CN107883985B - 一种重型刮板输送机过载在线监测装置及在线监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重型刮板输送机过载在线监测装置及在线监测方法，宽带光源发射的光线经过光纤耦合器后均分成六束，分别依次经过对应的光纤环形器、光纤在线起偏器后，每两束光线经相应的偏振合/分束器合束后进入相应相电线穿过的传感探头，经传感探头末端的反射膜反射后经相应的偏振合/分束器分束后，再依次经过对应的光纤在线起偏器、光纤环形器后进入相应的光电探测器，对监测同相电流的两个光电探测器进行正交信号解调，实现了对各相电流的监测，从而实现了对重型刮板输送机是否过载的在线监测。本发明抗干扰能力强、测量灵敏度高、测量精度及效率高。

Description

一种重型刮板输送机过载在线监测装置及在线监测方法
技术领域
本发明涉及一种在线监测装置及在线监测方法，具体是一种重型刮板输送机过载在线监测装置及在线监测方法，属于煤矿井下综采装备健康状态监测技术领域。
背景技术
我国具有丰富的煤炭资源，煤炭也是我国的主要消费能源和原料，在当前及未来一段时期内将一直占据主体能源地位。随着煤矿开采技术的进步，以及年产千万吨级矿井大采高综采工作面的迅速发展，为了有效提高煤炭开采效率、开采产量和开采安全性，各大型、特大型矿井将一井一面或一井两面、超长工作面、长走向、大采高作为主要开采方式，将日产量达到三万吨以上，年产千万吨以上作为生产目标。
刮板输送机是综采工作面的主要运输设备，担负着运煤的重任，刮板输送机能否安全、长期稳定地运行对整个综采工作面的开采效率和运输效率都有着至关重要的影响。为了满足“一矿、一井、一面”安全高效、年产千万吨矿井开采需要，年过煤量千万吨的重型刮板输送机已经成为国内外刮板输送机的发展趋势。
在实际煤炭开采过程中可以发现，由于煤量的控制不均，极易造成重型刮板输送机的过载现象，给转载皮带机造成严重负荷，甚至在极端情况下会引发后溜压死现象，给煤炭开采带来极大的安全隐患。为此，在煤炭开采期间，通常安排专人在开关站监视重型刮板输送机的工作电流变化情况，一旦发现过载情况，及时通知综采工作面的工作人员采取措施处理。显然，这种针对重型刮板输送机过载情况的人工监测手段存在效率不高、反馈滞后以及人力资源浪费等不足，在煤矿智能化、无人化的大背景下，综采工作面亟需一种行之有效的重型刮板输送机过载在线监测手段。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种重型刮板输送机过载在线监测装置及在线监测方法，无需人工监测，即可实现重型刮板输送机过载在线监测。本发明抗干扰能力强、测量灵敏度高、测量精度及效率高。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种重型刮板输送机过载在线监测装置，包括宽带光源、光纤耦合器、光纤环形器、光电探测器、光纤在线起偏器、偏振合/分束器和传感探头；
所述的宽带光源与光纤耦合器的端口二零连接；所述的光纤耦合器的端口二一与第一光纤环形器的端口三一一连接、端口二二与第二光纤环形器的端口三二一连接、端口二三与第三光纤环形器的端口三三一连接、端口二四与第四光纤环形器的端口三四一连接、端口二五与第五光纤环形器的端口三五一连接、端口二六与第六光纤环形器的端口三六一连接；端口二一、端口二二、端口二三、端口二四、端口二五、端口二六位于光纤耦合器的同一侧并与端口二零相对；
所述的第一光纤环形器的端口三一二与第一光纤在线起偏器的端口五一一连接、端口三一三与第一光电探测器的输入端连接，第一光纤环形器内光线的传输方向为端口三一一、端口三一二、端口三一三；所述的第二光纤环形器的端口三二二与第二光纤在线起偏器的端口五二一连接、端口三二三与第二光电探测器的输入端连接，第二光纤环形器内光线的传输方向为端口三二一、端口三二二、端口三二三；所述的第三光纤环形器的端口三三二与第三光纤在线起偏器的端口五三一连接、端口三三三与第三光电探测器的输入端连接，第三光纤环形器内光线的传输方向为端口三三一、端口三三二、端口三三三；所述的第四光纤环形器的端口三四二与第四光纤在线起偏器的端口五四一连接、端口三四三与第四光电探测器的输入端连接，第四光纤环形器内光线的传输方向为端口三四一、端口三四二、端口三四三；所述的第五光纤环形器的端口三五二与第五光纤在线起偏器的端口五五一连接、端口三五三与第五光电探测器的输入端连接，第五光纤环形器内光线的传输方向为端口三五一、端口三五二、端口三五三；所述的第六光纤环形器的端口三六二与第六光纤在线起偏器的端口五六一连接、端口三六三与第六光电探测器的输入端连接，第六光纤环形器内光线的传输方向为端口三六一、端口三六二、端口三六三；
所述的偏振合/分束器包括第一偏振合/分束器、第二偏振合/分束器、第三偏振合/分束器，所述的第一偏振合/分束器的端口六一一与第一光纤在线起偏器的端口五一二连接、端口六一二与第二光纤在线起偏器的端口五二二连接、端口六一三与第一传感探头连接，端口六一一、端口六一二在第一偏振合/分束器的同侧并与端口六一三相对；所述的第二偏振合/分束器的端口六二一与第三光纤在线起偏器的端口五三二连接、端口六二二与第四光纤在线起偏器的端口五四二连接、端口六二三与第二传感探头连接，端口六二一、端口六二二在第二偏振合/分束器的同侧并与端口六二三相对；所述的第三偏振合/分束器的端口六三一与第五光纤在线起偏器的端口五五二连接、端口六三二与第六光纤在线起偏器的端口五六二连接、端口六三三与第三传感探头连接，端口六三一、端口六三二在第三偏振合/分束器的同侧并与端口六三三相对；
所述的第一传感探头、第二传感探头和第三传感探头由末端镀有反射膜的圆偏振保持光纤绕制而成，重型刮板输送机链轮驱动电机的U相电线垂直穿过第一传感探头，重型刮板输送机链轮驱动电机的V相电线垂直穿过第二传感探头，重型刮板输送机链轮驱动电机的W相电线垂直穿过第三传感探头。
进一步的，所述的第一光纤在线起偏器的端口五一二的尾纤、第二光纤在线起偏器的端口五二二的尾纤、第三光纤在线起偏器的端口五三二的尾纤、第四光纤在线起偏器的端口五四二的尾纤、第五光纤在线起偏器的端口五五二的尾纤、第六光纤在线起偏器的端口五六二的尾纤、第一偏振合/分束器三个端口的尾纤、第二偏振合/分束器三个端口的尾纤及第三偏振合/分束器三个端口的尾纤均为保偏光纤，相应的保偏光纤进行连接时均为慢轴对准熔接；
进一步的，所述的第一光纤环形器、第二光纤环形器、第三光纤环形器、第四光纤环形器、第五光纤环形器和第六光纤环形器均为不可逆的三端口单模光纤环形器；
进一步的，所述的光纤耦合器为1×6单模光纤耦合器；
进一步的，所述的宽带光源的输出功率不小于10mW；
进一步的，所述的第一光纤在线起偏器、第二光纤在线起偏器、第三光纤在线起偏器、第四光纤在线起偏器、第五光纤在线起偏器和第六光纤在线起偏器的消光比不小于30dB；
进一步的，所述的第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、第四光电探测器、第五光电探测器和第六光电探测器的带宽不小于100kHz。
一种重型刮板输送机过载在线监测方法，包括如下步骤：
1)启动重型刮板输送机，使重型刮板输送机链轮驱动电机在综采工作面内工作，宽带光源开始输出光；宽带光源输出的光从端口二零进入到光纤耦合器并被均分成六束，其中：
从光纤耦合器的端口二一输出的光从端口三一一进入第一光纤环形器、并从端口三一二输出，然后从端口五一一进入第一光纤在线起偏器、并从端口五一二输出线偏振光；
从光纤耦合器的端口二二输出的光从端口三二一进入第二光纤环形器、并从端口三二二输出，然后从端口五二一进入第二光纤在线起偏器、并从端口五二二输出线偏振光；
从端口五一二输出的线偏振光和从端口五二二输出的线偏振光分别沿着端口六一一和端口六一二进入第一偏振合/分束器，并分别沿着端口六一三的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第一传感探头；
从光纤耦合器的端口二三输出的光从端口三三一进入第三光纤环形器、并从端口三三二输出，然后从端口五三一进入第三光纤在线起偏器、并从端口五三二输出线偏振光；
从光纤耦合器的端口二四输出的光从端口三四一进入第四光纤环形器、并从端口三四二输出，然后从端口五四一进入第四光纤在线起偏器、并从端口五四二输出线偏振光；
从端口五三二输出的线偏振光和从端口五四二输出的线偏振光分别沿着端口六二一和端口六二二进入第二偏振合/分束器，并分别沿着端口六二三的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第二传感探头；
从光纤耦合器的端口二五输出的光从端口三五一进入第五光纤环形器、并从端口三五二输出，然后从端口五五一进入第五光纤在线起偏器、并从端口五五二输出线偏振光；
从光纤耦合器的端口二六输出的光从端口三六一进入第六光纤环形器、并从端口三六二输出，然后从端口五六一进入第六光纤在线起偏器、并从端口五六二输出线偏振光；
从端口五五二输出的线偏振光和从端口五六二输出的线偏振光分别沿着端口六三一和端口六三二进入第三偏振合/分束器，并分别沿着端口六三三的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第三传感探头；
2)光电探测器进行信号采集：
重型刮板输送机链轮驱动电机的U相电流导通产生磁场，使进入第一传感探头内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第一传感探头的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六一三返回第一偏振合/分束器并分解成正交光束，并分别从端口六一一和端口六一二输出；两束正交光束分别通过端口五一二和端口五二二返回第一光纤在线起偏器和第二光纤在线起偏器，并分别从端口五一一和端口五二一输出；从端口五一一输出的光束从端口三一二进入第一光纤环形器、并从端口三一三输出进入第一光电探测器，从端口五二一输出的光束从端口三二二进入第二光纤环形器、并从端口三二三输出进入第二光电探测器；
重型刮板输送机链轮驱动电机的V相电流导通产生磁场，使进入第二传感探头内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第二传感探头的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六二三返回第二偏振合/分束器并分解成正交光束，并分别从端口六二一和端口六二二输出；两束正交光束分别通过端口五三二和端口五四二返回第三光纤在线起偏器和第四光纤在线起偏器，并分别从端口五三一和端口五四一输出；从端口五三一输出的光束从端口三三二进入第三光纤环形器、并从端口三三三输出进入第三光电探测器，从端口五四一输出的光束从端口三四二进入第四光纤环形器、并从端口三四三输出进入第四光电探测器；
重型刮板输送机链轮驱动电机的W相电流导通产生磁场，使进入第三传感探头内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第三传感探头的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六三三返回第三偏振合/分束器并分解成正交光束，并分别从端口六三一和端口六三二输出；两束正交光束分别通过端口五五二和端口五六二返回第五光纤在线起偏器和第六光纤在线起偏器，并分别从端口五五一和端口五六一输出；从端口五五一输出的光束从端口三五二进入第五光纤环形器、并从端口三五三输出进入第五光电探测器，从端口五六一输出的光束从端口三六二进入第六光纤环形器、并从端口三六三输出进入第六光电探测器；
3)对采集到的信号进行处理：
将第一光电探测器和第二光电探测器采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机的U相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机的U相电流的监测；
将第三光电探测器和第四光电探测器采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机的V相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机的V相电流的监测；
将第五光电探测器和第六光电探测器采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机的W相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机的W相电流的监测。
与现有技术相比，本发明的优点有：
(1)本发明将重型刮板输送机链轮驱动电机的各相电线穿过由末端镀有反射膜的圆偏振保持光纤绕制而成的传感探头，每两束原始光线经过光纤在线起偏器后输出的线偏振光再经过偏振合/分束器后进入相应的传感探头，在电线通电产生的磁场的作用下，线偏振光的偏振方向发生旋转，再经过偏振合/分束器返回光纤在线起偏器后，进入光电探测器，对相对应的两个光电探测器进行正交信号解调，实现了对各相电流的监测，从而实现了对重型刮板输送机是否过载的在线监测。
(2)本发明的监测元件基本上为光学元器件，避免了综采工作面内强电磁场的干扰，提高了监测灵敏度、精度寄效率，且易于操作。
(2)本发明无需人工监测，即可实现对重型刮板输送机是否过载的在线实时监测，为重型刮板输送机的健康运营提供了可靠保障，促进了重型刮板输送机智能化发展，对提高煤矿开采运输效率、降低煤炭开采成本具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的原理示意图；
图中：1、宽带光源，2、光纤耦合器，2-0、端口二零，2-1、端口二一，2-2、端口二二，2-3、端口二三，2-4、端口二四，2-5、端口二五，2-6、端口二六，3-1、第一光纤环形器，3-2、第二光纤环形器，3-3、第三光纤环形器，3-4、第四光纤环形器，3-5、第五光纤环形器，3-6、第六光纤环形器，311、端口三一一，312、端口三一二，313、端口三一三，321、端口三二一，322、端口三二二，323、端口三二三，331、端口三三一，332、端口三三二，333、端口三三三，341、端口三四一，342、端口三四二，343、端口三四三，351、端口三五一，352、端口三五二，353、端口三五三，361、端口三六一，362、端口三六二，363、端口三六三，4-1、第一光电探测器，4-2、第二光电探测器，4-3、第三光电探测器，4-4、第四光电探测器，4-5、第五光电探测器，4-6、第六光电探测器，5-1、第一光纤在线起偏器，5-2、第二光纤在线起偏器，5-3、第三光纤在线起偏器，5-4、第四光纤在线起偏器，5-5、第五光纤在线起偏器，5-6、第六光纤在线起偏器，511、端口五一一，512、端口五一二，521、端口五二一，522、端口五二二，531、端口五三一，532、端口五三二，541、端口五四一，542、端口五四二，551、端口五五一，552、端口五五二，561、端口五六一，562、端口五六二，6-1、第一偏振合/分束器，6-2、第二偏振合/分束器，6-3、第三偏振合/分束器，611、端口六一一，612、端口六一二，613、端口六一三，621、端口六二一，622、端口六二二，623、端口六二三，631、端口六三一，632、端口六三二，633、端口六三三，7-1、第一传感探头，7-2、第二传感探头，7-3、第三传感探头，8、重型刮板输送机链轮驱动电机。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步地描述。
如图1所示，一种重型刮板输送机过载在线监测装置，包括宽带光源1、光纤耦合器2、光纤环形器、光电探测器、光纤在线起偏器、偏振合/分束器和传感探头；
所述的宽带光源1与光纤耦合器2的端口二零2-0连接；所述的光纤耦合器2的端口二一2-1与第一光纤环形器3-1的端口三一一311连接、端口二二2-2与第二光纤环形器3-2的端口三二一321连接、端口二三2-3与第三光纤环形器3-3的端口三三一331连接、端口二四2-4与第四光纤环形器3-4的端口三四一341连接、端口二五2-5与第五光纤环形器3-5的端口三五一351连接、端口二六2-6与第六光纤环形器3-6的端口三六一361连接；端口二一2-1、端口二二2-2、端口二三2-3、端口二四2-4、端口二五2-5、端口二六2-6位于光纤耦合器2的同一侧并与端口二零2-0相对；
所述的第一光纤环形器3-1的端口三一二312与第一光纤在线起偏器5-1的端口五一一511连接、端口三一三313与第一光电探测器4-1的输入端连接，第一光纤环形器3-1内光线的传输方向为端口三一一311、端口三一二312、端口三一三313，即从端口三一一311输入的光束从端口三一二312输出、从端口三一二312输入的光束从端口三一三313输出；所述的第二光纤环形器3-2的端口三二二322与第二光纤在线起偏器5-2的端口五二一521连接、端口三二三323与第二光电探测器4-2的输入端连接，第二光纤环形器3-2内光线的传输方向为端口三二一321、端口三二二322、端口三二三323，即从端口三二一321输出的光束从端口三二二322输出、从端口三二二322输入的光束从端口三二三323输出；所述的第三光纤环形器3-3的端口三三二332与第三光纤在线起偏器5-3的端口五三一531连接、端口三三三333与第三光电探测器4-3的输入端连接，第三光纤环形器3-3内光线的传输方向为端口三三一331、端口三三二332、端口三三三333，即从端口三三一331输入的光束从端口三三二332输出、从端口三三二332输入的光束从端口三三三333输出；所述的第四光纤环形器3-4的端口三四二342与第四光纤在线起偏器5-4的端口五四一541连接、端口三四三343与第四光电探测器4-4的输入端连接，第四光纤环形器3-4内光线的传输方向为端口三四一341、端口三四二342、端口三四三343，即从端口三四一341输入的光束从端口三四二342输出、从端口三四二342输入的光束从端口三四三343输出；所述的第五光纤环形器3-5的端口三五二352与第五光纤在线起偏器5-5的端口五五一551连接、端口三五三353与第五光电探测器4-5的输入端连接，第五光纤环形器3-5内光线的传输方向为端口三五一351、端口三五二352、端口三五三353，即从端口三五一351输入的光束从端口三五二352输出、从端口三五二352输入的光束从端口三五三353输出；所述的第六光纤环形器3-6的端口三六二362与第六光纤在线起偏器5-6的端口五六一561连接、端口三六三363与第六光电探测器4-6的输入端连接，第六光纤环形器3-6内光线的传输方向为端口三六一361、端口三六二362、端口三六三363，即从端口三六一361输入的光束从端口三六二362输出、从端口三六二362输入的光束从端口三六三363输出；
所述的偏振合/分束器包括第一偏振合/分束器6-1、第二偏振合/分束器6-2、第三偏振合/分束器6-3，所述的第一偏振合/分束器6-1的端口六一一611与第一光纤在线起偏器5-1的端口五一二512连接、端口六一二612与第二光纤在线起偏器5-2的端口五二二522连接、端口六一三613与第一传感探头7-1连接，端口六一一611、端口六一二612在第一偏振合/分束器6-1的同侧并与端口六一三613相对；所述的第二偏振合/分束器6-2的端口六二一621与第三光纤在线起偏器5-3的端口五三二532连接、端口六二二622与第四光纤在线起偏器5-4的端口五四二542连接、端口六二三623与第二传感探头7-2连接，端口六二一621、端口六二二622在第二偏振合/分束器的同侧并与端口六二三623相对；所述的第三偏振合/分束器6-3的端口六三一631与第五光纤在线起偏器5-5的端口五五二552连接、端口六三二632与第六光纤在线起偏器5-6的端口五六二562连接、端口六三三633与第三传感探头7-3连接，端口六三一631、端口六三二632在第三偏振合/分束器的同侧并与端口六三三633相对；
所述的第一传感探头7-1、第二传感探头7-2和第三传感探头7-3由末端镀有反射膜的圆偏振保持光纤绕制而成，重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电线垂直穿过第一传感探头7-1，重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电线垂直穿过第二传感探头7-2，重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电线垂直穿过第三传感探头7-3。
所述的第一光纤在线起偏器5-1的端口五一二512的尾纤、第二光纤在线起偏器5-2的端口五二二522的尾纤、第三光纤在线起偏器5-3的端口五三二532的尾纤、第四光纤在线起偏器5-4的端口五四二542的尾纤、第五光纤在线起偏器5-5的端口五五二552的尾纤、第六光纤在线起偏器5-6的端口五六二562的尾纤、第一偏振合/分束器6-1三个端口的尾纤、第二偏振合/分束器6-2三个端口的尾纤及第三偏振合/分束器6-3三个端口的尾纤均为保偏光纤，相应的保偏光纤进行连接时均为慢轴对准熔接。采用保偏光纤，能够在远距离传输时，使光束保持线偏振光的状态，既便于对监测元件进行位置布置，又尽可能地保证了监测结果的准确性。
所述的第一光纤环形器3-1、第二光纤环形器3-2、第三光纤环形器3-3、第四光纤环形器3-4、第五光纤环形器3-5和第六光纤环形器3-6均为不可逆的三端口单模光纤环形器，光纤环形器的端口数与所需的端口数相对应，既能满足装置的性能要求，又能尽可能地节省成本。
所述的光纤耦合器2为1×6单模光纤耦合器，既能节省成本，又能避免端口过多对监测结果产生影响。
所述的宽带光源1的输出功率不小于10mW；所述的第一光纤在线起偏器5-1、第二光纤在线起偏器5-2、第三光纤在线起偏器5-3、第四光纤在线起偏器5-4、第五光纤在线起偏器5-5和第六光纤在线起偏器5-6的消光比不小于30dB；所述的第一光电探测器4-1、第二光电探测器4-2、第三光电探测器4-3、第四光电探测器4-4、第五光电探测器4-5和第六光电探测器4-6的带宽不小于100kHz；所述的重型刮板输送机链轮驱动电机8的装机功率不小于2400kW。采用上述技术参数的元件，得到的监测结果更为准确。
一种重型刮板输送机过载在线监测方法，步骤如下：
1)启动重型刮板输送机，使重型刮板输送机链轮驱动电机8在综采工作面内工作，宽带光源1开始输出光；宽带光源1输出的光从端口二零2-0进入到光纤耦合器2并被均分成六束，其中：
从光纤耦合器2的端口二一2-1输出的光从端口三一一311进入第一光纤环形器3-1、并从端口三一二312输出，然后从端口五一一511进入第一光纤在线起偏器5-1、并从端口五一二512输出线偏振光；
从光纤耦合器2的端口二二2-2输出的光从端口三二一321进入第二光纤环形器3-2、并从端口三二二322输出，然后从端口五二一521进入第二光纤在线起偏器5-2、并从端口五二二522输出线偏振光；
从端口五一二512输出的线偏振光和从端口五二二522输出的线偏振光分别沿着端口六一一611和端口六一二612进入第一偏振合/分束器6-1，并分别沿着端口六一三613的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第一传感探头7-1；
从光纤耦合器2的端口二三2-3输出的光从端口三三一331进入第三光纤环形器3-3、并从端口三三二332输出，然后从端口五三一531进入第三光纤在线起偏器5-3、并从端口五三二532输出线偏振光；
从光纤耦合器2的端口二四2-4输出的光从端口三四一341进入第四光纤环形器3-4、并从端口三四二342输出，然后从端口五四一541进入第四光纤在线起偏器5-4、并从端口五四二542输出线偏振光；
从端口五三二532输出的线偏振光和从端口五四二542输出的线偏振光分别沿着端口六二一621和端口六二二622进入第二偏振合/分束器6-2，并分别沿着端口六二三623的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第二传感探头7-2；
从光纤耦合器2的端口二五2-5输出的光从端口三五一351进入第五光纤环形器3-5、并从端口三五二352输出，然后从端口五五一551进入第五光纤在线起偏器5-5、并从端口五五二552输出线偏振光；
从光纤耦合器2的端口二六2-6输出的光从端口三六一361进入第六光纤环形器3-6、并从端口三六二362输出，然后从端口五六一561进入第六光纤在线起偏器5-6、并从端口五六二562输出线偏振光；
从端口五五二552输出的线偏振光和从端口五六二562输出的线偏振光分别沿着端口六三一631和端口六三二632进入第三偏振合/分束器6-3，并分别沿着端口六三三633的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第三传感探头7-3；
2)光电探测器进行信号采集：
重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流导通产生磁场，使进入第一传感探头7-1内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第一传感探头7-1的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六一三613返回第一偏振合/分束器6-1并分解成正交光束，并分别从端口六一一611和端口六一二612输出；两束正交光束分别通过端口五一二512和端口五二二522返回第一光纤在线起偏器5-1和第二光纤在线起偏器5-2，并分别从端口五一一511和端口五二一521输出；从端口五一一511输出的光束从端口三一二312进入第一光纤环形器3-1、并从端口三一三313输出进入第一光电探测器4-1，从端口五二一521输出的光束从端口三二二322进入第二光纤环形器3-2、并从端口三二三323输出进入第二光电探测器4-2；
重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流导通产生磁场，使进入第二传感探头7-2内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第二传感探头7-2的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六二三623返回第二偏振合/分束器6-2并分解成正交光束，并分别从端口六二一621和端口六二二622输出；两束正交光束分别通过端口五三二532和端口五四二542返回第三光纤在线起偏器5-3和第四光纤在线起偏器5-4，并分别从端口五三一531和端口五四一541输出；从端口五三一531输出的光束从端口三三二332进入第三光纤环形器3-3、并从端口三三三333输出进入第三光电探测器4-3，从端口五四一541输出的光束从端口三四二342进入第四光纤环形器3-4、并从端口三四三343输出进入第四光电探测器4-4；
重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流导通产生磁场，使进入第三传感探头7-3内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第三传感探头7-3的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六三三633返回第三偏振合/分束器6-3并分解成正交光束，并分别从端口六三一631和端口六三二632输出；两束正交光束分别通过端口五五二552和端口五六二562返回第五光纤在线起偏器5-5和第六光纤在线起偏器5-6，并分别从端口五五一551和端口五六一561输出；从端口五五一551输出的光束从端口三五二352进入第五光纤环形器3-5、并从端口三五三353输出进入第五光电探测器4-5，从端口五六一561输出的光束从端口三六二362进入第六光纤环形器3-6、并从端口三六三363输出进入第六光电探测器4-6；
3)对采集到的信号进行处理：
将第一光电探测器4-1和第二光电探测器4-2采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号(包含光的功率信息)进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流的监测；
第一光电探测器4-1和第二光电探测器4-2的正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流之间的映射关系可以通过标定及最小二乘法数据拟合获取，即：在实验室内模拟重型刮板输送机链轮驱动电机8正常工作状态测得一系列正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流相对应的数据并绘制曲线，用最小二乘法等数据拟合方法在所绘制的测量曲线上拟合出比例系数，在重型刮板输送机实际工作时，即可根据测得的第一光电探测器4-1和第二光电探测器4-2的正交解调信号得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的U相电流；
将第三光电探测器4-3和第四光电探测器4-4采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号(包含光的功率信息)进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流的监测；
第三光电探测器4-3和第四光电探测器4-4的正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流之间的映射关系可以通过标定及最小二乘法数据拟合获取，即：在实验室内模拟重型刮板输送机链轮驱动电机8正常工作状态测得一系列正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流相对应的数据并绘制曲线，用最小二乘法等数据拟合方法在所绘制的测量曲线上拟合出比例系数，在重型刮板输送机实际工作时，即可根据测得的第三光电探测器4-3和第四光电探测器4-4的正交解调信号得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的V相电流；
将第五光电探测器4-5和第六光电探测器4-6采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号(包含光的功率信息)进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流的监测；
第五光电探测器4-5和第六光电探测器4-6的正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流之间的映射关系可以通过标定及最小二乘法数据拟合获取，即：在实验室内模拟重型刮板输送机链轮驱动电机8正常工作状态测得一系列正交解调信号与重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流相对应的数据并绘制曲线，用最小二乘法等数据拟合方法在所绘制的测量曲线上拟合出比例系数，在重型刮板输送机实际工作时，即可根据测得的第五光电探测器4-3和第六光电探测器4-4的正交解调信号得到重型刮板输送机链轮驱动电机8的W相电流。
按照上述方法，利用重型刮板输送机过载与其工作电流紧密关联的特征，通过在线监测重型刮板输送机的工作电流即可实时映射重型刮板输送机的过载情况。

Claims (8)

1.一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征在于：包括宽带光源(1)、光纤耦合器(2)、光纤环形器、光电探测器、光纤在线起偏器、偏振合/分束器和传感探头；
所述的宽带光源(1)与光纤耦合器(2)的端口二零(2-0)连接；所述的光纤耦合器(2)的端口二一(2-1)与第一光纤环形器(3-1)的端口三一一(311)连接、端口二二(2-2)与第二光纤环形器(3-2)的端口三二一(321)连接、端口二三(2-3)与第三光纤环形器(3-3)的端口三三一(331)连接、端口二四(2-4)与第四光纤环形器(3-4)的端口三四一(341)连接、端口二五(2-5)与第五光纤环形器(3-5)的端口三五一(351)连接、端口二六(2-6)与第六光纤环形器(3-6)的端口三六一(361)连接；端口二一(2-1)、端口二二(2-2)、端口二三(2-3)、端口二四(2-4)、端口二五(2-5)、端口二六(2-6)位于光纤耦合器(2)的同一侧并与端口二零(2-0)相对；
所述的第一光纤环形器(3-1)的端口三一二(312)与第一光纤在线起偏器(5-1)的端口五一一(511)连接、端口三一三(313)与第一光电探测器(4-1)的输入端连接，第一光纤环形器(3-1)内光线的传输方向为端口三一一(311)、端口三一二(312)、端口三一三(313)；所述的第二光纤环形器(3-2)的端口三二二(322)与第二光纤在线起偏器(5-2)的端口五二一(521)连接、端口三二三(323)与第二光电探测器(4-2)的输入端连接，第二光纤环形器(3-2)内光线的传输方向为端口三二一(321)、端口三二二(322)、端口三二三(323)；所述的第三光纤环形器(3-3)的端口三三二(332)与第三光纤在线起偏器(5-3)的端口五三一(531)连接、端口三三三(333)与第三光电探测器(4-3)的输入端连接，第三光纤环形器(3-3)内光线的传输方向为端口三三一(331)、端口三三二(332)、端口三三三(333)；所述的第四光纤环形器(3-4)的端口三四二(342)与第四光纤在线起偏器(5-4)的端口五四一(541)连接、端口三四三(343)与第四光电探测器(4-4)的输入端连接，第四光纤环形器(3-4)内光线的传输方向为端口三四一(341)、端口三四二(342)、端口三四三(343)；所述的第五光纤环形器(3-5)的端口三五二(352)与第五光纤在线起偏器(5-5)的端口五五一(551)连接、端口三五三(353)与第五光电探测器(4-5)的输入端连接，第五光纤环形器(3-5)内光线的传输方向为端口三五一(351)、端口三五二(352)、端口三五三(353)；所述的第六光纤环形器(3-6)的端口三六二(362)与第六光纤在线起偏器(5-6)的端口五六一(561)连接、端口三六三(363)与第六光电探测器(4-6)的输入端连接，第六光纤环形器(3-6)内光线的传输方向为端口三六一(361)、端口三六二(362)、端口三六三(363)；
所述的偏振合/分束器包括第一偏振合/分束器(6-1)、第二偏振合/分束器(6-2)、第三偏振合/分束器(6-3)，所述的第一偏振合/分束器(6-1)的端口六一一(611)与第一光纤在线起偏器(5-1)的端口五一二(512)连接、端口六一二(612)与第二光纤在线起偏器(5-2)的端口五二二(522)连接、端口六一三(613)与第一传感探头(7-1)连接，端口六一一(611)、端口六一二(612)在第一偏振合/分束器(6-1)的同侧并与端口六一三(613)相对；所述的第二偏振合/分束器(6-2)的端口六二一(621)与第三光纤在线起偏器(5-3)的端口五三二(532)连接、端口六二二(622)与第四光纤在线起偏器(5-4)的端口五四二(542)连接、端口六二三(623)与第二传感探头(7-2)连接，端口六二一(621)、端口六二二(622)在第二偏振合/分束器的同侧并与端口六二三(623)相对；所述的第三偏振合/分束器(6-3)的端口六三一(631)与第五光纤在线起偏器(5-5)的端口五五二(552)连接、端口六三二(632)与第六光纤在线起偏器(5-6)的端口五六二(562)连接、端口六三三(633)与第三传感探头(7-3)连接，端口六三一(631)、端口六三二(632)在第三偏振合/分束器的同侧并与端口六三三(633)相对；
所述的第一传感探头(7-1)、第二传感探头(7-2)和第三传感探头(7-3)由末端镀有反射膜的圆偏振保持光纤绕制而成，重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的U相电线垂直穿过第一传感探头(7-1)，重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的V相电线垂直穿过第二传感探头(7-2)，重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的W相电线垂直穿过第三传感探头(7-3)。
2.根据权利要求1所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的第一光纤在线起偏器(5-1)的端口五一二(512)的尾纤、第二光纤在线起偏器(5-2)的端口五二二(522)的尾纤、第三光纤在线起偏器(5-3)的端口五三二(532)的尾纤、第四光纤在线起偏器(5-4)的端口五四二(542)的尾纤、第五光纤在线起偏器(5-5)的端口五五二(552)的尾纤、第六光纤在线起偏器(5-6)的端口五六二(562)的尾纤、第一偏振合/分束器(6-1)三个端口的尾纤、第二偏振合/分束器(6-2)三个端口的尾纤及第三偏振合/分束器(6-3)三个端口的尾纤均为保偏光纤，相应的保偏光纤进行连接时均为慢轴对准熔接。
3.根据权利要求1或2所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的第一光纤环形器(3-1)、第二光纤环形器(3-2)、第三光纤环形器(3-3)、第四光纤环形器(3-4)、第五光纤环形器(3-5)和第六光纤环形器(3-6)均为不可逆的三端口单模光纤环形器。
4.根据权利要求3所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的光纤耦合器(2)为1×6单模光纤耦合器。
5.根据权利要求4所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的宽带光源(1)的输出功率不小于10mW。
6.根据权利要求5所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的第一光纤在线起偏器(5-1)、第二光纤在线起偏器(5-2)、第三光纤在线起偏器(5-3)、第四光纤在线起偏器(5-4)、第五光纤在线起偏器(5-5)和第六光纤在线起偏器(5-6)的消光比不小于30dB。
7.根据权利要求6所述的一种重型刮板输送机过载在线监测装置，其特征是：所述的第一光电探测器(4-1)、第二光电探测器(4-2)、第三光电探测器(4-3)、第四光电探测器(4-4)、第五光电探测器(4-5)和第六光电探测器(4-6)的带宽不小于100kHz。
8.一种重型刮板输送机过载在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)启动重型刮板输送机，使重型刮板输送机链轮驱动电机(8)在综采工作面内工作，宽带光源(1)开始输出光；宽带光源(1)输出的光从端口二零(2-0)进入到光纤耦合器(2)并被均分成六束，其中：
从光纤耦合器(2)的端口二一(2-1)输出的光从端口三一一(311)进入第一光纤环形器(3-1)、并从端口三一二(312)输出，然后从端口五一一(511)进入第一光纤在线起偏器(5-1)、并从端口五一二(512)输出线偏振光；
从光纤耦合器(2)的端口二二(2-2)输出的光从端口三二一(321)进入第二光纤环形器(3-2)、并从端口三二二(322)输出，然后从端口五二一(521)进入第二光纤在线起偏器(5-2)、并从端口五二二(522)输出线偏振光；
从端口五一二(512)输出的线偏振光和从端口五二二(522)输出的线偏振光分别沿着端口六一一(611)和端口六一二(612)进入第一偏振合/分束器(6-1)，并分别沿着端口六一三(613)的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第一传感探头(7-1)；
从光纤耦合器(2)的端口二三(2-3)输出的光从端口三三一(331)进入第三光纤环形器(3-3)、并从端口三三二(332)输出，然后从端口五三一(531)进入第三光纤在线起偏器(5-3)、并从端口五三二(532)输出线偏振光；
从光纤耦合器(2)的端口二四(2-4)输出的光从端口三四一(341)进入第四光纤环形器(3-4)、并从端口三四二(342)输出，然后从端口五四一(541)进入第四光纤在线起偏器(5-4)、并从端口五四二(542)输出线偏振光；
从端口五三二(532)输出的线偏振光和从端口五四二(542)输出的线偏振光分别沿着端口六二一(621)和端口六二二(622)进入第二偏振合/分束器(6-2)，并分别沿着端口六二三(623)的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第二传感探头(7-2)；
从光纤耦合器(2)的端口二五(2-5)输出的光从端口三五一(351)进入第五光纤环形器(3-5)、并从端口三五二(352)输出，然后从端口五五一(551)进入第五光纤在线起偏器(5-5)、并从端口五五二(552)输出线偏振光；
从光纤耦合器(2)的端口二六(2-6)输出的光从端口三六一(361)进入第六光纤环形器(3-6)、并从端口三六二(362)输出，然后从端口五六一(561)进入第六光纤在线起偏器(5-6)、并从端口五六二(562)输出线偏振光；
从端口五五二(552)输出的线偏振光和从端口五六二(562)输出的线偏振光分别沿着端口六三一(631)和端口六三二(632)进入第三偏振合/分束器(6-3)，并分别沿着端口六三三(633)的保偏光纤的慢轴和快轴输出，最后进入第三传感探头(7-3)；
2)光电探测器进行信号采集：
重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的U相电流导通产生磁场，使进入第一传感探头(7-1)内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第一传感探头(7-1)的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六一三(613)返回第一偏振合/分束器(6-1)并分解成正交光束，并分别从端口六一一(611)和端口六一二(612)输出；两束正交光束分别通过端口五一二(512)和端口五二二(522)返回第一光纤在线起偏器(5-1)和第二光纤在线起偏器(5-2)，并分别从端口五一一(511)和端口五二一(521)输出；从端口五一一(511)输出的光束从端口三一二(312)进入第一光纤环形器(3-1)、并从端口三一三(313)输出进入第一光电探测器(4-1)，从端口五二一(521)输出的光束从端口三二二(322)进入第二光纤环形器(3-2)、并从端口三二三(323)输出进入第二光电探测器(4-2)；
重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的V相电流导通产生磁场，使进入第二传感探头(7-2)内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第二传感探头(7-2)的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六二三(623)返回第二偏振合/分束器(6-2)并分解成正交光束，并分别从端口六二一(621)和端口六二二(622)输出；两束正交光束分别通过端口五三二(532)和端口五四二(542)返回第三光纤在线起偏器(5-3)和第四光纤在线起偏器(5-4)，并分别从端口五三一(531)和端口五四一(541)输出；从端口五三一(531)输出的光束从端口三三二(332)进入第三光纤环形器(3-3)、并从端口三三三(333)输出进入第三光电探测器(4-3)，从端口五四一(541)输出的光束从端口三四二(342)进入第四光纤环形器(3-4)、并从端口三四三(343)输出进入第四光电探测器(4-4)；
重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的W相电流导通产生磁场，使进入第三传感探头(7-3)内的两束线偏振光的偏振面发生一次旋转，到达第三传感探头(7-3)的圆偏振保持光纤末端并被反射膜反射后，再次返回圆偏振保持光纤并发生二次非互易旋转；两束发生二次旋转的线偏振光经端口六三三(633)返回第三偏振合/分束器(6-3)并分解成正交光束，并分别从端口六三一(631)和端口六三二(632)输出；两束正交光束分别通过端口五五二(552)和端口五六二(562)返回第五光纤在线起偏器(5-5)和第六光纤在线起偏器(5-6)，并分别从端口五五一(551)和端口五六一(561)输出；从端口五五一(551)输出的光束从端口三五二(352)进入第五光纤环形器(3-5)、并从端口三五三(353)输出进入第五光电探测器(4-5)，从端口五六一(561)输出的光束从端口三六二(362)进入第六光纤环形器(3-6)、并从端口三六三(363)输出进入第六光电探测器(4-6)；
3)对采集到的信号进行处理：
将第一光电探测器(4-1)和第二光电探测器(4-2)采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的U相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的U相电流的监测；
将第三光电探测器(4-3)和第四光电探测器(4-4)采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的V相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的V相电流的监测；
将第五光电探测器(4-5)和第六光电探测器(4-6)采集到的信号输入到工控机内，工控机对两个信号进行正交解调处理，得到重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的W相电流的信息，实现对重型刮板输送机链轮驱动电机(8)的W相电流的监测。
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