【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿井采掘，尤其涉及一种煤岩识别传感器性能测试装置及方法。
技术介绍
1、在煤矿的生产中，综采工作面的主要设备包括采煤机、刮板输送机、液压支架。这些设备共同构成了综采工作面的核心，确保了采煤工作的顺利进行。采煤机是综采工作面的关键设备之一，它负责破煤，即将煤从煤壁上切割下来。采煤机的性能和效率直接影响到整个采煤工作的进度和产量，同时，其在采煤过程中的安全性同样非常重要。采煤机在工作过程中，工作面如果碰上岩石可能会出现以下状况：
2、损坏采煤机刀盘。
3、采煤机刀盘与岩石摩擦发生火花可能会引起瓦斯爆炸。
4、以上两种状况都会造成重大设备及人员安全事故。在采煤机前端安装煤岩识别传感器，可以在识别出岩石时采煤机保护停机，处理掉岩石后采煤机继续工作。
5、由于采煤工作面环境比较恶劣，同时采煤工作面的煤岩结构是未知的、复杂的。所以要想测试出煤岩识别传感器的精度、性能、可靠性需要一种模拟煤岩结构的装置。本专利技术就是协助煤岩识别传感器，模拟采煤工作面的情况以及采煤机的运动情况，对煤岩识别传感器的性能测试并暴露问题。不断解决暴露问题，技术成熟后进而应用到采煤工作面，解决采煤工作的实际安全问题。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种煤岩识别传感器性能测试装置及方法，提供环境模拟及模拟采煤机运动状态，进而模拟煤岩识别传感器在采煤工作面运动。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所
3、一方面，本专利技术提供一种煤岩识别传感器性能测试装置，包括环境模拟单元、运动模拟单元和计算终端；所述环境模拟单元用于构建煤岩模型的分布位置及相对关系；所述煤岩模型分为煤层和岩层两层介质结构；煤岩模型右侧设置夹矸结构，左侧设置煤中岩石体；
4、所述运动模拟单元用于实现煤岩识别传感器x—y两个方向的运动，采集不同位置的煤岩结构数据；
5、所述计算终端用于接收煤岩识别传感器采集的煤岩结构数据，进行煤岩层位线追踪，实现煤岩结构识别。
6、优选地，所述煤岩模型中的岩层根据煤岩模型结构进行筑模，后浇筑石膏与混凝土混合物，待浇筑岩层凝固后，煤层由细碎煤块铺设浇筑在岩层上方并夯实制作而成。
7、优选地，所述运动模拟单元采用两个自由度的伺服电机，实现煤岩识别传感器x—y两个方向的运动，具备急停功能及限位停止功能。
8、优选地，所述煤岩识别传感器性能测试装置还包括主框架，主框架内设置煤岩模型，主框架上设置运动模拟单元；其中，主框架两侧可拆卸安装有水平y轴导轨，两个水平y轴导轨间滑动连接有水平x轴导轨；水平x轴导轨上滑动连接有运动模块；运动模块通过安装支架携带煤岩识别传感器沿水平x轴导轨和水平y轴导轨运动；所述安装支架可手动上下调节煤岩识别传感器距离煤层的距离；水平x轴导轨端部设有x轴伺服电机和x轴伺服运动控制器；两个水平y轴导轨端部均分别设有y轴伺服电机和y轴伺服运动控制器。
9、优选地，所述运动模拟单元包括开关电源、电磁继电器、mcu控制单元、x轴伺服运动控制器、y轴伺服运动控制器a、y轴伺服运动控制器b、可视化触摸屏、绝对编码器a和绝对编码器b；所述开关电源用于将ac220v输入电源转换为运动模拟单元所需的直流电源，为单元中各个器件提供稳定的电力供应；所述电磁继电器分别与x轴伺服运动控制器、y轴伺服运动控制器a和y轴伺服运动控制器b连接，进行协同控制；可视化触摸屏、绝对编码器a、绝对编码器b 均与mcu控制单元连接；所述绝对编码器a设置在水平x轴导轨首端、绝对编码器b设置在一个水平y轴导轨的首端，用于定位煤岩识别传感器在主框架上表面的位置；所述mcu控制单元采集绝对编码器a、绝对编码器b的编码信息，并在可视化触摸屏上展示煤岩识别传感器位置信号；通过可视化触摸屏控制mcu控制单元发出控制命令控制x轴伺服运动控制器和两个y轴伺服运动控制器，进而控制设置在水平x轴导轨和水平y轴导轨上的伺服电机，驱动运动模块实现x—y两个方向的运动。
10、优选地，所述运动模拟单元还包括与mcu控制单元连接的三个光电限位开关、急停开关和遥感位置控制手柄；所述三个光电限位开关分别设置在两个水平y轴导轨和水平x轴导轨的端部；通过急停开关断电急停运动模拟单元。
11、优选地，所述计算终端包括采集设置模块、数据储存模块、数据处理模块、煤岩层位线追踪模块及结果导出模块；
12、所述采集设置模块设置煤岩识别传感器的采样时间窗口、采样频率和采样方式；
13、所述数据储存模块对煤岩识别传感器采集的数据进行储存，自定义采集的原始数据文件名称和储存位置；
14、所述数据处理模块对煤岩识别传感器采集的原始数据进行背景去噪、一维滤波、时间增益和滑动平均的数据处理；
15、所述煤岩层位线追踪模块通过数据处理模块处理的数据进行目标层位选取以及煤岩层位线追踪；
16、所述结果导出模块对数据储存模块和数据处理模块存储和处理的数据以及煤岩层位线追踪模块追踪的煤岩层位线进行导出分析。
17、另一方面，本专利技术还提供一种煤岩识别传感器性能测试方法，包括以下步骤：
18、步骤1：将煤岩识别传感器固定在运动模块的安装支架上，并通过安装支架手动上下调节煤岩识别传感器距离煤层的距离；
19、步骤2： 通过可视化触摸屏给定一个位置，运动模块带动煤岩识别传感器到达该给定位置，进行该给定位置的煤岩结构识别；
20、步骤3：控制运动模块进行匀速运动，进行全位置的煤岩结构识别；通过可视化触摸屏给定一个速度，运动模块带动煤岩识别传感器进行定点循环运动，即在运动模拟单元的水平x轴导轨和水平y轴导轨上进行往返模拟运动，实现全位置的煤岩结构识别；
21、步骤4：控制运动模块进行点动运动，进行探索性煤岩结构识别；点动控制运动模块，点一下运动模块带动煤岩识别传感器动一下，根据实际需求进行探索性煤岩结构识别。
22、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本专利技术提供的一种煤岩识别传感器性能测试装置及方法，能够实现各个工况下模拟采煤机的运动情况，从而验证煤岩识别传感器的识别能力，促进煤岩识别传感器的技术更新与迭代；通过环境模拟单元构建的煤岩模型具有严格的尺寸及位置相对关系，能精确的测试出煤岩识别传感器的精度及等级，具有很好的校正作用；具备配套的数据处理方法与层位线追踪方法，能精确的导出煤岩分界信息进行分析，更精准的验证煤岩识别传感器性能。
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1.一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：包括环境模拟单元、运动模拟单元和计算终端；所述环境模拟单元用于构建煤岩模型的分布位置及相对关系；所述煤岩模型分为煤层和岩层两层介质结构；煤岩模型右侧设置夹矸结构，左侧设置煤中岩石体；
2.根据权利要求1所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述煤岩模型中的岩层根据煤岩模型结构进行筑模，后浇筑石膏与混凝土混合物，待浇筑岩层凝固后，煤层由细碎煤块铺设浇筑在岩层上方并夯实制作而成。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述运动模拟单元采用两个自由度的伺服电机，实现煤岩识别传感器X—Y两个方向的运动，具备急停功能及限位停止功能。
4.根据权利要求3所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述煤岩识别传感器性能测试装置还包括主框架，主框架内设置煤岩模型，主框架上设置运动模拟单元；其中，主框架两侧可拆卸安装有水平Y轴导轨，两个水平Y轴导轨间滑动连接有水平X轴导轨；水平X轴导轨上滑动连接有运动模块；运动模块通过安装支架携带煤岩识别传感器沿水平X轴导轨和水平Y
5.根据权利要求4所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述运动模拟单元包括开关电源、电磁继电器、MCU控制单元、X轴伺服运动控制器、Y轴伺服运动控制器A、Y轴伺服运动控制器B、可视化触摸屏、绝对编码器A和绝对编码器B；所述开关电源用于将AC220V输入电源转换为运动模拟单元所需的直流电源，为单元中各个器件提供稳定的电力供应；所述电磁继电器分别与X轴伺服运动控制器、Y轴伺服运动控制器A和Y轴伺服运动控制器B连接，进行协同控制；可视化触摸屏、绝对编码器A、绝对编码器B 均与MCU控制单元连接；所述绝对编码器A设置在水平X轴导轨首端、绝对编码器B设置在一个水平Y轴导轨的首端，用于定位煤岩识别传感器在主框架上表面的位置，所述MCU控制单元采集绝对编码器A、绝对编码器B的编码信息，并在可视化触摸屏上展示煤岩识别传感器位置信号；通过可视化触摸屏控制MCU控制单元发出控制命令控制X轴伺服运动控制器和两个Y轴伺服运动控制器，进而控制设置在水平X轴导轨和水平Y轴导轨上的伺服电机，驱动运动模块实现X—Y两个方向的运动。
6.根据权利要求5所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述运动模拟单元还包括与MCU控制单元连接的三个光电限位开关、急停开关和遥感位置控制手柄；所述三个光电限位开关分别设置在两个水平Y轴导轨和水平X轴导轨的端部；通过急停开关断电急停运动模拟单元。
7.根据权利要求1所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述计算终端包括采集设置模块、数据储存模块、数据处理模块、煤岩层位线追踪模块及结果导出模块；
8.一种煤岩识别传感器性能测试方法，基于权利要求5所述装置实现，其特征在于：包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：包括环境模拟单元、运动模拟单元和计算终端；所述环境模拟单元用于构建煤岩模型的分布位置及相对关系；所述煤岩模型分为煤层和岩层两层介质结构；煤岩模型右侧设置夹矸结构，左侧设置煤中岩石体；
2.根据权利要求1所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述煤岩模型中的岩层根据煤岩模型结构进行筑模，后浇筑石膏与混凝土混合物，待浇筑岩层凝固后，煤层由细碎煤块铺设浇筑在岩层上方并夯实制作而成。
3.根据权利要求1所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述运动模拟单元采用两个自由度的伺服电机，实现煤岩识别传感器x—y两个方向的运动，具备急停功能及限位停止功能。
4.根据权利要求3所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述煤岩识别传感器性能测试装置还包括主框架，主框架内设置煤岩模型，主框架上设置运动模拟单元；其中，主框架两侧可拆卸安装有水平y轴导轨，两个水平y轴导轨间滑动连接有水平x轴导轨；水平x轴导轨上滑动连接有运动模块；运动模块通过安装支架携带煤岩识别传感器沿水平x轴导轨和水平y轴导轨运动；所述安装支架可手动上下调节煤岩识别传感器距离煤层的距离；水平x轴导轨端部设有x轴伺服电机和x轴伺服运动控制器；两个水平y轴导轨端部均分别设有y轴伺服电机和y轴伺服运动控制器。
5.根据权利要求4所述的一种煤岩识别传感器性能测试装置，其特征在于：所述运动模拟单元包括开关电源、电磁继电器、mcu控制单元、x轴伺服运动控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：马龙，郭长娜，邹晓旭，孙晓东，任艳，李青，陈令洲，周睿，
申请(专利权)人：中煤科工集团沈阳研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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