礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的是提出一種新型礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，用以解決掘進機等施工設備操作人員需要脫離危險環(huán)境、遠距離遙控操作設備時無法準確掌握水平儀反映的水平及水平傾斜角度等問題。本實用新型可適用于井下工作環(huán)境，對待測平面的傾斜角度信號和傾斜方位信息實時提取，無線直接傳輸至顯示設備，解決了井下巷道掘進時，司機遠離危險環(huán)境，遠程操控掘進機水平掘進的問題，適用于各類工業(yè)現(xiàn)場，為井下的自動化控制中水平監(jiān)控提供了一種新的監(jiān)控儀器。
【專利說明】礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本產品涉及一種煤礦礦井無線傳輸?shù)乃絻x的監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其適用于井下巷道掘進機(或掘錨機、連采機)水平掘進的監(jiān)控。
【背景技術】
[0002]隨著煤炭采掘自動化水平越來越高，在煤礦井下綜采工作面中，對采煤設備的狀態(tài)監(jiān)測與掌控已成為國內現(xiàn)代化煤礦的迫切需求。目前，可供井下使用的水平監(jiān)控儀器，依靠觀察水平尺中心空氣泡是否在其中心位置，來確定被測物體平面是否達到了水平。需要遠距離觀看時，工作人員無法看清被測物體平面是否達到了水平及水平傾斜角度，不能為操作人員提供準確的數(shù)據(jù)。
[0003]目前，井下水平掘進時水平的監(jiān)測，僅能依靠人工監(jiān)視安裝在掘進機等設備上的水平儀來進行。依靠人眼觀察水平儀上水平尺中心空氣泡是否在其中心位置，來確定掘進平面是否達到了水平。隨著井下自動化技術的發(fā)展及為了提高施工人員安全而提出的井下無人值守先進工作理念的發(fā)展，這種舊式的水平儀監(jiān)測方式無法滿足工作人員遠距離操作掘進機等設備時的水平監(jiān)測，因為當工人遠距離操作掘進機時，工作人員無法看清掘進機掘進平面是否達到了水平及水平傾斜角度，無法掌握掘進過程中的水平傾斜角度，不能為操作人員提供準確的數(shù)據(jù)。
實用新型內容
[0004]本實用新型是鑒于上述技術問題而產生的。本實用新型的目的是提出一種新型礦用無線水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，用以解決掘進機等施工設備操作人員需要脫離危險環(huán)境、遠距離遙控操作設備時無法準確掌握水平儀反映的水平及水平傾斜角度等問題。
[0005]礦用無線水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，采用密封電子水平儀、密閉防塵外殼、攝像機、光學補償設備、視頻服務器、無線發(fā)射裝置，無線接收裝置和顯示裝置；水平儀固定安裝于防塵外殼內部，攝像機的鏡頭和光學補償設備對準水平儀刻度，垂直于水平儀安裝方向固定安裝于防塵外殼內部，便于實時采集水平儀的圖像信息，同時防塵外殼內部還固定安裝有視頻服務器和無線發(fā)送裝置；防塵外殼通常采用鋼結構，同時外殼上開有兩個喇叭口，供電源線進入及引出無線發(fā)送裝置的天線，傳輸視頻信息；施工人員遠距離操作處安裝無線接收裝置及顯示裝置。
[0006]根據(jù)本實用新型的一個方面，光學補償設備米用補光燈，根據(jù)防塵外殼內的光亮度安裝合適光亮度的補光燈，以滿足攝像機能清晰采集到水平儀上的刻度。
[0007]根據(jù)本實用新型的一個方面，攝像機安裝時要保證能對焦于水平儀上的刻度，滿足拍攝距尚。
[0008]根據(jù)本實用新型的一個方面，無線發(fā)射裝置和無線接收裝置之間，采用無線wifi的通信方式。
[0009]根據(jù)本實用新型的一個方面，具有水平儀的密閉防塵外殼安裝固定于掘進機上，并且滿足掘進機在水平地面上防塵外殼內部的水平儀在X軸方向上為水平狀態(tài)。
[0010]根據(jù)本實用新型的一個方面，防塵外殼采用滿足防爆安全標準的結構。
[0011]本實用新型還提出了一種礦用水平儀監(jiān)測方法，包括如下步驟:將水平儀固定安裝于一防塵外殼內部；將一攝像機的鏡頭和光學補償設備對準水平儀刻度，垂直于水平儀安裝方向固定安裝于防塵外殼內部，便于實時采集水平儀的圖像信息；在防塵外殼內部固定安裝視頻服務器和無線發(fā)射裝置；在防塵外殼開兩個喇叭口，供電源線進入及引出無線發(fā)射裝置的天線，傳輸視頻信息；施工人員在遠端顯示裝置上觀測水平儀的狀態(tài)。
[0012]根據(jù)本實用新型的一個方面，將具有水平儀的密閉防塵外殼安裝固定于掘進機上，并且滿足掘進機在水平地面上防塵外殼內部的水平儀在X軸方向上為水平狀態(tài)。
[0013]根據(jù)本實用新型的一個方面，采用滿足防爆安全標準的防塵外殼。
[0014]根據(jù)本實用新型的一個方面，根據(jù)防塵外殼內的光亮度安裝合適光亮度的補光燈，以滿足攝像機能清晰采集到水平儀上的刻度。
[0015]礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，解決掘進機司機需要擺脫危險環(huán)境、遠距離遙控操作掘進機時無法提供準確的水平傾斜角度等問題。使用密封電子水平儀，采用防爆外殼，結合無線傳輸技術與圖像采集技術，實時地顯示設備的水平角度，為操作人員提供可靠的數(shù)據(jù)。
[0016]礦用水平監(jiān)測系統(tǒng)，為了能夠全方位地測出被監(jiān)控面的偏轉角和主偏轉方位角，采用相位法監(jiān)控水平與垂直方向的水平傾斜度，將監(jiān)控系統(tǒng)密封在防爆殼中，保證監(jiān)控圖像的清晰。水平儀標尺的條碼象經攝像機、光學補償零件，采集水平儀的水平與垂直方向的傾斜度，將采集到的視頻數(shù)據(jù)通過無線傳輸裝置傳送至顯示裝置。
[0017]水平儀由于受重力的作用，其空心泡顯示在不同的刻度位置，通過攝像機，與補光器，將水平儀的刻度清的錄制，傳輸至視頻服務器，通過無線傳輸方式傳送至顯示裝置。
[0018]在重力的作用下，當水平儀發(fā)生微小傾斜時，水平儀在的空心水泡顯示至對應的刻度，密封件里面的攝像裝置實時拍攝到水平儀的水平傾斜度，通過無線傳輸裝置，在顯示設備上清晰的顯示水平與垂直方向的傾斜角度。
[0019]該水平儀可適用于井下工作環(huán)境，對待測平面的傾斜角度信號和傾斜方位信息實時提取，無線直接傳輸至上位機，解決了井下巷道掘進時，司機遠離危險環(huán)境，遠程操控掘進機水平掘進的問題，適用于各類工業(yè)現(xiàn)場，為井下的自動化控制中水平監(jiān)控提供了一種新的監(jiān)控儀器，可方便的實現(xiàn)智能平臺水平保持控制，是一種很有推廣前途的現(xiàn)代監(jiān)控控制儀器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]結合隨后的附圖，從下面的詳細說明中可顯而易見的得出本實用新型的上述及其他目的、特征及優(yōu)點。在附圖中:
[0021]圖1示出了采用本實用新型的礦用無線水平儀監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖；
[0022]圖2示出了根據(jù)本實用新型的系統(tǒng)防塵外殼結構示意圖；
[0023]圖3示出了根據(jù)本實用新型實施例的無線發(fā)射裝置框圖；
[0024]圖4示出了根據(jù)本實用新型實施例的無線接收裝置框圖；
[0025]圖5示出了根據(jù)本實用新型實施例的調制解調器框圖。
[0026]1-水平儀，2-防塵外殼，3-光學補償設備，4-攝像機，5-電源線，6_天線?！揪唧w實施方式】
[0027]為了更全面地理解本實用新型及其優(yōu)點，下面結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步詳細地說明。
[0028]使用時將內含設備的防塵外殼固定于掘進機、掘錨機、連采機等需要監(jiān)測水平儀的設備上，根據(jù)施工監(jiān)測需要固定安裝，如:以監(jiān)測掘進機為例，當需要監(jiān)測掘進機掘進過程中X軸方向水平及水平傾斜角度時，將系統(tǒng)安裝固定于掘進機上，并且滿足掘進機在水平地面上防塵外殼內部的水平儀在X軸方向上為水平狀態(tài)，這種安裝方式是為了減少水平儀的監(jiān)測誤差。當需要同時監(jiān)測掘進機掘進過程中Z軸的水平偏轉角度時，就再在掘進機上固定安裝一個礦用無線水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，安裝時滿足防塵外殼內部的水平儀在Z軸方向保持水平，攝像機讀取水平儀上的偏轉刻度，通過無線傳輸將視頻內容發(fā)送至遠程施工人員處得顯示裝置上，施工人員從顯示裝置上讀取掘進機上水平儀的事實數(shù)據(jù)，掌握掘進方向，避免施工危險及快速準確的推進施工進度。
[0029]密閉防塵外殼起到防止井下粉塵的污染對水平儀及攝像機的損害，根據(jù)不同井下環(huán)境防塵外殼可以有不同的材質和結構，其內部的光學補償設備是為攝像機提供照明，便于攝像機能采集到清晰的視頻數(shù)據(jù)。當在爆炸性氣體環(huán)境施工時，防塵外殼還可以采用滿足防爆安全標準的結構，進一步保證井下施工作業(yè)的安全。
[0030]光學補償設備一般米用補光燈，根據(jù)防塵外殼內的光亮度安裝合適光亮度的補光燈，以滿足攝像機能清晰采集到水平儀上的刻度。攝像機安裝時要保證能對焦于水平儀上的刻度，滿足拍攝距離。
[0031]無線發(fā)射裝置、無線接收裝置，可以采用無線wifi的通信方式，通過無線wifi技術發(fā)射和接收視頻數(shù)據(jù)。根據(jù)需要，還可以將視頻數(shù)據(jù)通過工業(yè)以太網傳輸至地面等需要監(jiān)測信息的地方顯示。
[0032]由于數(shù)字信號處理技術和集成電路技術的飛速發(fā)展，正交頻分復用(OFDM)技術的系統(tǒng)實現(xiàn)變得越來越容易。因OFDM多載波傳輸技術具有結構簡單，頻譜利用率高，可以抗頻率選擇性和信道時變等諸多優(yōu)點而倍受大家的關注并得到深入的研究和在Xdsl、寬帶移動通信、寬帶無線局域網、數(shù)字電視移動數(shù)字廣播等諸多領域中的廣泛應用。本實用新型中的無線發(fā)射裝置和無線接收裝置之間采用OFDM多載波傳輸技術來實現(xiàn)實時通信。以滿足無線水平儀的視頻信號傳輸過程中高數(shù)據(jù)率的傳輸需求。
[0033]根據(jù)本實用新型的一個方面，在無線發(fā)射裝置中，首先通過一信號轉換模塊將攝像機采集的視頻信號轉換成比特流，利用反饋移位寄存器產生的擾碼序列進行加擾處理以形成輸入數(shù)據(jù)比特流；通過一個FFT變換模塊，所述輸入數(shù)據(jù)比特流經碼元調制與碼元旋轉后在頻域上形成FFT數(shù)據(jù)塊，F(xiàn)FT表示快速離散傅立葉變換，F(xiàn)FT數(shù)據(jù)塊的長度為K ;碼元調制為QPSK、16QAM、64QAM和256QAM中的一種，碼元調制的碼元星座圖映射方式采用格雷碼映射；碼元旋轉通過對碼元星座圖旋轉一定角度而實現(xiàn)，QPSK的碼元星座圖旋轉角度為22.5度，16QAM的碼元星座圖旋轉角度為11.25度，64QAM的碼元星座圖旋轉角度為5.626度，256QAM的碼元星座圖旋轉角度為2.8125度；然后，無線發(fā)射裝置中的一 IFFT變換模塊采用IFFT將FFT數(shù)據(jù)塊變換為時域離散數(shù)據(jù)樣值塊，IFFT表示快速離散傅立葉反變換；無線發(fā)射裝置按順序將時域離散數(shù)據(jù)樣值塊平分成兩塊，時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊Dl和時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊D2 ;成幀模塊在前述時域離散數(shù)據(jù)樣值字塊Dl和時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊D2前面插入循環(huán)前綴，在后面插入結尾標志，以形成信號幀，循環(huán)前綴的長度為C，C可以為1、2、4、6個比特，結尾標志的長度為K，K可以為4比特或者6比特；變頻模塊將前述信號幀變頻到載波OFDM多載波上形成射頻信號發(fā)送給無線接收裝置。
[0034]無線接收裝置接收到無線發(fā)射裝置發(fā)送的射頻信號后，利用下變頻模塊將所述射頻信號下變頻形成基帶信號；解析模塊利用信號幀的循環(huán)前綴特性和信號幀的結構特性對基帶信號進行解析處理，解析出時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊Dl和時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊D2 ;解調和解碼模塊對時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊Dl和時域離散數(shù)據(jù)樣值子塊D2進行解調和解碼操作，所述解調和解碼操作對應于無線發(fā)射裝置中的IFFT變換操作、調制和編碼操作以及FFT變換操作，經過解調和解碼的數(shù)據(jù)信號發(fā)送給解擾碼模塊；解擾碼模塊對前述數(shù)據(jù)信號執(zhí)行去擾碼處理后，將處理后的數(shù)據(jù)信號轉換成視頻信號發(fā)送給顯示裝置。
[0035]顯示裝置可采用PC機和顯示屏幕，顯示屏幕上可以顯示多個礦用無線水平儀監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測畫面，施工人員可同時監(jiān)測多個方向上的水平儀數(shù)據(jù)，以掌握施工狀態(tài)。為礦井自動化發(fā)展、工人遠距離遙控操作施工提供了基站。
[0036]當無線發(fā)射裝置和/或無線接收裝置工作時，由于在晶體中的諸固有的差異引起在諸晶體振蕩器元件中的諸變化，所以每個裝置的載波頻率將是不同的。在發(fā)射機中，這導致發(fā)射信號發(fā)生頻偏。在一個無線電發(fā)射機的無線電-數(shù)據(jù)調制和/或解調器中，對于無線電-數(shù)據(jù)調制和/或解調器的用戶來說，載波頻率誤差引起數(shù)據(jù)誤差邊限的丟失，諸較高的位誤差率，這些都導致較多的數(shù)據(jù)幀被錯誤地發(fā)射出去，較多的再試和較慢的被覺察的吞吐量。
[0037]在無線接收裝置中，接收機的頻率和發(fā)射機的頻率之間的不匹配引起接收的解調的信號有一個DC偏壓偏置。頻率的不匹配可以由發(fā)射機，接收機或它們二者的組合的諸晶體振蕩器元件中的諸變化引起。在無線電接收機的無線電-數(shù)據(jù)調制解調器中，載波頻率和接收機的本地振蕩器頻率之間的不匹配，可能導致數(shù)據(jù)誤差邊限(error margin)的丟失，諸較高的位誤差率，它導致較多的數(shù)據(jù)幀被錯誤地發(fā)射出去，較多的再試和較慢的被覺察的吞吐量。
[0038]通常的調制很容易受到干擾信號或類似事物的影響，為了克服干擾對通信造成的影響，根據(jù)本實用新型的一個積分檢波接收方法(它檢測一個原始信號和一個其相位從原始信號的相位位移的信號之間的相位差)是可靠的，即使因干擾信號產生了振幅變化或頻率變化。因此，本實用新型以新的方式最小化了外部影響，并實現(xiàn)了高速通信，下面是具體的實現(xiàn)方式。
[0039]根據(jù)本實用新型的一個方面，無線發(fā)射裝置和/或無線接收裝置中可以采用專門設計的調制解調器來實現(xiàn)。當無線電調制解調器正在發(fā)射和/或接收諸信號時，可以應用頻率補償。在優(yōu)選實施例中，無線電調制解調器由三個主要的部件組成:一個微處理器，一個數(shù)字信號處理器DSP和包括一個天線的無線電設備。微處理器包括存儲器(即，在優(yōu)選實施例中，靜態(tài)的隨機存取存儲器(SRAM)和/或快閃存儲器和/或動態(tài)的隨機訪問存儲器(DRAM))和相關的電路，它負責和發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的其它的設備連接。它可以提供其它的諸功能，如緩沖；諸調制解調器管理功能；DSP配置和自檢或起動；無線電配置和自檢或起動；和消息傳送及協(xié)議管理。微處理器也能控制信道和頻率分配以及對頻率合成器或頻率發(fā)生器進行控制，頻率合成器或頻率發(fā)生器利用晶體管為信號的調制和解調提供在所需的諸頻率上的諸信號。微處理器也能提供協(xié)議堆棧的諸附加的層，如MAC(介質存取控制)層，和RD-LAP服務子層。
[0040]DSP對發(fā)射的諸信號進行編碼和載波頻率補償。DSP也可提供諸接收功能，包括對接收的諸信號進行解碼和載波頻率補償。在優(yōu)選的實施例中，DSP提供為對被發(fā)射的諸信號和被接收的諸信號進行載波頻率補償?shù)奶幚?。微處理器能夠幫助將諸DSP指令從非易失性存儲器加載到易失性或DSP存儲器，并且甚至能夠加載來自一個主機設備的諸指令。于是，能夠將諸DSP指令分配給任何用于攜帶諸軟件指令的介質。能夠將諸DSP指令存儲在裝在DSP內部的無線電調制解調器上的非易失性存儲器中，或存儲在諸存儲裝置，如R0M，EEPR0M,快閃存儲器或任何其它的可由DSP進行訪問的存儲裝置中。我們將在下面對DSP的諸功能進行詳細 的討論。
【權利要求】
1.一種礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于: 該礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)主要由密封電子水平儀、密閉防塵外殼、攝像機、光學補償設備、視頻服務器、無線發(fā)射裝置，無線接收裝置和顯示裝置組成； 水平儀固定安裝于防塵外殼內部，攝像機的鏡頭和光學補償設備對準水平儀刻度，垂直于水平儀安裝方向固定安裝于防塵外殼內部； 防塵外殼內部還固定安裝有視頻服務器和無線發(fā)送裝置； 防塵外殼采用鋼結構，同時外殼上開有兩個喇叭口，供電源線進入及引出無線發(fā)送裝置的天線，傳輸視頻信息； 無線接收裝置設置于施工人員遠距離操作處。
2.如權利要求1所述的礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:光學補償設備采用補光燈，根據(jù)防塵外殼內的光亮度安裝合適光亮度的補光燈，以滿足攝像機能清晰采集到水平儀上的刻度。
3.如權利要求1或2所述的礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:攝像機安裝時要保證能對焦于水平儀上的刻度，滿足拍攝距離。
4.如權利要求1或2所述的礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:無線發(fā)射裝置和無線接收裝置之間，采用無線wifi的通信方式。
5.如權利要求4所述的礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:具有水平儀的密閉防塵外殼安裝固定于掘進機上，并且滿足掘進機在水平地面上防塵外殼內部的水平儀在X軸方向上為水平狀態(tài)。
6.如權利要求1所述的礦用水平儀監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:防塵外殼采用滿足防爆安全標準的結構。
【文檔編號】H04N7/18GK203488214SQ201320543608
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月3日 優(yōu)先權日:2013年9月3日
【發(fā)明者】杜文卓, 高波, 賈華忠, 付國恩, 郭凱, 張志峰, 曹昱, 王煒, 樊旭艷 申請人:山西科達自控股份有限公司