一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法技术

本发明专利技术公开了一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法，该方法采用姿态和振动监测系统对定向测量设备进行监测，监测系统包括电源、传感器检测单元、信号处理单元及上位机，传感器检测单元包括MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器；信号处理单元包括电压放大电路、带通滤波电路、监测电路和通讯模块。采用MEMS惯组进行姿态信息监测，突破了传统振动监测系统只能输出振动量级的局限性。采用振动传感器和冲击传感器监测信息融合，两者互补精度和量程，提高了系统的准确性和可靠性。采用三个单片机及监测电路，单片机通过轮询的方式采集传感器信息，输出中断信号到监测电路的ARM芯片，与采用传统方法相比，提高了采集数据的完整性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法


[0001]本专利技术涉及定向测量设备的监测，具体涉及一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法。

技术介绍

[0002]矿下综掘工作面一直是煤矿灾害事故的高发区，定向测量设备为矿山智能掘进系统的重要定向工具，通过监测其振动信息可去除因其他设备工作带来的误差数据以及识别周边环境的安全性。
[0003]当前已有的振动监测系统主要测量系统的振动量级，但其未考虑姿态信息，例如，文献1（吴朝峰 地下管线周围环境振动监测及预警技术理论分析[J] 工程勘测）提出了一种地下管线开挖振动监测技术，主要监测振动加速度和频率，不具备姿态信息监测功能，不适用于矿下定向设备。文献2（CN216410403U 一种用于煤矿机电设备的振动监测装置）提出了一种可调节的煤矿机电设备振动监测装置，其不具备姿态测量功能且采用单一振动传感器，振动传感器损坏后系统故障，不能及时反映振动信息。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术存在的问题和缺陷，本专利技术的目的是建立一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法。首先研发具备姿态监测及振动量级监测的姿态和振动监测系统，本专利技术采用MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器，具备姿态监测功能，实现对定向测量设备系统运行时姿态、位置的监测，并根据振动信息调整定向测量设备测量方案以及整个工作面测量进程，在保证测量精度的同时提高定向测量设备系统可靠性。
[0005]本专利技术为实现上述目的，采取的技术方案是：一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法是采用姿态和振动监测系统对定向测量设备的姿态和振动进行监测，监测步骤如下：S1、所述姿态和振动监测系统上电，打开所述姿态和振动监测系统供电。
[0006]S2、所述姿态和振动监测系统传感器检测单元的MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器采集所述定向测量设备的姿态和振动数据信息。
[0007]S3、所述姿态和振动监测系统信号处理单元对接收到所述定向测量设备的姿态、振动数据信息进行以下振动量级判断：当所述姿态和振动监测系统信号处理单元监测到所述定向测量设备的姿态≤2
°
且振动量级≤5g时，所述姿态和振动监测系统判定振动量级为轻微抖动，不影响定向测量设备工作。
[0008]当所述姿态和振动监测系统信号处理单元监测到所述定向测量设备的姿态＞2
°
时，或者振动量级＞5g时，所述姿态和振动监测系统判定振动量级为对设备有影响的机械振动，并将姿态和振动数据信息通过所述姿态和振动监测系统信号处理单元传输给上位机。
[0009]S4、所述上位机接收到姿态和振动数据信息后，对振动量级作出判断并采取措施：当振动量级＜50g，所述姿态和振动监测系统去除监测到所述定向测量设备的姿态＞2
°
或者振动量级＞5g，并且振动量级＜50g的时间段定向测量设备的监测信息，以免影响测量精度；当振动量级≥50g时，所述姿态和振动监测系统判定定向测量设备受到了严重冲击，立刻停止所述定向测量设备工作，避免造成安全事故。
[0010]本专利技术具有的优点和积极效果：1、为更好的适应定向测量设备的振动监测，采用MEMS惯组进行姿态信息监测，突破了传统振动监测系统只能输出振动量级的局限性。
[0011]2、本专利技术采用振动传感器和冲击传感器监测信息融合，两者互补精度和量程，提高了系统的准确性和可靠性。
[0012]3、本专利技术信号处理单元采用三个低功耗单片机及监测电路，低功耗单片机通过“轮询”的方式采集传感器信息，输出中断信号到监测电路的ARM芯片，与采用单一主控芯片处理多传感器信息的方法相比，提高了采集数据的完整性。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的系统组成框图；图2是本专利技术的布局示意图；图3是本专利技术的工作流程图；图4是图1中传感器接口电路原理图；图5是图1中电源转换模块电路原理图；图6是图1中第一电压放大电路原理图；图7是图1中第二电压放大电路原理图；图8是图1中第一带通滤波电路原理图；图9是图1中第二带通滤波电路原理图；图10是图1中第一单片机第一部分电路原理图；图11是图1中第一单片机第二部分电路原理图；图12是图1中第二单片机第一部分电路原理图；图13是图1中第二单片机第二部分电路原理图；图14是图1中第三单片机第一部分电路原理图；图15是图1中第三单片机第二部分电路原理图；图16是图1中监测电路原理图；图17是图1中通讯模块原理图。
具体实施方式
[0014]以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术的姿态和振动监测系统包括电源、传感器检测单元、信号处理单元和上位机；传感器检测单元包括MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器；信号处理单元包括传感器接口、电源转换模块、第一电压放大电路、第二电压放大电路、第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第一单片机、第二单片机、第三单片机、监测电路和通讯模块；传感器检
测单元的MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器分别通过信号处理单元的传感器接口与第一单片机、第一电压放大电路、第二电压放大电路连接，第一电压放大电路、第二电压放大电路分别与第一带通滤波电路、第二带通滤波电路连接，第一带通滤波电路、第二带通滤波电路分别与第二单片机、第三单片机连接，第一单片机、第二单片机、第三单片机分别与监测电路连接，监测电路与通讯模块连接，通讯模块与上位机通过无线传输进行通讯；电源分别连接MEMS惯组、振动传感器、冲击传感器，提供
±
12V电源；电源通过电源转换模块分别连接第一电压放大电路、第二电压放大电路，提供5V电源；电源通过电源转换模块分别连接第一单片机、第二单片机、第三单片机、监测电路，提供3.3V电源。
[0015]如图3所示，本实施例的定向测量设备为矿用掘进系统，采用姿态和振动监测系统对定向测量设备（矿用掘进系统）的姿态和振动进行监测，监测步骤如下：S1、姿态和振动监测系统上电，打开姿态和振动监测系统供电。
[0016]S2、姿态和振动监测系统传感器检测单元的MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器采集定向测量设备的姿态和振动数据信息。
[0017]MEMS惯组为测量定向测量设备（矿用掘进系统）三轴角度的九轴MEMS惯组，三轴角度为滚轴角、俯仰角和偏航角。MEMS惯组主要对三轴角度（滚轴角、俯仰角和偏航角）进行测量，即姿态测量，角度量程
±
180
°
，姿态测量稳定度0.01
°
，其主要优点是姿态测量精度高、体积小、性价比高。
[0018]振动传感器采用中国电子科技集团49研究所用于测量定向测量设备（矿用掘进系统）三轴振动参数的三向振动传感器（型号YCZ3
‑
2）。主要采用电容式工作原理实现三轴振动参数测量，量程
±
50g，横向灵敏度比小于3%，非线性小于1%，其主要优点是三轴一体化设计、小型化、环境适应性好。
[0019]冲击传感器采用中国电子科技集团49研究所生产的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法，其特征在于，所述方法是采用姿态和振动监测系统对定向测量设备的姿态和振动进行监测，监测步骤如下：S1、所述姿态和振动监测系统上电，打开所述姿态和振动监测系统供电；S2、所述姿态和振动监测系统传感器检测单元的MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器采集所述定向测量设备的姿态和振动数据信息；S3、所述姿态和振动监测系统信号处理单元对接收到所述定向测量设备的姿态、振动数据信息进行以下振动量级判断：当所述姿态和振动监测系统信号处理单元监测到所述定向测量设备的姿态≤2
°
且振动量级≤5g时，所述姿态和振动监测系统判定振动量级为轻微抖动，不影响定向测量设备工作；当所述姿态和振动监测系统信号处理单元监测到所述定向测量设备的姿态＞2
°
时，或者振动量级＞5g时，所述姿态和振动监测系统判定振动量级为对设备有影响的机械振动，并将姿态和振动数据信息通过所述姿态和振动监测系统信号处理单元传输给上位机；S4、所述上位机接收到姿态和振动数据信息后，对振动量级作出判断并采取措施：当振动量级＜50g，所述姿态和振动监测系统去除监测到所述定向测量设备的姿态＞2
°
或者振动量级＞5g，并且振动量级＜50g的时间段定向测量设备的监测信息，以免影响测量精度；当振动量级≥50g时，所述姿态和振动监测系统判定定向测量设备受到了严重冲击，立刻停止所述定向测量设备工作，避免造成安全事故。2.根据权利要求1所述的一种应用于定向测量设备的姿态和振动监测方法，其特征在于，所述姿态和振动监测系统包括电源、传感器检测单元、信号处理单元和上位机；所述传感器检测单元包括MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器；所述信号处理单元包括传感器接口、电源转换模块、第一电压放大电路、第二电压放大电路、第一带通滤波电路、第二带通滤波电路、第一单片机、第二单片机、第三单片机、监测电路和通讯模块；所述传感器检测单元的MEMS惯组、振动传感器和冲击传感器分别通过信号处理单元的传感器接口与所述第一单片机、第一电压放大电路、第二电压放大电路连接，所述第一电压放大电路、第二电压放大电路分别与第一带通滤波电路、第二带通滤波电路连接，第一带通滤波电路、第二带通滤波电路分别与所述第二单片机、第三单片机连接，所述第一单片机、第二单片机、第三单片机分别与所述监测电路连接，监测电路与所述通讯模块连接，通讯模块与所述上位机通过无线传输进行通讯；所述电源分别连接所述MEMS惯组、振动传感器、冲击传感器，提供
±
12V电源；所述电源通过电源转换模块分别连接所述第一电压放大电路、第二电压放大电路，提供5V电源；所述电源通过电源转换模块分别连接第一单片机、第二单片机、第三单片机和监测电路，提供3.3V电源。3.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：李赛，宋刚，王磊，胡成军，毛善军，符传亮，潘格格，张新远，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇七研究所，
类型：发明
国别省市：