本發(fā)明涉及安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于深井環(huán)境下提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

在深井環(huán)境(例如電梯井、礦井等)中，通常采用滾筒和懸掛鋼絲繩的配合機(jī)構(gòu)對提升容器(例如電梯廂體、罐籠等)進(jìn)行升降驅(qū)動(dòng)。而懸掛鋼絲繩的使用狀態(tài)的監(jiān)測對提升容器的安全運(yùn)行至關(guān)重要。

現(xiàn)有的懸掛鋼絲繩監(jiān)測包括張力監(jiān)測和橫向振動(dòng)信號監(jiān)測等。舉例來說，在公開號為CN203359719U的中國實(shí)用新型專利《一種電梯鋼絲繩的張力檢測裝置》中，每根鋼絲繩的端部都設(shè)有電梯鋼絲繩的張力檢測裝置，通過使每個(gè)電梯鋼絲繩的張力檢測裝置上的油壓傳感器所受的預(yù)壓力一致，使得每根鋼絲繩的拉力檢測結(jié)果的精確度提高。但這種裝置只是針對于電梯鋼絲繩較為有效，對于井下距離更大、使用多根平衡鋼絲繩的礦井環(huán)境來說，這種張力檢測裝置存在很大的誤差。此外，該方案只能針對于鋼絲繩信號進(jìn)行監(jiān)測和數(shù)據(jù)收集，且無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測。

在公開號為CN105203200A的中國發(fā)明專利申請《鋼絲繩橫向振動(dòng)信號測量裝置、方法及橫向振動(dòng)監(jiān)測方法》中，采用的監(jiān)測方案是采用鋼絲繩橫向振動(dòng)位移信號測量方法測出振動(dòng)位移信號，通過對振動(dòng)位移信號進(jìn)行處理來獲得振動(dòng)幅值和振動(dòng)頻率，然后與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較來進(jìn)行危機(jī)預(yù)防。這種方案僅能對橫向振動(dòng)的信號進(jìn)行監(jiān)測，沒有考慮到縱向振動(dòng)對提升系統(tǒng)的影響。

總之，在現(xiàn)有的技術(shù)實(shí)踐和理論研究中，普遍針對的是礦井深度為500m以下工況的懸掛鋼絲繩監(jiān)測，而對500m以上的深井研究較少。而在500m以上的深井環(huán)境中，信號傳遞、穿透能力弱，損失能量較多，受到干擾較大，使得懸掛鋼絲繩的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測變得困難。另一方面，絕大多數(shù)側(cè)重于單方面因素的監(jiān)測，缺乏針對于多方面因素的監(jiān)測研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)及方法，能夠?qū)崿F(xiàn)提升容器懸掛鋼絲繩在周期運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測，確保深井環(huán)境下提升系統(tǒng)的可靠性和安全性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括：第一傳感單元、容器頂部中繼裝置、井口接收中繼裝置、解析網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)；所述第一傳感單元用于實(shí)時(shí)采集能夠表征懸掛鋼絲繩的第一狀態(tài)參數(shù)；所述容器頂部中繼裝置設(shè)置在所述提升容器頂部，并與所述第一傳感單元電連接，用于接收所述第一傳感單元采集到的第一狀態(tài)參數(shù)，并通過跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)將所述第一狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸；所述井口接收中繼裝置設(shè)置在井筒內(nèi)壁或井口，用于將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理。

進(jìn)一步地，所述井口接收中繼裝置與所述解析網(wǎng)關(guān)之間通過跳頻通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

進(jìn)一步地，所述第一傳感單元包括多個(gè)油壓傳感器，分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上對應(yīng)于各條懸掛鋼絲繩的平衡油缸的旁路上，用于采集對應(yīng)的平衡油缸的油壓信號。

進(jìn)一步地，所述第一傳感單元包括多個(gè)振動(dòng)傳感器，分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上的各條懸掛鋼絲繩的橫向和縱向位置，用于采集該懸掛鋼絲繩在橫向和縱向上的振動(dòng)信號。

進(jìn)一步地，還包括設(shè)置在所述提升容器的提升卷筒之上或周圍的第二傳感單元，與所述井口接收中繼裝置電連接，用于實(shí)時(shí)采集能夠表征所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的第二狀態(tài)參數(shù)，并將所述第二狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸。

進(jìn)一步地，所述第二傳感單元包括雙霍爾傳感器，所述雙霍爾傳感器的兩塊磁鋼對稱設(shè)置在所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩側(cè)，用于采集測量到的脈沖信號。

進(jìn)一步地，所述第一傳感單元包括多個(gè)油壓傳感器和多個(gè)振動(dòng)傳感器，所述多個(gè)油壓傳感器分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上對應(yīng)于各條懸掛鋼絲繩的平衡油缸的旁路上，用于采集對應(yīng)的平衡油缸的油壓信號，所述多個(gè)振動(dòng)傳感器分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上的各條懸掛鋼絲繩的橫向和縱向位置，用于采集該懸掛鋼絲繩在橫向和縱向上的振動(dòng)信號；所述井口接收中繼裝置與所述解析網(wǎng)關(guān)之間通過跳頻通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

進(jìn)一步地，在所述提升容器頂部還設(shè)有隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱，用于給所述第一傳感單元和所述容器頂部中繼裝置供應(yīng)電力；所述容器頂部中繼裝置為本質(zhì)安全型采集及發(fā)送箱，所述井口接收中繼裝置為本質(zhì)安全型無線接收箱。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)包括：

油壓數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的油壓數(shù)據(jù)；

張力值計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的懸掛鋼絲繩的張力值；

第一故障提示模塊，用于根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)和張力值計(jì)算懸掛鋼絲繩的張力不平衡度、沖擊載荷、提升載荷或油壓變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行顯示和故障提示。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)包括：

脈沖數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的脈沖數(shù)據(jù)；

下放深度計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述脈沖數(shù)據(jù)計(jì)算所述提升容器的下放深度；

深度顯示模塊，用于實(shí)時(shí)顯示所述提升容器的下放深度。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)包括：

振動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

頻譜圖獲得模塊，用于根據(jù)所述振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的懸掛鋼絲繩的振動(dòng)位移圖，再經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻譜圖；

第二故障提示模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷振動(dòng)位移是否超限或外界激勵(lì)頻率是否接近于所述提升容器的固有頻率，并進(jìn)行顯示和故障提示。

進(jìn)一步地，所述容器頂部中繼裝置還用于將所述隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱的電量參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸；

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)包括：

電量數(shù)據(jù)接收模塊，用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的電量數(shù)據(jù)；

電量告警模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷是否電量不足，并進(jìn)行顯示和故障提示。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種前述的提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的在線監(jiān)測方法，包括：

第一傳感單元實(shí)時(shí)采集能夠表征懸掛鋼絲繩的第一狀態(tài)參數(shù)，并傳遞給容器頂部中繼裝置；

所述容器頂部中繼裝置接收所述傳感單元采集到的第一狀態(tài)參數(shù)，并通過跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)將所述第一狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸；

所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理。

進(jìn)一步地，所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)的操作具體包括：

所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)通過跳頻通信方式傳輸給所述解析網(wǎng)關(guān)；

所述解析網(wǎng)關(guān)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)。

進(jìn)一步地，所述第一狀態(tài)參數(shù)包括分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上對應(yīng)于各條懸掛鋼絲繩的平衡油缸的油壓信號。

進(jìn)一步地，所述第一狀態(tài)參數(shù)包括分別設(shè)置在所述提升容器頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置上的各條懸掛鋼絲繩在橫向和縱向上的振動(dòng)信號。

進(jìn)一步地，所述提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述提升容器的提升卷筒之上或周圍的第二傳感單元，與所述井口接收中繼裝置電連接；所述在線監(jiān)測方法在所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)之前，還包括：

所述第二傳感單元實(shí)時(shí)采集能夠表征所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的第二狀態(tài)參數(shù)，并將所述第二狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸。

進(jìn)一步地，所述第二狀態(tài)參數(shù)包括對稱設(shè)置在所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩側(cè)的雙霍爾傳感器的兩塊磁鋼所采集測量到的脈沖信號。

進(jìn)一步地，在所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)之后，還包括：

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的油壓數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的懸掛鋼絲繩的張力值；

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)和張力值計(jì)算懸掛鋼絲繩的張力不平衡度、沖擊載荷、提升載荷或油壓變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行顯示和故障提示。

進(jìn)一步地，在所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)之后，還包括：

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的脈沖數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述脈沖數(shù)據(jù)計(jì)算所述提升容器的下放深度；

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)對所述提升容器的下放深度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

進(jìn)一步地，在所述井口接收中繼裝置將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)之后，還包括：

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的振動(dòng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的懸掛鋼絲繩的振動(dòng)位移圖，再經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻譜圖；

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷振動(dòng)位移是否超限或外界激勵(lì)頻率是否接近于所述提升容器的固有頻率，并進(jìn)行顯示和故障提示。

進(jìn)一步地，在所述提升容器頂部還設(shè)有隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱，用于給所述第一傳感單元和所述容器頂部中繼裝置供應(yīng)電力；所述在線監(jiān)測方法還包括：

所述容器頂部中繼裝置將所述隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱的電量參數(shù)向所述井口接收中繼裝置傳輸；

所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)接收所述解析網(wǎng)關(guān)所發(fā)送的解析后的電量數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷是否電量不足，并進(jìn)行顯示和故障提示。

基于上述技術(shù)方案，本發(fā)明通過提升容器頂部設(shè)置的容器頂部中繼裝置來接收來自第一傳感單元所實(shí)時(shí)采集的表征懸掛鋼絲繩的狀態(tài)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)提升容器懸掛鋼絲繩在周期運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測，并且通過跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)向井口接收中繼裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，由于數(shù)據(jù)傳輸所采用的無線通信方式具備更好的穩(wěn)定性、抗干擾性以及長距離傳輸特性，因此使得深井環(huán)境下的在線監(jiān)測系統(tǒng)具備更好的可靠性和安全性。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的一實(shí)施例的原理示意圖。

圖2為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的另一實(shí)施例的原理示意圖。

圖3為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的又一實(shí)施例的原理示意圖。

圖4為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)布置示意圖。

圖5為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例中振動(dòng)傳感器的布置示意圖。

圖6為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例中油壓傳感器的布置示意圖。

圖7為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例中跳頻通信方式的原理示意圖。

圖8為本發(fā)明在線監(jiān)測方法的一實(shí)施例的流程示意圖。

圖9為本發(fā)明在線監(jiān)測方法的另一實(shí)施例的流程示意圖。

圖10為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中油壓數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。

圖11為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中脈沖數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。

圖12為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中振動(dòng)數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

如圖1所示，為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的一實(shí)施例的原理示意圖。結(jié)合圖4-6所示的布置示意圖，本實(shí)施例的提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)包括：第一傳感單元10、容器頂部中繼裝置20、井口接收中繼裝置30、解析網(wǎng)關(guān)40和數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50。

第一傳感單元10用于實(shí)時(shí)采集能夠表征懸掛鋼絲繩3的第一狀態(tài)參數(shù)。其中，第一傳感單元10可以包括多個(gè)油壓傳感器11，分別設(shè)置在提升容器1頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置2上對應(yīng)于各條懸掛鋼絲繩3的平衡油缸的旁路上，用于采集對應(yīng)的平衡油缸的油壓信號。采集到的油壓信號可以在后續(xù)處理環(huán)節(jié)中根據(jù)平衡油缸的活塞承壓面積換算成對應(yīng)懸掛鋼絲繩的張力值，并進(jìn)一步計(jì)算出多根懸掛鋼絲繩間的張力差，因此可以在不破壞提升系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性的情況下，獲得準(zhǔn)確且有效的監(jiān)測結(jié)果。

舉例來說，提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)中設(shè)定的A/D轉(zhuǎn)換參考電壓V_REF為x V，轉(zhuǎn)換精度為12位，設(shè)張力油壓傳感器輸出信號調(diào)理后電壓信號為V_IN，轉(zhuǎn)換結(jié)果為ADC，則

油壓傳感器量程為0～p MPa，輸出電流信號經(jīng)過精密電阻后對應(yīng)電壓為y～z V，設(shè)監(jiān)測到的油壓大小為P，單位MPa，則

將V_IN代入得

設(shè)平衡油缸的活塞承壓面積為S cm²，則懸掛鋼絲繩的張力F的計(jì)算公式為

第一傳感單元10還可以包括多個(gè)振動(dòng)傳感器12，分別設(shè)置在所述提升容器1頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置2上的各條懸掛鋼絲繩3的橫向和縱向位置，用于采集該懸掛鋼絲繩3在橫向和縱向上的振動(dòng)信號。通過對懸掛鋼絲繩3的橫向和縱向上的振動(dòng)信號的監(jiān)測，可以更全面地考察懸掛鋼絲繩3在垂直于伸長方向的振動(dòng)平面上的振動(dòng)對提升系統(tǒng)振幅的影響，并能確定是否存在共振的可能性。

懸掛鋼絲繩在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動(dòng)信號由振動(dòng)傳感器(例如振動(dòng)加速度傳感器等)接收，經(jīng)過積分預(yù)算可以得到該懸掛鋼絲繩的振動(dòng)位移圖，再經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻譜圖。假設(shè)提升容器與鋼絲繩的連接處為坐標(biāo)原點(diǎn)，取向下為正方向，懸掛鋼絲繩的長度l(t)隨時(shí)間t變化，線密度為ρ。H為提升容器的允許提升最大高度，平衡鋼絲繩的長度為H-l(t)，隨時(shí)間t變化，線密度為ρ₂。提升容器質(zhì)量m，根據(jù)提升容器和鋼絲繩的等效質(zhì)量m_e的基本公式m_e＝m+(H-l(t))ρ₂可知，深井提升鋼絲繩運(yùn)行過程中由于平衡鋼絲繩的影響，等效質(zhì)量m_e一直在發(fā)生變化，使得提升容器的固有頻率也隨之發(fā)生變化，進(jìn)一步得到的頻譜圖可以實(shí)時(shí)監(jiān)測外界激勵(lì)頻率對系統(tǒng)振幅的影響以及引起共振的可能性。

在圖4所示實(shí)施例中，第一傳感單元10可以同時(shí)包括上述油壓傳感器11和振動(dòng)傳感器12，以實(shí)現(xiàn)對懸掛鋼絲繩3的張力以及振動(dòng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。在其他實(shí)施例中，表征懸掛鋼絲繩3的第一狀態(tài)參數(shù)并不限于上述油壓和振動(dòng)參數(shù)，還可以包括其他參數(shù)，例如張力參數(shù)，相應(yīng)的第一傳感單元10還可以包括張力傳感器等其他任何能夠?qū)崟r(shí)采集表征懸掛鋼絲繩3的狀態(tài)參數(shù)的傳感單元。

參考圖4，容器頂部中繼裝置20設(shè)置在提升容器1的頂部，并與第一傳感單元10電連接，用于接收所述第一傳感單元10采集到的第一狀態(tài)參數(shù)。容器頂部中繼裝置20與井口接收中繼裝置30之間通過無線通信方式來傳遞該第一狀態(tài)參數(shù)。對于礦井、電梯井等深井環(huán)境5來說，較大的井深、井內(nèi)設(shè)施的干擾等多方面因素會(huì)嚴(yán)重制約傳感信號的向外傳遞，容易出現(xiàn)信號失真的問題，而在本實(shí)施例中，可通過跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)將第一狀態(tài)參數(shù)向井口接收中繼裝置30傳輸。

跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)是一種時(shí)分多址(TDMA)控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的跳頻擴(kuò)頻(FHSS)無線通信技術(shù)。跳頻擴(kuò)頻技術(shù)可以使網(wǎng)關(guān)與節(jié)點(diǎn)之間的通訊頻率能夠依據(jù)隨機(jī)序列碼生成的跳頻表周期性地在不同頻率之間跳變，這樣不僅能夠避免受到其他同頻率無線信號的干擾，也不會(huì)對其他無線信號產(chǎn)生干擾，極大地提高了無線的現(xiàn)場生存能力。在時(shí)分多址控制網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被分配一個(gè)通訊時(shí)隙，從而確保節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)關(guān)之間可以實(shí)現(xiàn)可靠通信。

由于數(shù)據(jù)傳輸所采用的上述無線通信方式具備更好的穩(wěn)定性、抗干擾性以及長距離傳輸特性(例如傳輸距離大于3.2km)，因此使得深井環(huán)境下的在線監(jiān)測系統(tǒng)具備更好的可靠性和安全性。另外，由于跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)已屬于成熟技術(shù)，這里就不再對其具體實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行贅述了。

井口接收中繼裝置30設(shè)置在井筒內(nèi)壁或井口，用于將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)40發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理。其中，考慮到井口接收中繼裝置30可能需要向解析網(wǎng)關(guān)發(fā)送多種狀態(tài)參數(shù)，如果傳輸過程中被干擾將會(huì)影響到監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此優(yōu)選在井口接收中繼裝置30與所述解析網(wǎng)關(guān)40之間采用跳頻通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

跳頻通信是一種收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行離散變化的通信方式，也就是說，通信中使用的載波頻率受偽隨機(jī)變化碼的控制而隨機(jī)跳變。與定頻通信相比，跳頻通信方式具備良好的抗干擾能力，即使有部分頻點(diǎn)被干擾，仍能在其他未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行正常的通信。

當(dāng)跳頻通信應(yīng)用到本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)井口接收中繼裝置30到解析網(wǎng)關(guān)40的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，參見圖7，發(fā)射側(cè)的頻率合成器根據(jù)跳頻指令發(fā)生器所發(fā)出的跳頻指令控制輸出載波信號的頻率。相應(yīng)的，隨著跳頻指令發(fā)生器不斷地發(fā)出的指令，控制頻率合成器不斷地改變其輸出載波的頻率，使得混頻器輸出的已調(diào)波的載波頻率也將隨著指令不斷地跳變，從而將傳感信號按照跳頻順序切換成不同的數(shù)據(jù)傳輸頻道進(jìn)行傳輸。當(dāng)接收側(cè)接收到數(shù)據(jù)后，則按照與發(fā)射側(cè)相同的跳頻順序處理即可獲得原始數(shù)據(jù)。

除了來自于懸掛鋼絲繩的狀態(tài)參數(shù)之外，在提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)中還可以實(shí)現(xiàn)針對于提升容器所在深度的監(jiān)測。如圖2所示，為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的另一實(shí)施例的原理示意圖。與上一實(shí)施例相比，本實(shí)施例還包括設(shè)置在提升容器1的提升卷筒4之上或周圍的第二傳感單元60。該第二傳感單元60與所述井口接收中繼裝置30電連接，用于實(shí)時(shí)采集能夠表征所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的第二狀態(tài)參數(shù)，并將所述第二狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置30傳輸。其中，第二傳感單元60可以包括雙霍爾傳感器，雙霍爾傳感器的兩塊磁鋼對稱設(shè)置在提升卷筒4的轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩側(cè)，用于采集測量到的脈沖信號。當(dāng)提升卷筒4的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)雙霍爾傳感器所測量到的脈沖個(gè)數(shù)和轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)方向能夠計(jì)算出卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)，并確定出從提升卷筒4中引出的懸掛鋼絲繩3的長度，進(jìn)而確定出提升容器1在深井環(huán)境5中的具體下方深度位置。

舉例來說，雙霍爾傳感器的兩塊磁鋼間距大約8mm，沿磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)有標(biāo)志線。當(dāng)測得的脈沖個(gè)數(shù)為n，提升卷筒4的直徑為d，則提升容器1的下放深度S可通過以下公式示例計(jì)算得出：

如圖3所示，為本發(fā)明提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的又一實(shí)施例的原理示意圖。與之前的各系統(tǒng)實(shí)施例相比，本實(shí)施例在提升容器1頂部還設(shè)有電源箱70，用于給所述第一傳感單元10和所述容器頂部中繼裝置20供應(yīng)電力。對于有爆炸風(fēng)險(xiǎn)的礦井環(huán)境來說，電源箱70優(yōu)選采用具有隔爆外殼而部分電路為本質(zhì)安全型的隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱。容器頂部中繼裝置20優(yōu)選采用全部電路為本質(zhì)安全的本質(zhì)安全型采集及發(fā)送箱，井口接收中繼裝置30優(yōu)選采用全部電路為本質(zhì)安全的本質(zhì)安全型無線接收箱。

在上述各系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50可采用一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器、通用計(jì)算機(jī)或者工業(yè)控制計(jì)算機(jī)等實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50內(nèi)可運(yùn)行多個(gè)監(jiān)測分析軟件，以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理功能。

對于上述第一傳感單元10包括多個(gè)油壓傳感器11的實(shí)施例來說，油壓傳感器11所采集的平衡油缸的油壓信號經(jīng)過容器頂部中繼裝置20、井口接收中繼裝置30和解析網(wǎng)關(guān)40到達(dá)數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50。相應(yīng)的，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50可具體包括：油壓數(shù)據(jù)接收模塊、張力值計(jì)算模塊和第一故障提示模塊。其中，油壓數(shù)據(jù)接收模塊用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的油壓數(shù)據(jù)，該油壓數(shù)據(jù)即對應(yīng)著油壓傳感器11所采集的油壓信號。張力值計(jì)算模塊用于根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的懸掛鋼絲繩3的張力值，具體計(jì)算過程可參考前述示例和計(jì)算公式。第一故障提示模塊用于根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)和張力值計(jì)算懸掛鋼絲繩3的張力不平衡度、沖擊載荷、提升載荷或油壓變化量，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行顯示和故障提示。

舉例來說，第一故障提示模塊可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

A、張力不平衡報(bào)警及不平衡度指示

舉例來說，當(dāng)提升容器(例如箕斗/罐籠等)采用了4根懸掛鋼絲繩進(jìn)行提升時(shí)，懸掛鋼絲繩的張力不平衡度B可通過以下公式示例進(jìn)行計(jì)算：

其中，F(xiàn)_i為第i根懸掛鋼絲繩的張力值，i＝1～4。

當(dāng)張力不平衡度超過預(yù)設(shè)閾值(例如10％)時(shí)，對應(yīng)于張力不平衡狀況的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如連續(xù)三次發(fā)出報(bào)警音)。此外，還可以通過張力不平衡度的指示條實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的懸掛鋼絲繩的張力不平衡度。

B、沖擊載荷

當(dāng)箕斗急?；蚩ㄔ诰乐胁荒芴嵘龝r(shí)，懸掛鋼絲繩將受到巨大沖擊載荷，此時(shí)懸掛鋼絲繩的張力值超過預(yù)設(shè)安全閾值，對應(yīng)于沖擊載荷的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如持續(xù)的語音報(bào)警音)。

C、超載報(bào)警

對于需要使用提升容器承裝物料的應(yīng)用場合來說，例如煤礦環(huán)境下，根據(jù)裝載后重量與空箕斗重量計(jì)算得出裝載量，當(dāng)箕斗裝載量超過超載報(bào)警設(shè)定值或者提升載荷大于預(yù)設(shè)提升載荷閾值時(shí)，對應(yīng)于超載報(bào)警的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如連續(xù)的三次語音報(bào)警)，以便提醒工作人員在超載狀態(tài)下不要啟動(dòng)提升系統(tǒng)。

D、卡缸報(bào)警

如果平衡油缸被卡住，則其內(nèi)部油壓將穩(wěn)定不變，因此根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間范圍內(nèi)的油壓變化量是否小于預(yù)設(shè)閾值來確定是否發(fā)生了卡缸情況，當(dāng)確定卡缸時(shí)，對應(yīng)于卡缸的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如持續(xù)的報(bào)警音)。

此外，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50還能夠根據(jù)懸掛鋼絲繩的張力值來繪制鋼絲繩張力曲線，并對該曲線進(jìn)行顯示。該曲線的縱坐標(biāo)可選為張力值，橫坐標(biāo)可選為提升容器的深度值，也可以選擇時(shí)間。

對于上述第一傳感單元10包括多個(gè)振動(dòng)傳感器12的實(shí)施例來說，振動(dòng)傳感器12所采集的橫向和縱向上的振動(dòng)信號經(jīng)過容器頂部中繼裝置20、井口接收中繼裝置30和解析網(wǎng)關(guān)40到達(dá)數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50。相應(yīng)的，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50可具體包括：振動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊、頻譜圖獲得模塊和第二故障提示模塊。其中，振動(dòng)數(shù)據(jù)接收模塊用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的振動(dòng)數(shù)據(jù)。頻譜圖獲得模塊用于根據(jù)所述振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的懸掛鋼絲繩3的振動(dòng)位移圖，再經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻譜圖。第二故障提示模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷振動(dòng)位移是否超限或外界激勵(lì)頻率是否接近于所述提升容器1的固有頻率，并進(jìn)行顯示和故障提示。

舉例來說，第二故障提示模塊可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

E、將計(jì)算出的振動(dòng)位移與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，以判斷振動(dòng)位移是否超限，如果確定振動(dòng)位移超限，則對應(yīng)于振動(dòng)位移超限的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如持續(xù)的報(bào)警音)。

F、將經(jīng)快速傅里葉變換確定的提升容器的固有頻率與外界激勵(lì)頻率進(jìn)行比較，如果提升容器的固有頻率與外界激勵(lì)頻率非常接近，則可能引起共振，此時(shí)對應(yīng)于共振的指示燈將變?yōu)楸磉_(dá)警示的紅色，并可發(fā)出聲音報(bào)警(例如持續(xù)的報(bào)警音)。

對于上述包括第二傳感單元60(例如雙霍爾傳感器等)的實(shí)施例來說，第二傳感單元60所采集的脈沖信號經(jīng)過容器頂部中繼裝置20、井口接收中繼裝置30和解析網(wǎng)關(guān)40到達(dá)數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50。相應(yīng)的，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50可具體包括：脈沖數(shù)據(jù)接收模塊、下放深度計(jì)算模塊和深度顯示模塊。其中，脈沖數(shù)據(jù)接收模塊用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的脈沖數(shù)據(jù)。下放深度計(jì)算模塊用于根據(jù)所述脈沖數(shù)據(jù)計(jì)算所述提升容器1的下放深度。深度顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示所述提升容器1的下放深度。

此外，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50還能夠顯示裝卸載及提升模擬動(dòng)畫，例如模擬箕斗裝煤、卸煤及提升過程，并在箕斗內(nèi)實(shí)時(shí)顯示箕斗內(nèi)裝煤量及卸載粘煤量。而箕斗在界面中的相對位置將隨著箕斗在井中的實(shí)際位置變化而變化，并且還可對箕斗到位信號進(jìn)行指示。

對于包括隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱的系統(tǒng)實(shí)施例來說，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50可以包括：電量數(shù)據(jù)接收模塊和電量告警模塊。其中，電量數(shù)據(jù)接收模塊用于接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的電量數(shù)據(jù)。電量告警模塊用于根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷是否電量不足，并進(jìn)行顯示和故障提示。

在上述各系統(tǒng)實(shí)施例中，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50還可以對報(bào)警記錄進(jìn)行存儲(chǔ)，并提供報(bào)警記錄的查詢功能。

基于上述提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)的各實(shí)施例，本發(fā)明還提供了在線監(jiān)測方法，如圖8所示，為本發(fā)明在線監(jiān)測方法的一實(shí)施例的流程示意圖。在本實(shí)施例中，在線監(jiān)測方法包括：

步驟100、第一傳感單元10實(shí)時(shí)采集能夠表征懸掛鋼絲繩3的第一狀態(tài)參數(shù)，并傳遞給容器頂部中繼裝置20；

步驟200、所述容器頂部中繼裝置20接收所述傳感單元采集到的第一狀態(tài)參數(shù)，并通過跳頻擴(kuò)頻和時(shí)分多址無線技術(shù)將所述第一狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置30傳輸；

步驟300、所述井口接收中繼裝置30將接收到的數(shù)據(jù)經(jīng)由所述解析網(wǎng)關(guān)40發(fā)送到所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示、分析和處理。

在本實(shí)施例中，第一狀態(tài)參數(shù)可以包括分別設(shè)置在所述提升容器1頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置2上對應(yīng)于各條懸掛鋼絲繩3的平衡油缸的油壓信號，也可以包括分別設(shè)置在所述提升容器1頂部的鋼絲繩張力液壓自動(dòng)平衡裝置2上的各條懸掛鋼絲繩3在橫向和縱向上的振動(dòng)信號。

圖9示出了本發(fā)明在線監(jiān)測方法的另一實(shí)施例。與上一實(shí)施例相比，本實(shí)施例的步驟300具體包括：

步驟310、所述井口接收中繼裝置30將接收到的數(shù)據(jù)通過跳頻通信方式傳輸給所述解析網(wǎng)關(guān)40；

步驟320、所述解析網(wǎng)關(guān)40對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，發(fā)送給所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50。

此外，對于前述包括第二傳感單元60的提升容器懸掛鋼絲繩在線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施例來說，在步驟300之前，還包括：

步驟600、第二傳感單元60實(shí)時(shí)采集能夠表征所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)的第二狀態(tài)參數(shù)，并將所述第二狀態(tài)參數(shù)向所述井口接收中繼裝置30傳輸。所述第二狀態(tài)參數(shù)可以包括對稱設(shè)置在所述提升卷筒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸兩側(cè)的雙霍爾傳感器的兩塊磁鋼所采集測量到的脈沖信號。

對于不同的傳感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50能夠?qū)崿F(xiàn)對應(yīng)的接收和處理過程。如圖10所示，為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中油壓數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。對于平衡油缸的油壓信號來說，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50的接收和處理過程包括：

步驟411、所述數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的油壓數(shù)據(jù)；

步驟412、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)所述油壓數(shù)據(jù)計(jì)算對應(yīng)的懸掛鋼絲繩3的張力值；

步驟413、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)張力值計(jì)算懸掛鋼絲繩3的張力不平衡度，并判斷張力不平衡度是否小于預(yù)設(shè)閾值，是則表示警示的紅燈亮，否則表示正常的綠燈亮；

步驟414、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)張力值判斷懸掛鋼絲繩3提升載荷是否受到?jīng)_擊載荷，是則表示沖擊載荷警報(bào)的紅燈亮，否則表示正常的綠燈亮；

步驟415、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)張力值判斷提升載荷是否大于預(yù)設(shè)閾值，是則表示超載報(bào)警的紅燈亮，否則表示正常的綠燈亮；

步驟416、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)油壓數(shù)據(jù)計(jì)算油壓變化量，并判斷油壓變化量是否小于預(yù)設(shè)閾值，是則表示卡缸報(bào)警的紅燈亮，否則表示正常的綠燈亮。

如圖11所示，為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中脈沖數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。對于雙霍爾傳感器采集的脈沖信號來說，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50的接收和處理過程包括：

步驟421、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的脈沖數(shù)據(jù)；

步驟422、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)所述脈沖數(shù)據(jù)計(jì)算所述提升容器1的下放深度；

步驟423、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50對所述提升容器1的下放深度進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

如圖12所示，為本發(fā)明在線監(jiān)測方法實(shí)施例中振動(dòng)數(shù)據(jù)的接收及處理流程示意圖。對于鋼絲繩的橫向和縱向振動(dòng)信號來說，數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50的接收和處理過程包括：

步驟431、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的振動(dòng)數(shù)據(jù)；

步驟432、根據(jù)所述振動(dòng)數(shù)據(jù)計(jì)算出對應(yīng)的懸掛鋼絲繩3的振動(dòng)位移圖；

步驟433、將振動(dòng)位移圖經(jīng)過快速傅里葉變換得到頻譜圖；

步驟434、數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷振動(dòng)位移是否超限或外界激勵(lì)頻率是否接近于所述提升容器1的固有頻率，是則表示振動(dòng)報(bào)警的紅燈亮，否則表示正常的綠燈亮。

此外，對于包括隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱的系統(tǒng)實(shí)施例來說，在線監(jiān)測方法還可以進(jìn)一步包括：容器頂部中繼裝置20將所述隔爆兼本質(zhì)安全型電源箱的電量參數(shù)向所述井口接收中繼裝置30傳輸；數(shù)據(jù)顯示及分析處理平臺(tái)50接收所述解析網(wǎng)關(guān)40所發(fā)送的解析后的電量數(shù)據(jù)，并根據(jù)預(yù)設(shè)閾值判斷是否電量不足，并進(jìn)行顯示和故障提示。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是:以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：依然可以對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者對部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護(hù)的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。