CN110142084A - 破碎腔磨损监测方法及其监测结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种破碎腔磨损监测方法，属于破碎装备运行状态监测技术领域。所述破碎腔磨损监测方法包括：获取处于破碎腔不同位置每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号，在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行下一步；选定当前检测节点，并由所述当前检测节点与相邻检测节点的节点间特征、所述当前检测节点反馈信号和所述相邻检测节点反馈信号确定出所述破碎腔的腔形局部特征；在所述腔形局部特征满足第二预设监测条件时，跳转至第二步，构成循环监测过程。本发明通过检测位置处特征和当前检测局部区域特征监测衬板的磨损情况以及破碎腔结构形状的变化情况，能预测衬板工作寿命并为合理制定破碎机运维计划创造条件。

Description

破碎腔磨损监测方法及其监测结构

技术领域

本发明涉及破碎装备运行状态监测技术领域，具体地涉及破碎腔磨损监测方法及其监测结构。

背景技术

破碎机的工作机构是由固定衬板和活动衬板，其工作表面之间的区域即为破碎腔。在破碎过程中，活动衬板相对于固定衬板按一定规律摆动，对破碎腔中物料进行破碎，使物料粒径不断变小，直至排出破碎腔。

在破碎过程中，破碎腔中的物料将使固定衬板和活动衬板产生磨损，这种磨损使破碎腔形状发生改变，导致破碎产品质量恶化。衬板磨损量及其布区域的评定方法主要有两种，一是以破矿量、排料粒度和衬板工作时间等对衬板磨损情况进行判断；二是将破碎设备解体，对衬板磨损情况进行准确判定。显然，第一种方法只能对衬板的磨损情况进行模糊预估，且无法确定衬板磨损的部位，难于对破碎生产提供有效指导；第二种方法可以获得衬板磨损情况的直接结果，但解体破碎设备工作量大、工期长，将严重影响破碎工序生产。

在破碎过程自动控制方面与本发明有关的技术主要有：

一是我国第一台破碎机控制器是由马鞍山矿山研究院结合自动控制技术对破碎机控制器，该控制器实现了破碎机负荷控制和故障诊断与保护，促进了细碎产能和粒度提高，破碎能耗和设备故障均得到降低。

二是圆锥破碎机及其控制***，该***实现了对润滑***油位、润滑油洁净度、润滑部位温度的监测，以及破碎机液压***的压力、温度、流量、压差及液位传感，并可利用液压***自动调整排矿口的大小。此外，通过开发功率控制器，实现了对破碎负荷的有效监测。

三是基于PLC和WINCC的圆锥破碎机控制技术，该技术采用上位机与控制器相结合的两级三层体系结构，上位机主要实现编程、组态、监控等功能；下位机由PLC及被控设备组成，实现对排矿口自动调整和破碎过程的综合监控。

四是圆锥破碎机智能化控制***，该***以西门子S7-200smart PLC为控制核心，采用WINCC作为上位机组态软件，具有数据采集、过程自动控制，设备运行状态信息记录、存储、显示、报警等功能。

五是基于PLC的破碎机控制器***，该***以触摸屏作为人机界面，通过位置变送器检测圆锥破碎机的排矿口、温度变送器检测润滑油的温度、压力变送器检测润滑油的压力、功率变送器检测驱动电机的功率，PLC根据采集的数据，应用模糊控制模型输出一定的控制量，通过变频器调整给矿电机的转速以及通过液压***的伺服阀调整排矿口的大小，实现了破碎机工作负荷稳定的控制目标。

国外破碎机自动控制的研究比国内要早得多，斯维达拉公司、山特维克以及富勒史密斯这几家破碎机生产商的产品自动化程度很高。美卓公司研制的HP系列破碎机，尤其以HP500和HP800型号的破碎机在我国破碎行业得到广泛引进和应用，大幅提高了破碎比及破碎处理能力。

通过以上分析发现，现有的破碎机控制技术仅涉及破碎机的操作参数、设备状态参数以及破碎工艺参数的检测与控制，均未涉及破碎衬板的远程检测。

随着无线传感技术、自动控制技术与破碎装备技术的有效集成应用，与本技术有关的专利主要有：

一种基于ZigBee无线技术的破碎机远程智能监控***(CN 201410475207.4)，该***由计算机、PC机、协调器节点、RS232和节点无线传感器等组成，通过ZigBee无线模块将遍布破碎机各处的传感器、控制器和执行设备联接成测控网络，对胶带输送机、给料机、一次破碎机、圆振动筛、二次破碎机的进行远程控制和管理。该专利技术实现了破碎作业规程的远程控制，但未涉及到衬板磨损的智能检测技术。

一种破碎机自动化控制***(CN 201510292022.4)，该***由声光监测、运行状态监测、控制操作、信号标准化模块、中控模块、优化处理模块、历史数据库等组成。可以对破碎机的操作参数、生产工艺参数，以及设备状态参数等进行监测与优化控制，较好地实现了破碎机的智能控制。该专利技术同样未涉及到衬板磨损的智能检测技术。

以上与本发明有关的专利技术，均未涉及到衬板磨损量的实际监测，以及因衬板磨损导致破碎腔变化情况的分析方法。因此，采用无线传感技术和超声测距原理，开发衬板磨损无线监测技术，并研究破碎腔的变化情况，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种破碎腔磨损监测方法及其监测结构，其旨在解决现有技术不能根据破碎机动态使用情况更新并预测衬板寿命、无法提前对即将达到磨损极限的衬板进行更换或维护、无法监测检测节点间局部区域特征且破碎机存在高运行成本和高磨损率等技术问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种破碎腔磨损监测方法及其监测结构。

一种破碎腔服务节点监测方法，该监测方法包括以下步骤：

S1)获取处于破碎腔不同位置每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号，在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行下一步；

S2)选定当前检测节点，并由所述当前检测节点与相邻检测节点的节点间特征、所述当前检测节点反馈信号和所述相邻检测节点反馈信号确定出所述破碎腔的腔形局部特征；

S3)在所述腔形局部特征满足第二预设监测条件时，跳转至步骤S2)，构成循环监测过程。

可选的，步骤S1)包括：

S101)向处于破碎腔不同位置每个检测节点发出第一声波信号，还接收所述每个检测节点所反射的第二声波信号；

S102)根据所述第一声波信号、与所述第一声波信号对应的第二声波信号，对应所述每个检测节点分别获得具有所述破碎腔腔壁至当前所对应检测节点距离特征的反馈信号；

S103)预设最小距离和比例阈值，再设置当小于或等于所述最小距离反馈信号数量占总反馈信号数量的比例处于所述比例阈值范围内为第一预设监测条件，在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行步骤S2)。所述比例阈值范围可以按照在所有反馈信号中至少有一个反馈信号且所述至少有一个反馈信号所表征的距离特征小于或等于所述最小距离的方式设计。

可选的，步骤S2)包括：

S201)选定当前检测节点；

S202)测取所述当前检测节点与相邻检测节点在所述破碎腔内衬板工作面上的第一节点间距离和在所述破碎腔外衬板面上的第二节点间距离，作为节点间特征；

S203)根据所述当前检测节点反馈信号获得所述当前检测节点至所述破碎腔内衬板工作面的第一节点距离，并根据所述相邻检测节点反馈信号获得所述相邻检测节点至所述破碎腔内衬板工作面的第二节点距离；

S204)利用所述第一节点间距离、所述第二节点间距离、所述第一节点距离和所述第二节点距离，构成至少一个多边形，将所述至少一个多边形的当前面积作为所述破碎腔当前的腔形局部特征。

可选的，步骤S3)包括：

S301)预设磨损阈值，查询第一初始节点间距离、第二初始节点间距离、第一初始节点距离和第二初始节点距离，构成至少一个初始多边形，将所述至少一个初始多边形的初始面积作为所述破碎腔的初始腔形局部特征；

S302)获得所述至少一个多边形当前面积与所述至少一个初始多边形初始面积的面积比，将所述面积比作为磨损率；

S303)设置当所述磨损率处于磨损阈值范围内为第二预设监测条件，在所述磨损率满足第二预设监测条件时，跳转至步骤S2)，构成循环监测过程。

一种破碎腔检测节点监测方法，该监测方法包括以下步骤：

S1)向破碎腔的衬板工作面发射测距信号，再采集对应所述测距信号的反射信号；

S2)根据所述测距信号和所述反射信号，获得具有腔形特征信息的时延特征信号，向所述服务节点发射所述时延特征信号，以使所述服务节点根据所述时延特征信号获得反馈信号。由于第一预设监测条件是大量检测节点同时出现小于最小距离，但如果出现局部区域穿孔的情况，就只能依赖此处当前面积来实现局部区域检测，即使发现衬板局部区域问题，可提前对输入物料等特征进行调整，从而使得输入物料与破碎腔更匹配。

可选的，步骤S1)包括：

S101)接收由服务节点选择地发射的驱动信号；

S102)根据所述驱动信号向破碎腔的衬板工作面发射声波测距信号，再采集对应所述声波测距信号的声波反射信号。

可选的，步骤S102)还包括：

根据所述驱动信号向相邻检测节点发射节点间声波测距信号，以使所述相邻检测节点采集到所述节点间声波测距信号。若考虑局部磨损极限情况，例如刚好到磨损临界，这种局部区域磨损相对其他没有磨损的衬板区域会呈现凹陷方向朝破碎腔外的凹弧，甚至是穿孔，当前节点和相邻节点在工作面上的节点间距离相对凹弧大小和深度是会发生或大或小的变化，这样能及时发现节点间局部区域的磨损。

可选的，步骤S2)中，在向所述服务节点发射所述时延特征信号时，还向所述服务节点发射温度信号。

一种破碎腔服务节点发现磨损的方法，该方法包括以下步骤：

S1)获取处于破碎腔不同位置每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号，在所述反馈信号不满足第一预设监测条件时，发出具有衬板使用寿命信息的第一磨损状态信号，或在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行下一步；

S2)选定当前检测节点，并由所述当前检测节点与相邻检测节点的节点间特征、所述当前检测节点反馈信号和所述相邻检测节点反馈信号确定出所述破碎腔的腔形局部特征；

S3)在所述腔形局部特征满足第二预设监测条件时，跳转至步骤S2)，构成循环监测过程，或在所述腔形局部特征不满足第二预设监测条件时，发出具有衬板局域磨损信息的第二磨损状态信号。若该局部区域未出现穿孔等严重磨损现象，该种报警可以提示工作人员对输入物料再进行更细节的预筛选，将过硬的不匹配物料去除，以免进一步造成更多区域磨损。

一种用于监测破碎腔的服务节点，包括：

计算设备，用于计算处于破碎腔不同位置每个检测节点的反馈信号变化特征，具有根据所述反馈信号变化特征与预设监测条件的关系和根据反馈信号特征和相邻检测节点间距离特征所构成的腔形局部特征判断破碎腔是否磨损的功能，选择地输出驱动信号至所述每个检测节点，且接收所述每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号。

可选的，所述计算设备，包括：

上位机，用于计算所述反馈信号变化特征，具有根据所述关系和所述腔形局部特征判断所述破碎腔是否磨损的功能；

采集驱动电路，接收由所述上位机选择地发出的驱动信号，由所述驱动信号生成测距信号且分别发射所述测距信号至所述每个检测节点；

其中，所述采集驱动电路对应所述测距信号分别接收所述每个检测节点的反射信号，且由所述测距信号和所述反射信号获得对应所述每个检测节点的反馈信号；

其中，所述采集驱动电路还发射所述反馈信号至所述上位机。

可选的，所述采集驱动电路，包括：

接收电路；

处理器，接收由所述上位机选择地发出的所述驱动信号、由所述驱动信号生成所述测距信号；

发射电路，与接收电路工作频率匹配；

其中，所述处理器，通过所述发射电路分别发射所述测距信号至所述每个检测节点；

其中，所述处理器，通过所述接收电路对应所述测距信号分别接收所述每个检测节点的反射信号；

其中，所述处理器，由所述测距信号和所述反射信号获得对应所述每个检测节点的反馈信号。

可选的，所述上位机，包括：

第一射频电路；

所述上位机通过所述第一射频电路选择地发出的所述驱动信号至所述采集驱动电路或所述上位机通过所述第一射频电路接收由所述采集驱动电路发射的所述反馈信号。

可选的，所述采集驱动电路，包括：

第二射频电路，与所述第一射频电路工作频率匹配；

其中，所述处理器，通过所述第二射频电路接收由所述上位机选择地发出的所述驱动信号且通过所述第二射频电路发射所述反馈信号至所述上位机。

一种用于监测破碎腔的检测节点，包括：

发射器，接收由服务节点发射的测距信号、由所述测距信号生成测距脉冲且发射所述测距脉冲至破碎腔内衬板工作面；

接收器，接收由所述破碎腔内衬板工作面反射的反射脉冲、由所述反射脉冲生成反射信号且发射所述反射信号至所述服务节点。

可选的，所述发射器，包括超声波测距传感器的发射晶片；

所述接收器，包括所述超声波测距传感器的接收晶片。

可选的，所述发射器和/或所述接收器，安装于破碎腔外衬板内所开设的盲孔内。

可选的，所述盲孔，还填充有耦合剂；

所述盲孔，沿物料破碎位移矢量方向在所述破碎腔外衬板内按预设间隔距离大小分布。

一种基于服务节点的衬板寿命预测方法，包括以下步骤：

S1)选定衬板内检测节点群并选定当前检测节点，通过获取所述检测节点群内每个检测节点的反馈信号、所述当前检测节点和与所述当前检测节点相邻检测节点的节点间特征，计算出所述检测节点群所在所述衬板区域的磨损率；

S2)根据磨损率，确定出所述衬板的剩余寿命。

一种基于服务节点的破碎腔当前腔形生成方法，包括以下步骤：

S1)选定破碎腔内检测节点群并选定当前检测节点，通过获取所述检测节点群内每个检测节点的反馈信号、所述当前检测节点和与所述当前检测节点相邻检测节点的节点间特征，计算所述检测节点群所在所述破碎腔的局部区域变化矢量，并更新所述检测节点群所在所述破碎腔的局部区域坐标；

S2)根据局部区域坐标，生成出所述破碎腔的当前腔形。

另一方面，一种用于实现服务节点的设备，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的方法。

另一方面，一种用于实现检测节点的设备，包括：

至少一个处理器；

存储器，与所述至少一个处理器连接；

其中，所述存储器存储有能被所述至少一个处理器执行的指令，所述至少一个处理器通过执行所述存储器存储的指令实现前述的方法。

另一方面，一种计算机可读存储介质，存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行前述的方法。

通过上述技术方案，本发明实施例有如下有益效果：

采用超声测厚方法和无线传感技术，建立底层的衬板超声测厚与上位机的分析监控组成的多层级无线智能监测***，可以满足在封闭、狭小的空间内衬板厚度的测量要求；

在不拆卸碎磨设备的情况下，能够实时监测碎磨设备内部衬板的磨损情况，以及碎磨腔型结构的变化情况，以克服当前碎磨设备衬板使用寿命预测准确性差的问题；

通过检测节点间距离与检测节点至衬板工作面的厚度构建了局部检测区域，能够即时发现部分检测节点与相邻检测节点间区域的局部磨损问题，从而可使得工作人员可以针对局部磨损问题，考虑改良输入物料或提前维护衬板，避免发生严重破碎腔故障或事故，本发明实例能有效降低因衬板使用寿命结束或局部磨损造成的破碎机故障；

结合衬板厚度可以预测衬板寿命和进行碎磨腔结构退化分析，根据衬板磨损情况，为破碎腔结构退化的定量分析提供可靠依据，从而为准确预测衬板工作寿命、破碎效能，以及为合理制定碎磨设备的维修计划创造条件。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1为本发明实施例的监测结构示意图；

图2为本发明实施例衬板安装孔的结构示意图；

图3为本发明实施例在衬板上布置的破碎腔腔及传感器示意图；

图4为本发明实施例的破碎腔结构分析示意图；

图5为本发明实施例的衬板智能监测流程示意图。

附图标记说明

1 动锥衬板

11 动锥衬板工作面的初始轮廓线

12 动锥衬板非工作面

13 动锥衬板超声传感器安装孔

14 动锥衬板工作面磨损后的实际轮廓线

2 超声测距传感器

21 超声测距的发射晶片

22 超声测距的接收晶片

3 耦合剂

4 超声测距与传输模块

41 接收电路

42 信号放大器

43 信号调制器

44 计数器

45 AT89C51单片机A

46 射频无线通信模块A

47 温度采集电路

48 电源模块

49 发射电路

5 上位机

51 报警模块

52 射频无线通信模块

53 AT89C51单片机B

54 存储模块

55 显示模块

56 交互模块

6 定锥衬板

61 定锥衬板工作面的初始轮廓线

62 定锥衬板非工作面

63 定锥衬板超声传感器安装孔

64 定锥衬板磨损后工作面的实际轮廓线

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

实施例1

一种用于监测破碎腔的服务节点，包括：

计算设备，用于计算处于破碎腔不同位置每个检测节点的反馈信号变化特征，具有根据所述反馈信号变化特征与预设监测条件的关系和根据反馈信号特征和相邻检测节点间距离特征所构成的腔形局部特征判断破碎腔是否磨损的功能，选择地输出驱动信号至所述每个检测节点，且接收所述每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号。

一种用于监测破碎腔的检测节点，包括：发射器，接收由服务节点发射的测距信号、由所述测距信号生成测距脉冲且发射所述测距脉冲至破碎腔内衬板工作面；接收器，接收由所述破碎腔内衬板工作面反射的反射脉冲、由所述反射脉冲生成反射信号且发射所述反射信号至所述服务节点。

一种衬板厚度的在线监测***，包括动锥衬板1、定锥衬板6、超声波测距传感器2、耦合剂3、超声测距与传输模块4和上位机5。所述超声波测距传感器2由发射晶片21和接收晶片22组成，所述超声波测距传感器2安装在所述衬板1非工作面一侧的盲孔13内，在所述衬板1盲孔13内与所述超声波测距传感器2之间填入耦合剂3，所述超声波测距传感器2的发射晶片21与超声测距与传输模块4的发射电路49连接，所述超声波测距传感器2的接收晶片22与超声测距与传输模块4的接收电路41连接，上位机5通过无线通信方式与所述超声测距与传输模块4连接。

所述动锥衬板1的工作面11(或动锥衬板1工作面12)和定锥衬板6的61(或定锥衬板6的工作面62)组成磨损前初始破碎腔，或磨损后实际破碎腔。

所述耦合剂3被填充在所述衬板盲孔13与超声波测距传感器2之间的间隙内。

所述超声测距与传输模块4内的发射电路49的输入端与AT89C51单片机45连接、输出端与发射晶片21连接；所述超声测距与传输模块4内的接收电路41的输入端与接收晶片22连接，接收电路41、信号放大器42、信号调制器43、计数器44依次相连，其输出端均与AT89C51单片机45相连，射频无线通信模块46、温度采集模块47和电源模块48也与所述AT89C51单片机45连接。

所述上位机5中的报警模块51、射频无线通信模块52、存储模块54、显示模块55、交互模块56均与AT89C51单片机53连接。

一种衬板超声波测厚方法，包括以下步骤：

第一步，安装在动锥衬板1和定锥衬板6非工作面一侧的超声测距传感器，经AT89C51单片机45控制发射超声波，并开始计数t，超声波通过耦合剂3传输至衬板表面，并以一定波速c在衬板内传输；当超声波传输到达衬板工作面时，超声波发生反射，反射后的超声波由超声波接收器接收，同时AT89C51单片机45实现外部中断，计数器停止计数；

第二步，分别计算动锥衬板1和定锥衬板6上各测点的超声波传播时隙Δt_i；

第三步，根据传播时隙Δt_i计算动锥衬板1上各测点厚度以及定锥衬板6上各测点厚度

第四步，采用无线通信方式，将动锥衬板1和定锥衬板6各测点厚度传输到上位机5；

一种衬板工作寿命智能分析方法，包括以下步骤：

第一步，通过将实际衬板厚度与初始衬板厚度进行比较，分别确定动锥衬板1和定锥衬板6上各测点的磨损量；

第二步，根据各测点磨损量的大小，分别确定动锥衬板1和定锥衬板6的剩余寿命；

第三步，采用无线通信方式，将动锥衬板1和定锥衬板6各测点的剩余寿命传输到上位机5；

一种破碎腔结构分析方法，包括以下步骤：

第一步，根据动锥衬板1和定锥衬板6的初始结构，绘制磨损前初始破碎腔结构；

第二步，根据动锥衬板1和定锥衬板6上各测点的厚度，定期绘制磨损后破碎腔型结构；

第三步，将磨损后实际破碎腔型结构与磨损前破碎腔结构进行比对，分析磨损后破碎腔型结构的变化情况；

第四步，在综合动锥衬板1、定锥衬板6的磨损情况和破碎腔几何结构的变化情况的基础上，为合理制定破碎机或球磨机的检修计划提供依据。

实施例2

基于实施例1，如图1所示，本发明公开了一种智能衬板，包括动锥衬板1、定锥衬板6、超声波测距传感器2、耦合剂3、超声测距与传输模块4和上位机5。所述超声波测距传感器2由发射晶片21和接收晶片22组成，所述超声波测距传感器2安装在所述衬板1非工作面一侧的盲孔13内，在所述衬板1盲孔13内与所述超声波测距传感器2之间填入耦合剂3，所述超声波测距传感器2的发射晶片21与超声测距与传输模块4的发射电路49连接，所述超声波测距传感器2的接收晶片22与超声测距与传输模块4的接收电路41连接，上位机5通过无线通信方式与所述超声测距与传输模块4连接。

所述超声测距与传输模块4内的发射电路49的输入端与AT89C51单片机45连接、输出端与发射晶片连接；所述超声测距与传输模块4内的接收电路41的输入端与接收晶片22连接，接收电路41、信号放大器42、信号调制器43、计数器44依次相连，其输出端均与AT89C51单片机45相连，射频无线通信模块46、温度采集模块47和电源模块48也与所述AT89C51单片机45连接，电源模块48为AT89C51单片机45供电。

所述上位机5中的报警模块51、射频无线通信模块52、存储模块54、显示模块55、交互模块56均与AT89C51单片机53连接。

一种适应于衬板厚超声在线监测方法，包括以下步骤：

第一步，测点布置：分别在所述动锥衬板1的安装孔13和定锥衬板6的特定位置加工若干安装孔63，并将超声波测距传感器2安装在该孔内，分别如图2和图3所示；

第二步，参数设置：通过上位机5的交互模块56设定所述动锥衬板1和定锥衬板6各测点的原始厚度(h₀)_i(i＝1,2,···,n)、最小残余厚度的阈值Δh_i(i＝1,2,···,n)，以及环境温度为20℃时超声波在高猛铸钢ZGMn13中的传播速度c₀；

第三步，衬板超声测厚与工作寿命分析方法如下：

步骤1，超声信号发射与计数：在输入测距指令时，所述上位机5中的AT89C51单片机53通过无线射频通信模块52向超声测距与传输模块4中的射频通信模块46发出信号，经AT89C51单片机45驱动超声波发射电路49发送若干矩形脉冲高电压信号给超声波测距传感器的发射晶片21，并将高电压脉冲转换成同频率的超声脉冲波信号，同时AT89C51单片机45控制计数器44开始计数。

步骤2，超声信号接收与计数：发射晶片21发出的超声波脉冲信号通过耦合剂3后进入衬板内部，并以一定波速c在衬板内传输，超声波到达衬板1的工作面11上发生反射，反射后的超声波信号由超声波测距传感器的接收晶片22接收，并将接收的超声波信号传输到接收电路41，经信号放大电路42和信号调制器43将电脉冲信号进行信号放大、滤波和整形处理，并转换成可计数的具有厚度值脉宽的矩形波信号后，AT89C51单片机45发出外部中断，计数器44停止计数。

步骤3，传播时隙的确定：根据计数器的计数，分别计算出动锥衬板1和定锥衬板6上各测点超声波传播时隙Δt_i；

步骤4，传播速度的修正：在确定超声脉冲信号在衬板内的传输时间的同时，超声测距与传输模块4中的AT89C51单片机45控制温度采集电路47检测超声波测距传感器2所在位置的温度，根据温度与传播速度的关系按照式1修正各测点超声波的传输速度，即：

c_i＝c₀·ΔT_i·μ(i＝1,2,···,n) (1)

式中，c₀为超声波在环境温度为20℃时的传播速度(m/s)，ΔT_i＝(T_i-20)℃,ΔT_i为温度差，μ为声速变化系数，即环境温度每升高1℃，声速增加0.17％。

步骤5，衬板厚度的确定与显示：根据时隙Δt_i和传播速度c_i,按照下面式(2)计算各测点的厚度h_i，并由超声波测距模块4中的无线射频模块46将测得的厚度h_i传输至上位机5中的AT89C51单片机53中，并由显示模块55进行显示测点厚度值，即：

第四步，衬板各测点磨损量统计：分别将动锥衬板1和定锥衬板6上各测点厚度h_i与其原始厚度(h₀)_i(i＝1,2,···,n)进行比较，当(h₀)_i值达到该测点的最小残余厚度的阈值Δh_i(i＝1,2,···,n)时，则该测点处已达到衬板极限，同时存储器54记录和存储该测点j(j＝1,2,···,m；且m≤n)。

第五步，衬板工作寿命分析：当达到衬板磨损极限的测点数时，且这些测点分布在动锥衬板1和定锥衬板6工作面的下方，此时上位机5中的报警模块51对动锥衬板1或定锥衬板6的使用寿命进行报警。

结合图4分析破碎腔结构变化的步骤如下：

第一步，衬板磨损区域面积的计算：

(1)原始衬板区域面积的计算：根据超声测距传感器2在动锥衬板1工作面一侧的间距以及传感器2所在位置的衬板原始厚度据此分别确定由(A₁、A₂、A″₁、A″₂)、(A₂、A₃、A″₂、A″₃)、(A₃、A₄、A″₃、A″₄)构成的四边形的面积S_A(1-2)、S_A(2-3)、S_A(3-4)；

根据超声测距传感器2在定锥衬板6工作面一侧的间距 以及传感器2所在位置的衬板原始厚度据此分别确定由(B₁、B₂、B″₁、B″₂)、(B₂、B₃、B″₂、B″₃)、(B₃、B₄、B″₃、B″₄)构成的四边形的面积S_B(1-2)、S_B(2-3)、S_B(3-4)。

(2)衬板磨损区域面积的计算：根据超声测距传感器2在动锥衬板1工作面一侧的磨损量结合各测点的间距 据此分别确定由(A₁、A₂、A′₁、A′₂)、(A₂、A₃、A′₂、A′₃)、(A₃、A₄、A′₃、A′₄)构成的四边形的面积S′_A(1-2)、S′_A(2-3)、S′_A(3-4)。

根据超声测距传感器2在定锥衬板6工作面一侧的磨损量结合各测点的间距据此分别确定由(B₁、B₂、B′₁、B′₂)、(B₂、B₃、B′₂、B′₃)、(B₃、B₄、B′₃、B′₄)构成的四边形的面积S′_B(1-2)、S′_B(2-3)、S′_B(3-4)。

第二步，计算破碎腔的磨损率：首先分别计算动锥衬板1下部区域、中部区域和上部区域的磨损率η_A1＝S′_A(1-2)/S_A(1-2)、η_A2＝S′_A(2-3)/S_A(2-3)、η_A3＝S′_A(3-4)/S_A(3-4)；其次分别计算定锥衬板6下部区域、中部区域和上部区域的磨损率η_B1＝S′_B(1-2)/S_B(1-2)、η_B2＝S′_B(2-3)/S_B(2-3)、η_B3＝S′_B(3-4)/S_B(3-4)。

第三步，破碎腔结构分析与报警：将动锥衬板1的磨损率η_A1、η_A2、η_A3，以及定锥衬板6的磨损率η_B1、η_B2、η_B3分别与其磨损量的阈值进行比较，若各区域的磨损率大于其对应的阈值，则破碎腔结构发生变异，上位机发出报警。

可按如图5方式设计一种基于服务节点和检测节点的监控方法，包括：

步骤一、设置波速和破碎腔工作阈值参数；

步骤二、在检测节点接收到测距指令时，检测节点发射超声波信号；

步骤三、检测节点对应刚发射的超声波信号接收反射超声波信号；

步骤四、服务节点根据发射超声波信号和反射超声波信号所构成的传播时隙，确定具有破碎腔腔形特征的反馈信号；

步骤五、服务节点根据反馈信号再计算出当前反馈信号对应的当前检测节点的衬板厚度；

步骤六、再循环步骤二至步骤五，直到获得所有被选定的检测节点所在位置的衬板厚度；

步骤七、判断所获得的衬板厚度是否大于衬板厚度阈值，若是大于，则报警该衬板已被磨损，若没有超出衬板厚度阈值，则进行下一步；

步骤八、根据所获得的衬板厚度和相邻节点间当前距离，计算出各个具有衬板局部区域特征的面积，根据面积计算破碎腔的磨损率；

步骤九、判断磨损率是否超出预设磨损阈值，若超出则报警该衬板已被磨损，若没有超出预设磨损阈值，则记录当前所有数据，选择地，按当前磨损率进行推算出衬板寿命情况，得到预测维护日期。

以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (10)

1.一种破碎腔服务节点监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

S1)获取处于破碎腔不同位置每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号，在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行下一步；

S2)选定当前检测节点，并由所述当前检测节点与相邻检测节点的节点间特征、所述当前检测节点反馈信号和所述相邻检测节点反馈信号确定出所述破碎腔的腔形局部特征；

S3)在所述腔形局部特征满足第二预设监测条件时，跳转至步骤S2)，构成循环监测过程。

2.根据权利要求1所述的监测方法，其特征在于，步骤S1)包括：

S101)向处于破碎腔不同位置每个检测节点发出第一声波信号，还接收所述每个检测节点所反射的第二声波信号；

S102)根据所述第一声波信号、与所述第一声波信号对应的第二声波信号，对应所述每个检测节点分别获得具有所述破碎腔腔壁至当前所对应检测节点距离特征的反馈信号；

S103)预设最小距离和比例阈值，再设置当小于或等于所述最小距离反馈信号数量占总反馈信号数量的比例处于所述比例阈值范围内为第一预设监测条件，在所述反馈信号满足第一预设监测条件时，进行步骤S2)。

3.根据权利要求1或2所述的监测方法，其特征在于，步骤S2)包括：

S201)选定当前检测节点；

S202)测取所述当前检测节点与相邻检测节点在所述破碎腔内衬板工作面上的第一节点间距离和在所述破碎腔外衬板面上的第二节点间距离，作为节点间特征；

S203)根据所述当前检测节点反馈信号获得所述当前检测节点至所述破碎腔内衬板工作面的第一节点距离，并根据所述相邻检测节点反馈信号获得所述相邻检测节点至所述破碎腔内衬板工作面的第二节点距离；

S204)利用所述第一节点间距离、所述第二节点间距离、所述第一节点距离和所述第二节点距离，构成至少一个多边形，将所述至少一个多边形的当前面积作为所述破碎腔当前的腔形局部特征。

4.根据权利要求3所述的监测方法，其特征在于，步骤S3)包括：

S301)预设磨损阈值，查询第一初始节点间距离、第二初始节点间距离、第一初始节点距离和第二初始节点距离，构成至少一个初始多边形，将所述至少一个初始多边形的初始面积作为所述破碎腔的初始腔形局部特征；

S302)获得所述至少一个多边形当前面积与所述至少一个初始多边形初始面积的面积比，将所述面积比作为磨损率；

S303)设置当所述磨损率处于磨损阈值范围内为第二预设监测条件，在所述磨损率满足第二预设监测条件时，跳转至步骤S2)，构成循环监测过程。

5.一种破碎腔检测节点监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

S1)向破碎腔的衬板工作面发射测距信号，再采集对应所述测距信号的反射信号；

S2)根据所述测距信号和所述反射信号，获得具有腔形特征信息的时延特征信号，向所述服务节点发射所述时延特征信号，以使所述服务节点根据所述时延特征信号获得反馈信号。

6.根据权利要求5所述的监测方法，其特征在于，步骤S1)包括：

S101)接收由服务节点选择地发射的驱动信号；

S102)根据所述驱动信号向破碎腔的衬板工作面发射声波测距信号，再采集对应所述声波测距信号的声波反射信号。

其中，步骤S102)还包括：根据所述驱动信号向相邻检测节点发射节点间声波测距信号，以使所述相邻检测节点采集到所述节点间声波测距信号。

7.一种用于监测破碎腔的服务节点，其特征在于，包括：

计算设备，用于计算处于破碎腔不同位置每个检测节点的反馈信号变化特征，具有根据所述反馈信号变化特征与预设监测条件的关系和根据反馈信号特征和相邻检测节点间距离特征所构成的腔形局部特征判断破碎腔是否磨损的功能，选择地输出驱动信号至所述每个检测节点，且接收所述每个检测节点的具有所述破碎腔腔形特征的反馈信号。

8.一种用于监测破碎腔的检测节点，其特征在于，包括：

发射器，接收由服务节点发射的测距信号、由所述测距信号生成测距脉冲且发射所述测距脉冲至破碎腔内衬板工作面；

接收器，接收由所述破碎腔内衬板工作面反射的反射脉冲、由所述反射脉冲生成反射信号且发射所述反射信号至所述服务节点。

9.一种基于服务节点的衬板寿命预测方法，其特征在于，该衬板寿命预测方法包括以下步骤：

S1)选定衬板内检测节点群并选定当前检测节点，通过获取所述检测节点群内每个检测节点的反馈信号、所述当前检测节点和与所述当前检测节点相邻检测节点的节点间特征，计算出所述检测节点群所在所述衬板区域的磨损率；

S2)根据磨损率，确定出所述衬板的剩余寿命。

10.一种基于服务节点的破碎腔当前腔形生成方法，其特征在于，该破碎腔当前腔形生成方法包括以下步骤：

S1)选定破碎腔内检测节点群并选定当前检测节点，通过获取所述检测节点群内每个检测节点的反馈信号、所述当前检测节点和与所述当前检测节点相邻检测节点的节点间特征，计算所述检测节点群所在所述破碎腔的局部区域变化矢量，并更新所述检测节点群所在所述破碎腔的局部区域坐标；

S2)根据局部区域坐标，生成出所述破碎腔的当前腔形。