤解调装置，2—皮带输送机，201—皮带机底座，202—输送皮带，203—测温光纤，204—光纤旋转连接器，205—传输光缆，2050—单芯高温传输光缆，2051—多芯高温传输光缆，2052—集纤盒，3—监控主机，4—声光报警装置，5—控制系统。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加容易理解，以下结合具体实施例，并参照附图对本发明作进一步详细说明。附图1为智能皮带机监测系统示意图，采用简化的方式绘制，仅用于清晰、简洁地说明本专利的目的。以下对在附图中的展现的技术方案为本专利的具体方案，并非旨在限制要求保护的本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他专利，都属于本专利保护的范围。
实施例提供了一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，如图1和图2所示，所述智能皮带温度监测系统包括光纤解调装置1、皮带机预警系统和嵌设在皮带输送机2的输送皮带202输送面的测温光纤203，所述输送皮带202的皮带平面分隔成多个监测区域，在每个监测区域均布设有测温光纤203，从而形成分布式或多点温度测量；布设在输送皮带202多个监测区域的测温光纤203依次串联，并通过传输光缆205与光纤解调装置1信号连接，基于光纤后向光散射或光纤光栅反射光信号，实现分布式或多点温度监测；所述皮带机预警系统包括信号连接的监控主机3、声光报警装置4和控制系统5，所述光纤解调装置1的信号输出端与监控主机3的信号输入端连接，监控主机3的信号输出端分别与声光报警装置4和控制系统5的信号输入端连接，所述控制系统5的信号输出端与皮带输送机2的控制端连接；所述测温光纤203通过感受到输送皮带202的温度变化，并通过传输光缆205将光信号传输至光纤解调装置1中；所述光纤解调装置1将感知的光信号转化为电信号输出，并将转化后的电信号传输至监控主机3上；所述的监控主机3接受光纤解调装置1输出的温度电信号进行处理、存储和反馈，并形成一个实时的温度分布云图，显示温度的实时数据，从显示输送皮带202的温度情况，同时将处理后的温度数据输送至声光报警装置4；所述声光报警装置4接受监控主机3输出温度数据，并通过判断后进行安全预警，并将不同安全等级的信号输送至控制系统；所述控制系统5接受声光报警装置4输出的不同安装等级的信号，并根据不同安全等级的信号，控制皮带输送机2的运行关停控制和功率调节，保证皮带机的运行安全和效率。
实施例中的，所述皮带输送机2如图2所示，包括底座201和传输皮带203，所述输送皮带202每个按照矩形整列分隔成多个监测区域，每个监测区域内的测温光纤203盘绕在该区域内，形成测温光纤线圈，并使用环氧胶固定在输送皮带202的表面，直到感温光缆203铺设满传输皮带202，其固定的感温光缆203不会影响传输皮带202的转动，也不影响主皮带机的转动；将所述输送皮带202监测区域内的多个测温光纤线圈沿着皮带机侧边引出，并通过光纤旋转连接器204与传输光缆205连接，实现信号解调处理。本申请中的传输皮带202材质与企业使用的皮带一致；传输光缆205包括单芯高温传输光缆2050和多芯高温传输光缆2051，传输光缆205采用户外防水防爆光缆；感温光缆203的信号输出端接入光纤旋转连接器204上的输入端；204光纤旋转连接器输出端接入单芯高温传输光缆2050，然后如图4所示，将单芯高温传输光缆2050在集纤盒2052中与多芯高温传输光缆2051连接，最后传输至光纤解调系统中。
实施例中，所述的声光报警装置4通过两个报警等级模块对监控主机3输出温度数据进行判断，第一等级报警模块设置的初级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的70％，第二等级报警模块设置的高级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的90％，当达到第一等级报警时，所述控制系统5控制皮带输送机2的运输功率调小；当达到第二等级报警时，所述控制系统5控制皮带输送机2自动关停。所述监控主机3包括温度显示控制模块、超温算法模块、定位算法模块及报警算法模块；所述的温度显示控制模块接受光纤解调装置1输出的电信号进行处理后实时显示温度值；所述的超温算法模块；当输送皮带202的温度超过设定的温度阈值时，超温算法模块开始工作，对温度数据进行处理并输送至定位算法模块，所述定位算法模块实时跟进信号，从而对输送皮带202上的实测温度超过设定温度阈值的位置进行定位；所述报警算法模块为温度超过初级温度阈值，报警算法开始工作，并将信号传递给声光报警装置4的第一等级报警模块进行一级报警；当温度超过高级温度阈值时，报警算法开始工作，并将信号传递声光报警装置4的第二等级报警模块进行二级报警，并切断皮带机的运行。
所述监控主机的定位算法模块进行定位计算的过程如下：首先将整个皮带划分为若干个监测区域，每个区域均布设有测温光纤，通过超温算法模块确定皮带超温区域位置S0，由于皮带实时移动，因此需要根据皮带机传输速度v，传感器响应时间t1，超温算法耗时t2，计算皮带相对走过的路程S1：
则报警发出时，皮带测温区域位置为S＝S1，监控主机软件显示的报警信息为该时刻对应的报警位置。
实施例中，所述测温光纤203为感温光纤光缆或者阵列光纤光栅，选用单模光纤或多模光纤或高温光纤光栅单点或阵列；所述单模光纤和多模光纤设有聚酰亚胺或金属涂层；同一个皮带输送机2采用相同的测量光纤线圈或不同的测量光纤线圈。所述的光纤信号解调装置1为分布式拉曼光纤传感DTS或者分布式布里渊光纤传感BOTDR/BOTDA或者光纤光栅解调器；所述光纤信号解调装置1采用多通道光纤解调器，实现多个皮带输送机2的测温光纤信号的同时解调，实现对大型皮带机多方位实时在线的监测。所述的温度分布云图为皮带机上各测点的实时温度分布情况，将各测点的温度显示在温度显示控件上，以500个数据为一组，实时更新，从温度分布云图上直观显示皮带机各个位置温度分布情况。
实施例中，所述测温光纤线圈的长度大于光纤信号解调装置1的最小定位精度，或者测温光纤线圈内至少有一个光纤光栅测点。所述光纤信号解调装置1采用波分复用技术加上空分复用技术共同实现智能皮带机温场监测，其中所述波分复用技术即在一根光纤中同时传输多个波长光信号，空分复用技术又称多路复用技术，是指由多根光纤组成的支路，通过光开关矩阵完成各支路的连接。
本发明中通过测温光纤203感受到智能皮带机温度的变化，经过高温多芯传输光缆传输光信号至光纤解调装置1中；光纤解调装置中的各个模块经过信号处理，将感知的光信号转化为电信号输出，然后通过网线将转化后的电信号传输至监控主机上3，在监控主机上经过光纤温度解调软件解调出温度的实时数据。
以上所述，只是本专利的一个实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述智能皮带温度监测系统包括光纤解调装置(1)、皮带机预警系统和嵌设在皮带输送机(2)的输送皮带(202)输送面的测温光纤(203)，所述输送皮带(202)的皮带平面分隔成多个监测区域，在每个监测区域均布设有测温光纤(203)，从而形成分布式或多点温度测量；布设在输送皮带(202)多个监测区域的测温光纤(203)依次串联，并通过传输光缆(205)与光纤解调装置(1)信号连接，基于光纤后向光散射或光纤光栅反射光信号，实现分布式或多点温度监测；
所述皮带机预警系统包括信号连接的监控主机(3)、声光报警装置(4)和控制系统(5)，所述光纤解调装置(1)的信号输出端与监控主机(3)的信号输入端连接，监控主机(3)的信号输出端分别与声光报警装置(4)和控制系统(5)的信号输入端连接，所述控制系统(5)的信号输出端与皮带输送机(2)的控制端连接；
所述测温光纤(203)通过感受到输送皮带(202)的温度变化，并通过传输光缆(205)将光信号传输至光纤解调装置(1)中；所述光纤解调装置(1)将感知的光信号转化为电信号输出，并将转化后的电信号传输至监控主机(3)上；
所述的监控主机(3)接受光纤解调装置(1)输出的温度电信号进行处理、存储和反馈，并形成一个实时的温度分布云图，显示温度的实时数据，从显示输送皮带(202)的温度情况，同时将处理后的温度数据输送至声光报警装置(4)；
所述声光报警装置(4)接受监控主机(3)输出温度数据，并通过判断后进行安全预警，并将不同安全等级的信号输送至控制系统；
所述控制系统(5)接受声光报警装置(4)输出的不同安装等级的信号，并根据不同安全等级的信号，控制皮带输送机(2)的运行关停控制和功率调节，保证皮带机的运行安全和效率。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述的声光报警装置(4)通过两个报警等级模块对监控主机(3)输出温度数据进行判断，第一等级报警模块设置的初级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的70％，第二等级报警模块设置的高级温度阈值为物料或皮带燃点温度值中较小值的90％，当达到第一等级报警时，所述控制系统(5)控制皮带输送机(2)的运输功率调小；当达到第二等级报警时，所述控制系统(5)控制皮带输送机(2)自动关停。
3.根据权利要求2所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述监控主机(3)包括温度显示控制模块、超温算法模块、定位算法模块及报警算法模块；所述的温度显示控制模块接受光纤解调装置(1)输出的电信号进行处理后实时显示温度值；所述的超温算法模块
当输送皮带(202)的温度超过设定的温度阈值时，超温算法模块开始工作，对温度数据进行处理并输送至定位算法模块，所述定位算法模块实时跟进信号，从而对输送皮带(202)上的实测温度超过设定温度阈值的位置进行定位；
所述报警算法模块为温度超过初级温度阈值，报警算法开始工作，并将信号传递给声光报警装置(4)的第一等级报警模块进行一级报警；当温度超过高级温度阈值时，报警算法开始工作，并将信号传递声光报警装置(4)的第二等级报警模块进行二级报警，并切断皮带机的运行。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述输送皮带(202)每个按照矩形整列分隔成多个监测区域，每个监测区域内的测温光纤(203)盘绕在该区域内，形成测温光纤线圈，并使用环氧胶固定在输送皮带(202)的表面；将述输送皮带(202)监测区域内的多个测温光纤线圈沿着皮带机侧边引出，并通过光纤旋转连接器(204)与传输光缆(205)连接，实现信号解调处理。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述测温光纤(203)为感温光纤光缆或者阵列光纤光栅，选用单模光纤或多模光纤或高温光纤光栅单点或阵列；所述单模光纤和多模光纤设有聚酰亚胺或金属涂层；同一个皮带输送机(2)采用相同的测量光纤线圈或不同的测量光纤线圈。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述的光纤信号解调装置(1)为分布式拉曼光纤传感DTS或者分布式布里渊光纤传感BOTDR/BOTDA或者光纤光栅解调器；所述光纤信号解调装置(1)采用多通道光纤解调器，实现多个皮带输送机(2)的测温光纤信号的同时解调，实现对大型皮带机多方位实时在线的监测。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述的温度分布云图为皮带机上各测点的实时温度分布情况，将各测点的温度显示在温度显示控件上，以500个数据为一组，实时更新，从温度分布云图上直观显示皮带机各个位置温度分布情况。
8.根据权利要求3所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述监控主机的定位算法模块进行定位计算的过程如下：首先将整个皮带划分为若干个监测区域，每个区域均布设有测温光纤，通过超温算法模块确定皮带超温区域位置S0，由于皮带实时移动，因此需要根据皮带机传输速度v，传感器响应时间t1，超温算法耗时t2，计算皮带相对走过的路程S1：
S1＝v(t1+t2)
则报警发出时，皮带测温区域位置为S＝S1，监控主机软件显示的报警信息为该时刻对应的报警位置。
9.根据权利要求4所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述测温光纤线圈的长度大于光纤信号解调装置(1)的最小定位精度，或者测温光纤线圈内至少有一个光纤光栅测点。
10.根据权利要求5所述的一种基于光纤的智能皮带温度监测系统，其特征在于：所述光纤信号解调装置(1)采用波分复用技术加上空分复用技术共同实现智能皮带机温场监测，其中所述波分复用技术即在一根光纤中同时传输多个波长光信号，空分复用技术又称多路复用技术，是指由多根光纤组成的支路，通过光开关矩阵完成各支路的连接。
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|---|---|---|---|
| CN202410592978.5A CN118565654A (zh) | 2024-05-14 | 2024-05-14 | 一种基于光纤的智能皮带温度监测系统 |
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| CN118565654A true CN118565654A (zh) | 2024-08-30 |
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| CN202410592978.5A Pending CN118565654A (zh) | 2024-05-14 | 2024-05-14 | 一种基于光纤的智能皮带温度监测系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119043518A (zh) * | 2024-10-30 | 2024-11-29 | 国网山东省电力公司青岛供电公司 | 一种模块化光纤计量箱温度监测方法及相关设备 |
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2024
- 2024-05-14 CN CN202410592978.5A patent/CN118565654A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN119043518A (zh) * | 2024-10-30 | 2024-11-29 | 国网山东省电力公司青岛供电公司 | 一种模块化光纤计量箱温度监测方法及相关设备 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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