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帶式輸送機(jī)是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大運(yùn)量、連續(xù)運(yùn)輸。受采煤工作面地質(zhì)變化及采集設(shè)備不穩(wěn)定的影響，煤炭的產(chǎn)量會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)。這導(dǎo)致帶式輸送機(jī)輸送量具有極大的不均衡性，對(duì)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行及智能控制產(chǎn)生很大影響。

輸送量大，會(huì)加劇輸送帶磨損和撕裂、溢煤、灑煤等現(xiàn)象發(fā)生；輸送量小，會(huì)造成資源浪費(fèi)。因此，有效測(cè)量帶式輸送機(jī)輸送量，對(duì)帶式輸送機(jī)的安全運(yùn)行及智能控制具有重要意義。

1、帶式輸送機(jī)輸送量測(cè)量方法現(xiàn)狀

帶式輸送機(jī)輸送量測(cè)量方法可分為接觸式測(cè)量法和非接觸式測(cè)量法。接觸式測(cè)量法通過(guò)測(cè)量單位有效稱(chēng)量段的煤料質(zhì)量，與帶速相乘得出瞬時(shí)輸送量，一段時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)輸送量的積分為該段時(shí)間內(nèi)帶式輸送機(jī)的輸送量。

非接觸式測(cè)量法通過(guò)測(cè)量單位長(zhǎng)度內(nèi)煤料體積，與煤料密度、帶速相乘得出帶式輸送機(jī)的輸送量。接觸式測(cè)量法主要是電子膠帶秤測(cè)量法，非接觸式測(cè)量法包括核子膠帶稈法、超聲波式測(cè)量法、激光CCD（電荷耦合器件）圖像測(cè)量法及激光掃描測(cè)量法。

1.1電子膠帶秤測(cè)量法

使用的設(shè)備主要有稱(chēng)重框架、稱(chēng)重傳感器、速度傳感器和工控機(jī)等。當(dāng)煤料從秤體通過(guò)時(shí)，輸送帶和稱(chēng)重托輥?zhàn)饔糜诜Q(chēng)重傳感器，得到單位稱(chēng)重參數(shù)的壓力信號(hào)，同時(shí)速度傳感器同步檢測(cè)到輸送帶的瞬時(shí)速度信號(hào)，將2個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓或電流，經(jīng)傳輸電纜和數(shù)據(jù)通信接口輸送到地面工控機(jī)進(jìn)行計(jì)算處理。

稱(chēng)重傳感器是電子膠帶秤測(cè)量法的核心，也是電子膠帶秤測(cè)量法的研究重點(diǎn)，其靈敏度、準(zhǔn)確性、抗干擾性都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成很大影響。煤炭行業(yè)中常用的是電阻應(yīng)變式稱(chēng)重傳感器，這種傳感器容易受到外界環(huán)境、負(fù)載等因素影響。若溫度過(guò)高，傳感器會(huì)出現(xiàn)塑性變形，使得測(cè)量結(jié)果高于實(shí)際質(zhì)量；若輸送帶負(fù)載過(guò)大，會(huì)使得傳感器靈敏度降低，導(dǎo)致測(cè)量誤差增大，響應(yīng)速度降低。

GB/T7721-1995《電子皮帶秤》規(guī)定，目前4個(gè)等級(jí)的電子膠帶秤使用誤差分別為士0.25%，士0.5%，士1.0%，士2.0%。礦井應(yīng)用中，在安裝精度高、維護(hù)良好的情況下，電子膠帶秤測(cè)量法可以達(dá)到士0.5%或更高的準(zhǔn)確度。

1.2核子膠帶秤測(cè)量法

核子膠帶秤測(cè)量法是根據(jù)y射線穿過(guò)煤料后的衰減程度來(lái)計(jì)算輸送量的一種方法。其測(cè)量原理是利用煤料對(duì)y射線束的吸收，通過(guò)前置放大器把y射線強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，計(jì)算出單位長(zhǎng)度輸送帶上煤料的質(zhì)量，進(jìn)而完成帶式輸送機(jī)輸送量的連續(xù)測(cè)量。

1.3超聲波測(cè)距測(cè)量法

超聲波測(cè)距測(cè)量法通過(guò)測(cè)量輸送機(jī)上物料高度得到近似物料體積，并根據(jù)物料密度、輸送機(jī)速度計(jì)算得到瞬時(shí)輸送量。超聲波測(cè)距測(cè)量法有相位檢測(cè)法、聲波幅值檢測(cè)法和往返時(shí)間檢測(cè)法等多種。相位檢測(cè)法適合小范圍、高精度的測(cè)量，聲波幅值檢測(cè)法受環(huán)境影響較大，煤礦中一般采用往返時(shí)間檢測(cè)法。

往返時(shí)間檢測(cè)法原理：檢測(cè)發(fā)射器發(fā)出的超聲波經(jīng)介質(zhì)傳播到接收器的時(shí)間與超聲波速度的乘積是超聲波傳輸?shù)木嚯x，所測(cè)距離L是超聲波傳輸距離的一半，根據(jù)測(cè)得的距離能得到煤料的大概高度，由煤料高度得到近似煤料體積，并根據(jù)煤料密度、帶速計(jì)算得到輸送量。L計(jì)算公式為

超聲波速度與傳播介質(zhì)有關(guān)，空氣密度、濕度、溫度等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，此外，超聲波測(cè)距儀的測(cè)量準(zhǔn)確度較低，也會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的煤料高度誤差較大。因此，超聲波測(cè)距測(cè)量法很少作為主要的輸送量測(cè)量技術(shù)，一般作為輔助性測(cè)量技術(shù)，用來(lái)監(jiān)測(cè)有煤、無(wú)煤及煤多、煤少的情況。

1.4激光CCD圖像測(cè)量法

激光CCD圖像測(cè)量法也稱(chēng)為激光CCD相機(jī)輪廊測(cè)量法，是基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的測(cè)量方法。該測(cè)量方法采用CCD相機(jī)作為觀測(cè)器件，將激光投射到煤料表面，產(chǎn)生漫反射，并得到煤料圖像。對(duì)得到的圖像進(jìn)行處理，利用計(jì)算機(jī)軟件建立煤料三維模型，從而得到煤料體積，實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)輸送量的測(cè)量。

目前激光CCD圖像測(cè)量法在國(guó)內(nèi)已有成熟產(chǎn)品，文獻(xiàn)。利用同一測(cè)量面中上、下雙視點(diǎn)的CCD相機(jī)測(cè)得煤料輪廓，測(cè)量準(zhǔn)確率在96%以上。

因?yàn)槊旱V光照條件不佳，對(duì)煤料圖像采集有很大影響，而且，圖像處理時(shí)間較長(zhǎng)，算法復(fù)雜，所以激光CCD圖像測(cè)量法速度較慢。

1.5激光掃描測(cè)量法

激光掃描測(cè)量法的基本原理與超聲波測(cè)距法相似，但測(cè)量精度更高。其測(cè)量過(guò)程主要包括定向、測(cè)角、掃描和測(cè)距。激光掃描儀發(fā)出高精度、高頻率的點(diǎn)激光，經(jīng)反射棱鏡反射，形成一定角度的掃描光束，獲得掃描光束范圍內(nèi)煤料與發(fā)射中心的距離值，結(jié)合時(shí)間、相對(duì)輸送帶的位置可計(jì)算出煤料三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。再結(jié)合輸送帶帶速得到媒料的點(diǎn)云，經(jīng)過(guò)對(duì)點(diǎn)的標(biāo)定及函數(shù)擬合得到煤料截面輪廓。

1.6對(duì)比分析

對(duì)目前常用的測(cè)量方法進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表1?？梢钥闯?，電子膠帶秤測(cè)量法測(cè)量精度最高，但對(duì)日常維護(hù)和使用要求比較高，穩(wěn)定性較差。激光掃描測(cè)量法和激光CCD圖像測(cè)量法的精度和穩(wěn)定性較好，但易受煤料粒度和密度的影響。

2、輸送量測(cè)量方法的發(fā)展趨勢(shì)

（1）提高測(cè)量精度。

提高測(cè)量精度的方法包括采用性能更好的測(cè)量設(shè)備、對(duì)設(shè)備的日常使用和維護(hù)進(jìn)行嚴(yán)格要求、不斷優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法等。

（2）提高抗干擾性。

煤礦惡劣環(huán)境對(duì)各種測(cè)量設(shè)備會(huì)產(chǎn)生一定影響。為了有效避免環(huán)境對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使得這些測(cè)量方法具有更強(qiáng)的抗干擾能力，可采用特殊測(cè)量設(shè)備，如防爆防抖高速CCD相機(jī)等。

（3）提高適應(yīng)性。

為了減少測(cè)量誤差，適應(yīng)不同的煤礦環(huán)境及輸送量的大小，可將多種方法結(jié)合使用。比如雙目視覺(jué)技術(shù)采用2個(gè)激光CCD攝像頭，減小輸送帶上大塊煤對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

此外，激光掃描測(cè)量法可和超聲波測(cè)距測(cè)量法相結(jié)合，解決利用單一光線或聲波進(jìn)行測(cè)量時(shí)誤差較大的問(wèn)題。

3、結(jié)語(yǔ)

介紹了帶式輸送機(jī)輸送量測(cè)量方法的現(xiàn)狀并對(duì)各種方法進(jìn)行了對(duì)比分析。接觸式測(cè)量法中，電子皮帶秤測(cè)量法測(cè)量精度高，但響應(yīng)速度較慢，穩(wěn)定性較差；非接觸式測(cè)量法中，激光掃描測(cè)量法測(cè)量精度較高，響應(yīng)速度較快，穩(wěn)定性較好。

隨著人工智能、圖像處理等技術(shù)的快速發(fā)展，非接觸式測(cè)量法或融合多種技術(shù)的方法將得到快速發(fā)展并逐漸成為主流的輸送量測(cè)量方法。