本技術涉及傳送帶故障監(jiān)測，特別涉及一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法、系統(tǒng)及相關裝置。

背景技術：

1、隨著工業(yè)化的發(fā)展，傳送帶系統(tǒng)遍布各個工廠、礦場及施工現(xiàn)場等。在傳送帶系統(tǒng)工作的過程中，用于支撐傳送帶的托輥很容易發(fā)生故障。例如，礦場通常使用大型傳送帶系統(tǒng)，從而滿足長距離、大容量、連續(xù)運輸?shù)V料的需求，由于該傳送帶系統(tǒng)長期運行在高負載狀態(tài)下，因此，托輥很容易發(fā)生故障導致失效。托輥失效過程主要包括三個階段。第一個階段，托輥由于軸承損壞而開始產(chǎn)生異常振動。第二個階段，隨著軸承的持續(xù)磨損，托輥開始產(chǎn)生異常噪聲。第三個階段，托輥的溫度由于軸承的長時間摩擦而開始升高。托輥故障會影響整個系統(tǒng)的作業(yè)進度，同時還存在巨大的安全隱患?；诖耍枰獙魉蛶У耐休佭M行故障監(jiān)測，從而及時發(fā)現(xiàn)故障并解決故障，保證傳送帶系統(tǒng)正常工作。

2、在相關技術中，常用預防性維護措施對托輥進行例行檢查。比如，技術人員沿著傳送帶檢查各個托輥是否存在由于故障而產(chǎn)生的噪聲，或者使用熱成像儀檢查各個托輥是否由于故障而溫度過高。目前還可以采用分布式光纖傳感器以在線監(jiān)測的方式來實時檢測各個托輥是否故障。即，沿著傳送帶的方向在傳送帶的橫梁上鋪設一條光纖，該光纖是一種分布式光纖傳感器，通過分布式光纖傳感器來實時監(jiān)測托輥是否異常。其中，托輥位于橫梁下方，托輥的支撐框架(簡稱為支架)與橫梁相連接。分布式光纖傳感器主要有兩種，一種是分布式溫度傳感器(distributed?temperature?sensor，dts)，另一種是分布式聲波傳感器(distributed?acoustic?sensor，das)。dts能夠?qū)饫w周圍的溫度進行監(jiān)測，基于光纖周圍的溫度得到光纖旁托輥的溫度。在采用das的方案中，當某個托輥發(fā)生故障時，該托輥的振動通過支架傳導到橫梁上，橫梁的振動會引起光纖的振動。das能夠?qū)饫w受到的振動進行監(jiān)測，進而該方案能夠基于光纖的振動來判斷光纖旁的托輥是否由于故障而振動。

3、然而，人工檢查的方式較難準確定位噪聲，且比較耗時，難以及時發(fā)現(xiàn)故障的托輥，這對于長距離的傳送帶系統(tǒng)來講，安全性也不夠。采用dts的方案難以發(fā)現(xiàn)托輥的早期故障。在采用das的方案中，故障托輥的振動在傳導過程中會衰減，從而影響監(jiān)測效果。另外，在橫梁上傳導的振動會波及較長一段光纖，甚至波及整條光纖，這將很難對故障的托輥進行精確定位。

技術實現(xiàn)思路

1、本技術提供了一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法、系統(tǒng)及相關裝置，能夠?qū)魉蛶У母鱾€托輥進行故障監(jiān)測，精準定位故障，且及時發(fā)現(xiàn)每個托輥的早期故障。所述技術方案如下：

2、第一方面，提供了一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法，該傳送帶由多個托輥支撐，每個托輥具有一個支架，該方法應用于故障監(jiān)測系統(tǒng)，該故障監(jiān)測系統(tǒng)包括弱光纖光柵陣列、多個加速度計和信號處理子系統(tǒng)；該多個加速度計分別安裝在該多個托輥的支架上，弱光纖光柵陣列沿著傳送帶的方向分布，且每個加速度計上纏繞有弱光纖光柵陣列中相鄰兩個弱光纖光柵之間的部分光纖；加速度計用于在相應托輥產(chǎn)生振動的情況下產(chǎn)生徑向膨脹，通過徑向膨脹引起纏繞在加速度計上的光纖中的光信號產(chǎn)生相移；

3、該方法包括：信號處理子系統(tǒng)產(chǎn)生探測光，將探測光傳輸至弱光纖光柵陣列；信號處理子系統(tǒng)采集第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光，第一加速度計為該多個加速度計中的任意一個；信號處理子系統(tǒng)確定所采集的兩個反射光之間的相位差，基于該相位差，確定第一加速度計的振動信號；信號處理子系統(tǒng)基于該振動信號，確定第一托輥的故障情況，第一托輥為該多個托輥中與第一加速度計對應的托輥。

4、由于每個托輥的支架上安裝有一個加速度計，這樣能夠基于各個加速度計的振動信號準確獲知是哪個托輥發(fā)生了故障，即準確定位故障。此外，每個加速度計上纏繞有弱光纖光柵陣列中相鄰兩個弱光纖光柵之間的部分光纖，在托輥產(chǎn)生振動的情況下，相應加速度計產(chǎn)生徑向膨脹，通過徑向膨脹引起纏繞在該加速度計上的光纖中的光信號產(chǎn)生相移，進而基于相鄰兩個弱光纖光柵的反射光之間的相位差，來確定相應加速度計的振動信號。這樣能夠基于加速度計的振動信號發(fā)現(xiàn)每個托輥的早期故障。其中，由于本技術的光纖中刻有弱光纖光柵，弱光纖光柵能夠抑制反射光的衰減，因此，不僅基于采集的反射光能夠測量出加速度計上的輕微振動，從而及時發(fā)現(xiàn)托輥的早期故障，同時還能夠通過一根光纖監(jiān)測較長一段距離的傳送帶的托輥故障情況，成本低，性能良好，且系統(tǒng)復用性高。

5、可選地，信號處理子系統(tǒng)包括依次連接的激光器、第一耦合器、第一信號處理單元和環(huán)形器，其中，環(huán)形器的第一端口與第一信號處理單元相連，環(huán)形器的第二端口與弱光纖光柵陣列相連；

6、信號處理子系統(tǒng)產(chǎn)生探測光，并將探測光傳輸至弱光纖光柵陣列，包括：激光器產(chǎn)生激光信號，并將該激光信號輸出至第一耦合器；第一耦合器基于該激光信號，生成一路探測光，將該探測光輸出至第一信號處理單元；第一信號處理單元對該探測光進行調(diào)制放大濾波處理后輸出至環(huán)形器的第一端口；環(huán)形器通過第二端口將接收到的探測光輸出至弱光纖光柵陣列；

7、信號處理子系統(tǒng)采集第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光，包括：環(huán)形器通過第二端口接收第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光。

8、可選地，信號處理子系統(tǒng)還包括依次連接的第二信號處理單元、第二耦合器和第三信號處理單元，第二耦合器還與第一耦合器相連，環(huán)形器的第三端口與第二信號處理單元相連；

9、信號處理子系統(tǒng)確定所采集的兩個反射光之間的相位差，包括：環(huán)形器通過第三端口將所采集的兩個反射光輸出至第二信號處理單元；第二信號處理單元對這兩個反射光進行放大濾波處理后輸出至第二耦合器；第一耦合器基于激光信號，生成一路本振光，將本振光輸出至第二耦合器；第二耦合器將接收到的兩個反射光分別與本振光進行拍頻，將拍頻后得到的兩個光信號輸出至第三信號處理單元；第三信號處理單元對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及數(shù)字信號處理，得到這兩個反射光的相位；第三信號處理單元對這兩個反射光的相位進行差分，得到這兩個反射光之間的相位差。

10、可選地，第三信號處理單元對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及數(shù)字信號處理，得到這兩個反射光的相位，包括：第三信號處理單元對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及采樣，得到兩個數(shù)字信號；第三信號處理單元對這兩個數(shù)字信號進行解調(diào)，得到這兩個反射光的相位。

11、可選地，信號處理子系統(tǒng)基于該相位差，確定第一加速度計的振動信號，包括：信號處理子系統(tǒng)基于相位差與振動測量靈敏度，確定第一加速度計的振動信號，振動測量靈敏度指示加速度計在未發(fā)生異常振動的情況下所引起的光纖內(nèi)光信號的相移。

12、可選地，信號處理子系統(tǒng)基于該振動信號，確定第一托輥的故障情況，包括：信號處理子系統(tǒng)對該振動信號進行時頻變換，得到頻域信號；信號處理子系統(tǒng)對該頻域信號進行頻率特征分析，得到第一托輥的故障情況。

13、可選地，上述激光器為窄帶寬激光器。

14、可選地，加速度計包括慣性質(zhì)量塊、振動換能器和基座，振動換能器夾在慣性質(zhì)量塊與基座之間，光纖纏繞在振動換能器上，慣性質(zhì)量塊的一面接觸支架，另一面接觸振動換能器。

15、可選地，慣性質(zhì)量塊的質(zhì)量大于第一閾值，振動換能器的楊氏模量小于第二閾值。

16、可選地，振動換能器采用聚氨酯材料，和/或，慣性質(zhì)量塊采用不銹鋼材料。

17、也即是，慣性質(zhì)量塊采用質(zhì)量較大的材料，以便于將振動信號的能量集中在振動換能器上。振動換能器采用楊氏模量較小的材料，以便于在受到擠壓時產(chǎn)生徑向膨脹。

18、第二方面，還提供了一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測系統(tǒng)，該傳送帶由多個托輥支撐，每個托輥具有一個支架，該故障監(jiān)測系統(tǒng)包括弱光纖光柵陣列、多個加速度計和信號處理子系統(tǒng)；該多個加速度計分別安裝在該多個托輥的支架上，弱光纖光柵陣列沿著傳送帶的方向分布，且每個加速度計上纏繞有弱光纖光柵陣列中相鄰兩個弱光纖光柵之間的部分光纖；加速度計用于在相應托輥產(chǎn)生振動的情況下引起纏繞在加速度計上的光纖中的光信號產(chǎn)生相移；

19、信號處理子系統(tǒng)用于產(chǎn)生探測光，將探測光傳輸至弱光纖光柵陣列；

20、信號處理子系統(tǒng)還用于采集第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光，第一加速度計為該多個加速度計中的任意一個；

21、信號處理子系統(tǒng)還用于確定所采集的兩個反射光之間的相位差，基于相位差，確定第一加速度計的振動信號；

22、信號處理子系統(tǒng)還用于基于該振動信號，確定第一托輥的故障情況，第一托輥為該多個托輥中與第一加速度計對應的托輥。

23、可選地，信號處理子系統(tǒng)包括依次連接的激光器、第一耦合器、第一信號處理單元和環(huán)形器，其中，環(huán)形器的第一端口與第一信號處理單元相連，環(huán)形器的第二端口與弱光纖光柵陣列相連；

24、激光器用于產(chǎn)生激光信號，并將該激光信號輸出至第一耦合器；

25、第一耦合器用于基于該激光信號，生成一路探測光，將該探測光輸出至第一信號處理單元；

26、第一信號處理單元用于對該探測光進行調(diào)制放大濾波處理后輸出至環(huán)形器的第一端口；

27、環(huán)形器用于通過第二端口將接收到的探測光輸出至弱光纖光柵陣列，以及通過第二端口接收第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光。

28、可選地，信號處理子系統(tǒng)還包括依次連接的第二信號處理單元、第二耦合器和第三信號處理單元，第二耦合器還與第一耦合器相連，環(huán)形器的第三端口與第二信號處理單元相連；

29、環(huán)形器用于通過第三端口將所采集的兩個反射光輸出至第二信號處理單元；

30、第二信號處理單元用于對這兩個反射光進行放大濾波處理后輸出至第二耦合器；

31、第一耦合器還用于基于該激光信號，生成一路本振光，將該本振光輸出至第二耦合器；

32、第二耦合器用于將接收到的兩個反射光分別與本振光進行拍頻，將拍頻后得到的兩個光信號輸出至第三信號處理單元；

33、第三信號處理單元用于對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及數(shù)字信號處理，得到這兩個反射光的相位，以及對這兩個反射光的相位進行差分，得到這兩個反射光之間的相位差。

34、可選地，第三信號處理單元具體用于對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及采樣，得到兩個數(shù)字信號，以及對這兩個數(shù)字信號進行解調(diào)，得到這兩個反射光的相位。

35、可選地，信號處理子系統(tǒng)具體用于基于該相位差與振動測量靈敏度，確定第一加速度計的振動信號，振動測量靈敏度指示加速度計在未發(fā)生異常振動的情況下所引起的光纖內(nèi)光信號的相移。

36、可選地，信號處理子系統(tǒng)具體用于對該振動信號進行時頻變換，得到頻域信號，以及對該頻域信號進行頻率特征分析，得到第一托輥的故障情況。

37、可選地，上述激光器為窄帶寬激光器。

38、可選地，加速度計包括慣性質(zhì)量塊、振動換能器和基座，振動換能器夾在慣性質(zhì)量塊與基座之間，光纖纏繞在振動換能器上，慣性質(zhì)量塊的一面接觸支架，另一面接觸振動換能器。

39、可選地，慣性質(zhì)量塊的質(zhì)量大于第一閾值，振動換能器的楊氏模量小于第二閾值。

40、可選地，振動換能器采用聚氨酯材料，和/或，慣性質(zhì)量塊采用不銹鋼材料。

41、第三方面，提供了一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測裝置，所述托輥故障監(jiān)測裝置具有實現(xiàn)上述第一方面中傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法行為的功能。所述托輥故障監(jiān)測裝置包括一個或多個模塊，該一個或多個模塊用于實現(xiàn)上述第一方面所提供的傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法。

42、也即是，提供了一種傳送帶的托輥故障監(jiān)測裝置，該傳送帶由多個托輥支撐，每個托輥具有一個支架，該裝置應用于故障監(jiān)測系統(tǒng)中的信號處理子系統(tǒng)，該故障監(jiān)測系統(tǒng)還包括弱光纖光柵陣列和多個加速度計；該多個加速度計分別安裝在該多個托輥的支架上，弱光纖光柵陣列沿著傳送帶的方向分布，且每個加速度計上纏繞有弱光纖光柵陣列中相鄰兩個弱光纖光柵之間的部分光纖；加速度計用于在相應托輥產(chǎn)生振動的情況下產(chǎn)生徑向膨脹，通過徑向膨脹引起纏繞在加速度計上的光纖中的光信號產(chǎn)生相移；

43、該裝置包括：

44、光探測模塊，用于產(chǎn)生探測光，將探測光傳輸至弱光纖光柵陣列；

45、反射光采集模塊，用于采集第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光，第一加速度計為該多個加速度計中的任意一個；

46、第一確定模塊，用于確定所采集的兩個反射光之間的相位差，基于該相位差，確定第一加速度計的振動信號；

47、第二確定模塊，用于基于該振動信號，確定第一托輥的故障情況，第一托輥為多個托輥中與第一加速度計對應的托輥。

48、可選地，信號處理子系統(tǒng)包括依次連接的激光器、第一耦合器、第一信號處理單元和環(huán)形器，其中，環(huán)形器的第一端口與第一信號處理單元相連，環(huán)形器的第二端口與弱光纖光柵陣列相連；

49、光探測模塊用于通過激光器產(chǎn)生激光信號，并將該激光信號輸出至第一耦合器；通過第一耦合器基于該激光信號，生成一路探測光，將該探測光輸出至第一信號處理單元；通過第一信號處理單元對該探測光進行調(diào)制放大濾波處理后輸出至環(huán)形器的第一端口；通過環(huán)形器的第二端口將接收到的探測光輸出至弱光纖光柵陣列；

50、反射光采集模塊用于通過環(huán)形器的第二端口接收第一加速度計兩側相鄰兩個弱光纖光柵的反射光。

51、可選地，信號處理子系統(tǒng)還包括依次連接的第二信號處理單元、第二耦合器和第三信號處理單元，第二耦合器還與第一耦合器相連，環(huán)形器的第三端口與第二信號處理單元相連；

52、第一確定模塊用于通過環(huán)形器的第三端口將所采集的兩個反射光輸出至第二信號處理單元；通過第二信號處理單元對這兩個反射光進行放大濾波處理后輸出至第二耦合器；通過第一耦合器基于該激光信號，生成一路本振光，將該本振光輸出至第二耦合器；通過第二耦合器將接收到的兩個反射光分別與本振光進行拍頻，將拍頻后得到的兩個光信號輸出至第三信號處理單元；通過第三信號處理單元對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及數(shù)字信號處理，得到這兩個反射光的相位；通過第三信號處理單元對這兩個反射光的相位進行差分，得到這兩個反射光之間的相位差。

53、可選地，第一確定模塊具體用于：

54、通過第三信號處理單元對接收到的兩個光信號進行光電轉換以及采樣，得到兩個數(shù)字信號；

55、通過第三信號處理單元對這兩個數(shù)字信號進行解調(diào)，得到這兩個反射光的相位。

56、可選地，第一確定模塊具體用于：

57、通過信號處理子系統(tǒng)基于相位差與振動測量靈敏度，確定第一加速度計的振動信號，振動測量靈敏度指示加速度計在未發(fā)生異常振動的情況下所引起的光纖內(nèi)光信號的相移。

58、可選地，第二確定模塊具體用于：

59、通過信號處理子系統(tǒng)對該振動信號進行時頻變換，得到頻域信號；

60、通過信號處理子系統(tǒng)對該頻域信號進行頻率特征分析，得到第一托輥的故障情況。

61、可選地，上述激光器為窄帶寬激光器。

62、可選地，加速度計包括慣性質(zhì)量塊、振動換能器和基座，振動換能器夾在慣性質(zhì)量塊與基座之間，光纖纏繞在振動換能器上，慣性質(zhì)量塊的一面接觸支架，另一面接觸振動換能器。

63、可選地，慣性質(zhì)量塊的質(zhì)量大于第一閾值，振動換能器的楊氏模量小于第二閾值。

64、可選地，振動換能器采用聚氨酯材料，和/或，慣性質(zhì)量塊采用不銹鋼材料。

65、第四方面，提供了一種信號處理設備，所述信號處理設備包括處理器和存儲器，所述存儲器用于存儲執(zhí)行上述第一方面所提供的傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法的程序，以及存儲用于實現(xiàn)上述第一方面所提供的傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法所涉及的數(shù)據(jù)。所述處理器被配置為用于執(zhí)行所述存儲器中存儲的程序。所述信號處理設備還可以包括通信總線，該通信總線用于該處理器與存儲器之間建立連接。

66、第五方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，所述計算機可讀存儲介質(zhì)中存儲有指令，當其在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行上述第一方面所述的傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法。

67、第六方面，提供了一種包含指令的計算機程序產(chǎn)品，當其在計算機上運行時，使得計算機執(zhí)行上述第一方面所述的傳送帶的托輥故障監(jiān)測方法。

68、上述第二方面、第三方面、第四方面、第五方面和第六方面所獲得的技術效果與第一方面中對應的技術手段獲得的技術效果近似，在這里不再贅述。