【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于煤矿安全生产，具体涉及一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置及方法。
技术介绍
1、我国能源的基本国情仍然是以传统能源为主，煤炭作为传统能源中的重要组成部分，依然是当前的基础能源和重要的工业原料。为了有效确保煤炭资源的产量，需要更加注重煤炭开采过程中安全问题。目前，煤炭的安全问题主要体现在以下两个方面：一方面煤矿井下地质环境复杂、开采流程繁复，在开采过程中易遇到顶板破碎等危险工况。另一方面受煤矿井下高温、粉尘、瓦斯等恶劣因素的影响，容易加剧煤炭开采设备的老化，同时，恶劣的环境容易干扰对开采设备工作状态的可靠监测，导致无法及时有效地监测到危险状态，进而会极大地增加煤矿事故的风险。矿井提升机作为重要的煤炭开采设备，其在矿井人员和物资的输送过程中起着异常重要的作用。由于井下条件和工作环境与地面上相比异常恶劣，进而会对提升机的运行及监测过程产生不利的影响，为了有效确保人员和物资安全可靠的输送作业，需要确保矿井提升机的安全运行。
2、目前主要利用基于计算机的视觉技术来对矿井提升机的运行状态进行检测，通过对天轮进行超高帧率的视频流采集，并对采集得到的图片进行基于色彩增益加权的多尺度retinex算法的图像去噪处理。这种方法需要在煤矿井下巷道内沿长度方向按照设定间隔距离依次安装多个摄像头，因而在前期需要安装大量摄像头和视频传输设备，初始投入和维护成本高，且施工量较大，施工周期亦较长。此外，摄像头在遮挡物的遮挡及粉尘的影响工况下无法采集到准确的图像数据，远距离监测的精度会急剧下降，同时，图像后期的去噪处理
3、为了能在矿井的条件下实现对矿井提升机的有效监测，业内研究人员已经开始探索基于无限感知的探测技术，在众多无线电技术中，基于毫米波的新型解决方案因其具有安装简便、成本低、适应性强、抗干扰能力强和强穿透力等诸多优点，逐渐受到了关注，并成为了井下环境无线感知探测技术的理想选择。然而，基于毫米波雷达信号的无线感知探测技术在复杂的井下环境中仍面临着诸多挑战，如无线感知精度在存在动态干扰的情况下表现不理想；单通道提取的单一特征无法准确地反映出矿井提升机工作状态；当雷达同时监测提升机多个工作部分的特征过程中，收集到的特征信号如何进行有效的分离，以及如何将多个特征信号进行融合分析，仍是业内亟需解决的技术难题。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置及方法，该装置结构简单、投入成本低，能通过非接触的方式快捷高效地检测出提升机的异常情况；该方法能准确高效地确定出矿井提升机工作状态是否正常，特别适用于粉尘较多及存在遮挡物的复杂矿井下的检测作业使用。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，包括矿井提升机、毫米波雷达、数据采集模块和数据处理终端；
3、所述毫米波雷达包括发射天线、接收天线、射频组件、数模转换器和数字信号处理器；
4、所述发射天线用于将接收到的出射电信号转换为电磁波信号，并向特定方向发射出去；
5、所述接收天线用于将接收到的反射电磁波转换为反射电信号，并发送给射频组件；
6、所述射频组件包括合成器和混频器，所述混频器用于将接收到的反射电信号和发射电信号合成为中频信号，并发送至数模转换器；所述合成器用于将所接收到的单一频率发射电信号生成线性调频的发射电信号，再发送至发射天线和混频器；
7、所述数模转换器用于将接收到的中频信号进行模数转换，再发送至数字信号处理器，用于将接收到的发射电信号进行模数转换，再发送至射频组件；
8、所述数字信号处理器用于按照设定频率向数模转换器发出发射信号，并用于对接收到的中频信号进行处理；
9、所述毫米波雷达的数量为多个，并与矿井提升机的数量相同，毫米波雷达安装在对应矿井提升机的径向方向上，且其发射的无线信号能量聚焦在对应矿井提升机的天轮及电机处；
10、所述数据处理终端通过数据采集模块分别与多个毫米雷达连接。
11、本专利技术结构简单、投入成本低，使毫米波雷达安装在矿井提升机的径向方向上，可以便于通过计算毫米波雷达信号的相位变化来获得天轮摆动位移及电机震动位移，由此，可以通过便于通过对发射信号和反射信号的处理来感知天轮的摆动情况和电机的震动情况，进而能通过非接触的方式快捷高效地检测出提升机的异常情况。使数据处理终端通过数据采集模块与多个毫米波雷达连接，可以便于利用数据处理终端接收多个毫米波雷达所采集到的信号及发出的报警信号，进而有利于对多个矿井提升机的检测情况进行统一记录、监测，以能及时对异常提升机采取有效的处理措施。
12、本专利技术还提供了一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，采用一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，包括以下步骤：
13、步骤一：对煤矿井下的各个矿井提升机进行现场勘探，在矿井提升机的径向方向上确定出信号探测效果良好的位置作为对应毫米波雷达的安装位置；对安装位置进行标记，并记录安装位置的具体坐标和环境描述；
14、步骤二：在煤矿井下各个矿井提升机的安装位置上对应安装毫米波雷达，并调整每个毫米波雷达发射天线的角度，确保毫米波雷达发射的无线信号能量聚焦在对应矿井提升机的天轮和电机处，同时，调整每个毫米波雷达接收天线的角度，确保反射的无线信号能量聚焦在接收天线所在位置处；
15、步骤三：设置每个毫米波雷达的工作参数和采样参数，并启动毫米波雷达工作；在矿井提升机运行过程中，利用毫米波雷达中的合成器生成线性调频连续波，并通过发射天线向目标部分发射，经目标部位反射后并通过混频器的处理后生成中频信号，通过数字信号处理器实时接收并记录中频信号；
16、步骤四：通过数字信号处理器按时间顺序依次对所接收的中频信号进行处理，处理过程如下：
17、s1：对中频信号进行去噪及加强目标信号强度的处理，得到加强目标信号；
18、s2：数字信号处理器在接收到加强信号后，先确定其中是否存在天轮摆动信号，若不存在天轮摆动信号，重新执行s1；若存在天轮摆动信号，先判断信号的反射源，若信号是来自于煤矿井下巷道内的其他强静止目标的反射信号，则采用平均相消的算法滤除静止杂波，若信号是来自于其他动态干扰信号，则采用差分判断的算法对信号进行滤波；
19、s3：先通过滤波处理后得到天轮摆动信号，再通过对天轮摆动信号进行初步处理得到天轮到毫米波雷达的距离及天轮的相位变化情况，接着，再结合距离多普勒算法分析天轮晃动幅度是否在正常范围之内，当天轮晃动幅度在正常范围之内时，判定天轮处于正常工作状态之中，并重新执行s1，当天轮晃动幅度超过正常范围时，判定天轮存在异常状态，并执行s4；
20、s4：对信号进行时处理得到频谱图，通过频谱图观察天轮摆动信号在时间上的速度变化本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，包括矿井提升机和毫米波雷达,其特征在于，还包括数据采集模块和数据处理终端；
2.一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，采用如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S1中，对信号进行去噪及加强目标信号处理的过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S2中，采用平均相消算法滤除静止杂波的过程如下：
5.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S2中，采用差分判断的算法对信号进行滤波的过程如下：
6.根据权利要求4或5所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S3中，通过对天轮摆动信号进行初步处理的过程如下：
7.根据权利
8.根据权利要求7所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S4中，确定天轮摆动剧烈程度，并初步推断出矿井提升机异常原因过程如下：
9.根据权利要求8所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的S45中，消除因天轮摆动而使提升机其他部分产生的动态干扰过程如下：
10.根据权利要求9所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，步骤四的S6中，基于注意力机制构建多特征融合框架，得到矿井提升机安全检测模型的过程如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，包括矿井提升机和毫米波雷达,其特征在于，还包括数据采集模块和数据处理终端；
2.一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，采用如权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测装置，其特征在于，包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的s1中，对信号进行去噪及加强目标信号处理的过程如下：
4.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的s2中，采用平均相消算法滤除静止杂波的过程如下：
5.根据权利要求3所述的一种基于毫米波雷达的提升机电动机非接触式震动检测方法，其特征在于，在步骤四的s2中，采用差分判断的算法对信号进行滤波的过程如下：
6.根据权利要求4或5所述的一种基于毫米...
【专利技术属性】
技术研发人员：牛强，殷鹏，陈潇，朱发和，杨旭，雷雨，尹雨晴，鲍衷旭，殷仕诚，邵卫，李颂，周坪，
申请(专利权)人：淮北矿业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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