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专利号: 2020100218026
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-12-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种采煤机滚筒振动光纤监测装置,其特征在于:所述监测装置包括压电陶瓷(1)、固定铁环(2)、活动铁环(3)、多匝线圈(4)、磁致伸缩材料(5)和光纤光栅传感器(6);其中,所述固定铁环(2)固定在采煤机滚筒(7)的行星齿轮减速器(8)上,所述活动铁环(3)固定在采煤机滚筒(7)内壁上,所述压电陶瓷(1)采用长方体块状结构,压电陶瓷(1)的左侧面和右侧面分别连接固定铁环(2)和活动铁环(3),所述多匝线圈(4)缠绕在行星齿轮减速器(8)与采煤机滚筒(7)内壁之间的间隙中,所述多匝线圈(4)的输入端和输出端分别连接所述压电陶瓷(1)的上表面和下表面,所述磁致伸缩材料(5)安装在所述多匝线圈(4)的轴线上,所述光纤光栅传感器(6)的传感单元粘贴在所述磁致伸缩材料(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒振动光纤监测装置,其特征在于,所述压电陶瓷(1)为经过极化后的钛酸钡压电陶瓷,极化方向采用与固定铁环(2)的结合面平行的方向,并且在压电陶瓷(1)的左侧面和右侧面加载预应力。

3.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒振动光纤监测装置,其特征在于,所述多匝线圈(4)表面做防爆处理。

4.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒振动光纤监测装置,其特征在于,所述磁致伸缩材料(5)为钛镝铁材料。

5.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒振动光纤监测装置,其特征在于,所述光纤光栅传感器(6)为刻制布拉格光栅的光纤光栅传感器。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的采煤机滚筒振动光纤监测装置的监测方法,其特征在于,包括以下步骤:

A、采煤机工作时,由于采煤机滚筒(7)振动,固定铁环(2)和活动铁环(3)随滚筒(7)振动形成相对位移,该相对位移对压电陶瓷(1)形成挤压作用,在压电陶瓷(1)的上表面和下表面形成与振动加速度a(t)成比例的电压信号v(t),即:v(t)=k1·a(t);

B、压电陶瓷(1)被挤压产生的电压信号v(t)加载在多匝线圈(4)的输入端和输出端,由此在多匝线圈(4)中产生成比例的电流信号i(t),即:i(t)=k2·v(t);进一步,电流信号i(t)在多匝线圈(4)内形成轴向磁场H(t),即:H(t)=k3·i(t);

C、由于轴向磁场H(t)的作用,磁致伸缩材料(5)沿轴向发生形变ε(t),即:ε(t)=k4·H(t);磁致伸缩材料(5)的轴向形变ε(t)诱导光纤光栅传感器(6)的中心波长发生偏移,偏移量为Δλ(t),即:Δλ(t)=k5·ε(t);

D、根据测得的光纤光栅传感器(6)的中心波长偏移量Δλ(t)以及各级比例系数,换算出采煤机滚筒的振动加速度,即:a(t)=Δλ(t)/(k1k2k3k4k5)。