【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于矿井检测，具体涉及一种基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统及方法。
技术介绍
1、由于钢丝绳的柔性特性与复杂的矿井条件，钢丝绳在整个运行过程中对外界的干扰变得更加地敏感，容易发生异常摆动，这些干扰会直接影响钢丝绳的动态特性。在罐笼提升下放的过程中，钢丝绳受到罐笼的冲击振动及外部环境激励的影响，使其摆动幅度加大，对罐道梁产生严重碰摩，容易出现磨损和断丝等损伤，甚至扭结缠绕故障，进而导致损伤事故的发生，极大地影响了生产安全。究其原因，主要缺少对钢丝绳异常摆动及变形进行及时的检测。
2、针对提升系统钢丝绳空间内摆动难以检测的问题，传统的检测如振动法、激光位移法、机器视觉方法存在一定弊端，加速度传感器自身重量对钢丝绳摆动特性影响较大，且运行过程中钢丝绳伴有自旋，而激光传感器仅能获取某一平面内的摆动，机器视觉在黑暗的井下环境中的检测精度较低，以上方法难以获取三维摆动量。
3、毫米波的波长短、定向性高，使得其能够有效降低多路径效应及杂波对其检测目标的影响，抗干扰能力较强。rfid技术(射频识别技术)中的柔性抗金属标签由于轻质柔软，可以紧贴在待测的钢丝绳上，不会因自重影响检测精度。但由于毫米波同时对多根钢丝绳进行检测，目标点云稀疏杂乱且杂波较多，难以区分多个目标。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的实施例提出一种基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统及方法，从毫米波雷达图像中关联出稳定的目标轨迹，获取钢丝绳的摆动信
2、本专利技术的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，包括：柔性rfid抗金属标签，所述柔性rfid抗金属标签粘贴在待测钢丝绳上，用于标定多根钢丝绳的id信息；超高频rfid标签，所述超高频rfid标签粘贴在待测钢丝绳上，用于检测钢丝绳的纵向应变。环形齿轮轨道，所述环形齿轮轨道安装在井筒上；环形滑块轨道，所述环形滑块轨道安装在井筒上，且环形滑块轨道位于环形齿轮轨道的外侧；旋转平台模块，所述旋转平台模块与环形滑块轨道滑动连接，且旋转平台模块与环形齿轮轨道相啮合，旋转平台模块上设有超高频天线和rfid阅读器；回转调节装置，所述回转调节装置安装在旋转平台模块上；纵向调节装置，所述纵向调节装置安装在回转调节装置上；毫米波雷达模块，所述毫米波雷达模块设置在纵向调节模块上。
3、可选地，所述毫米波雷达模块包括固定在一起的毫米波雷达和数据采集板卡，数据采集板卡与纵向调节装置中的固定环连接，固定环通过拧紧螺栓安装在伸缩缸上，伸缩缸的底部一侧连接伸缩缸电机，纵向调节装置的底部通过连接件一安装在回转调节装置上。
4、可选地，所述回转调节装置包括与纵向调节装置连接的回转台，回转台安装在回转传动箱顶端，回转传动箱的一侧设有回转电机，回转电机通过蜗轮蜗杆驱动回转台转动，回转传动箱的底部通过回转台固定螺栓安装在旋转平台模块上。
5、可选地，所述旋转平台模块包括安装有回转调节模块、超高频天线和rfid阅读器的旋转平台，旋转平台上还设有信号采集模块、无线透传模块和下位机，旋转平台的底部安装有滑块和驱动齿轮，驱动齿轮与旋转驱动电机的输出轴连接，旋转驱动电机通过电机固定螺栓和连接件二安装在旋转平台上。
6、本专利技术的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，包括以下步骤：
7、(1)将柔性rfid抗金属标签粘贴在井下罐道钢丝绳上，以获取钢丝绳的编号信息；
8、(2)将超高频rfid标签沿着钢丝绳轴线方向粘贴在待测钢丝绳上，以检测钢丝绳的纵向应变；
9、(3)采用毫米波雷达检测钢丝绳，得到原始数据，经过数据提取后，得到反映目标信息的点云；利用自适应控制算法计算出最佳角度旋转量，并通过控制器对电机进行调节，以使得目标点云将集中在全视场中间；
10、(4)基于聚类算法实现多目标聚类，分别计算出各聚类中心的位置和速度，利用聚矩阵确定不同测点与不同轨迹之间的匹配关系，在多目标场景下具有较好的关联效果，对目标运动状态进行跟踪滤波；
11、(5)上位机发送控制指令至下位机，下位机将指令发送到伺服驱动器，驱动旋转驱动电机使毫米波雷达沿着环形滑块轨道移动，实现二维平面扫描，在周向位置上都能收到来自目标的原始数据；
12、(6)基于合成孔径成像技术，将距离向和方位向的信息组合起来，并进行压缩处理与延时叠加，输出图像并进行信息重构，在二维切面获取较高分辨率图像；
13、(7)从毫米波雷达图像中关联出稳定的目标轨迹，获取钢丝绳的摆动信息，并与预设的安全阈值进行比较，判断是否存在异常情况。
14、可选地，所述步骤(1)中通过获取多根钢丝绳的编号信息以区分待测的多个目标，所述钢丝绳编号信息的获取过程为：采用轻质的柔性rfid抗金属标签完成目标钢丝绳的跟踪，得到包含区分目标的序列信息；通过rfid阅读器，将标签中的信息读出，标注每个目标的位置与对应的序号，并设置时间戳。
15、可选地，所述步骤(2)中钢丝绳纵向变形检测过程如下：
16、s1.将超高频rfid标签沿着钢丝绳轴线方向粘贴在待测钢丝绳上，以获取应变的方向信息；rfid阅读器向标签发射连续波，标签通过天线接收rfid阅读器发送的电磁能，并将其转化为电能为数据的收发供能；标签携带目标id，实现一个rfid阅读器与多个标签的通讯要求；
17、s2.以雷达散射截面变化来表征应变，当钢丝绳发生纵向变形时，标签天线上的材料阻抗随之产生变化，根据回波信号强度(rssi)的变化来间接感知纵向应变；
18、s3.经过信号调制后，标签散射将信息传输至rfid阅读器，通过rs485传输至下位机，然后通过无线透传模块与上位机通信，完成钢丝绳应变的远程信息传输过程；设定变形容许值，当出现异常时，实时报警并自动停止提升系统运行。
19、可选地，所述步骤(3)中采用毫米波雷达检测钢丝绳横向摆动，所述毫米波雷达检测原始数据的提取与分析过程为：
20、s1.设备选型与安装：根据井下的尺寸与环境选择合适的毫米波雷达设备，并安装在支撑旋转平台上，确保能够实现对钢丝绳摆动的远距离测量；
21、s2.数据采集与传输：通过毫米波雷达采集钢丝绳摆动的雷达信号，并将信号进行转换得到原始数据，并传输至下位机，通过无线透传模块传输到上位机进行存储和处理；
22、s3.数据处理与分析：对获取的原始数据进行处理，提取出钢丝绳摆动的位置、速度等信息。
23、可选地，所述步骤(3)中通过控制器对回转调节装置中的电机进行调节，使待测目标处于毫米波视场中央，角度自适应调节过程为：
24、s1.通过上位机发送脉冲信号控制回转电机的转速，上位机与下位机之间通过无线透传模块收发数据，驱本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述毫米波雷达模块包括固定在一起的毫米波雷达和数据采集板卡，数据采集板卡与纵向调节装置中的固定环连接，固定环通过拧紧螺栓安装在伸缩缸上，伸缩缸的底部一侧连接伸缩缸电机，纵向调节装置的底部通过连接件一安装在回转调节装置上。
3.根据权利要求2所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述回转调节装置包括与纵向调节装置连接的回转台，回转台安装在回转传动箱顶端，回转传动箱的一侧设有回转电机，回转电机通过蜗轮蜗杆驱动回转台转动，回转传动箱的底部通过回转台固定螺栓安装在旋转平台模块上。
4.根据权利要求3所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述旋转平台模块包括安装有回转调节模块、超高频天线和RFID阅读器的旋转平台，旋转平台上还设有信号采集模块、无线透传模块和下位机，旋转平台的底部安装有滑块和驱动齿轮，驱动齿轮与旋转驱动
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤(1)中通过获取多根钢丝绳的编号信息以区分待测的多个目标，所述钢丝绳编号信息的获取过程为：采用轻质的柔性RFID抗金属标签完成目标钢丝绳的跟踪，得到包含区分目标的序列信息；通过RFID阅读器，将标签中的信息读出，标注每个目标的位置与对应的序号，并设置时间戳。
7.根据权利要求5所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤(2)中钢丝绳纵向变形检测过程如下：
8.根据权利要求5所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中采用毫米波雷达检测钢丝绳横向摆动，所述毫米波雷达检测原始数据的提取与分析过程为：
9.根据权利要求8所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：所述步骤(3)中通过控制器对回转调节装置中的电机进行调节，使待测目标处于毫米波视场中央，角度自适应调节过程为：
10.根据权利要求8所述的基于RFID与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统的检测方法，其特征在于：步骤(5)中二维平面扫描步骤如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述毫米波雷达模块包括固定在一起的毫米波雷达和数据采集板卡，数据采集板卡与纵向调节装置中的固定环连接，固定环通过拧紧螺栓安装在伸缩缸上，伸缩缸的底部一侧连接伸缩缸电机，纵向调节装置的底部通过连接件一安装在回转调节装置上。
3.根据权利要求2所述的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述回转调节装置包括与纵向调节装置连接的回转台，回转台安装在回转传动箱顶端，回转传动箱的一侧设有回转电机，回转电机通过蜗轮蜗杆驱动回转台转动，回转传动箱的底部通过回转台固定螺栓安装在旋转平台模块上。
4.根据权利要求3所述的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测系统，其特征在于，所述旋转平台模块包括安装有回转调节模块、超高频天线和rfid阅读器的旋转平台，旋转平台上还设有信号采集模块、无线透传模块和下位机，旋转平台的底部安装有滑块和驱动齿轮，驱动齿轮与旋转驱动电机的输出轴连接，旋转驱动电机通过电机固定螺栓和连接件二安装在旋转平台上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的基于rfid与毫米波雷达成像的多根钢丝绳摆动检测...
【专利技术属性】
技术研发人员：李尚袁，杨建华，于海波，王重秋，王聪，娄立泰，宫涛，马凯旋，郝晨航，李宝峰，沈萌恩，王雨童，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。