本發(fā)明涉及用于檢測帶式輸送機(jī)的輥異常的光纖溫度分布測量系統(tǒng)和光纖溫度分布測量方法。

背景技術(shù)：

已知一種被配置成通過使用光纖溫度分布測量裝置(dts：分布式溫度傳感器)來測量帶式輸送機(jī)附近的溫度并且檢測帶式輸送機(jī)的著火的系統(tǒng)。

測量帶式輸送機(jī)附近的溫度并檢測帶式輸送機(jī)的著火的配置非常有益，這是因為其能夠?qū)崿F(xiàn)最初的滅火。然而，通過帶式輸送機(jī)附近的溫度所獲得的信息不限于著火發(fā)生。

例如，如果帶式輸送機(jī)的輥由于故障、老化劣化等而無法平滑地轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動部的溫度由于摩擦而升高。為此，還可以通過測量帶式輸送機(jī)附近的溫度來檢測輥異常。由于輥異?？赡茉黾訋捷斔蜋C(jī)的負(fù)荷并且由于摩擦導(dǎo)致的溫度升高可能引起著火，因此，優(yōu)選地，在早期檢測輥異常。

[專利文獻(xiàn)1]第2014-83297a號日本專利申請公布

然而，由于輥異常而升高的溫度與著火時的溫度相比非常低，并且也是局部的。因此，溫度可能被噪聲掩蓋或者可能由于光纖溫度分布測量裝置的空間分辨率的限制而無法足以用測量值表現(xiàn)。

考慮了如下配置：將光纖以線圈形狀環(huán)繞在輥附近以確保布置在輥附近的光纖的長度，或者通過將光纖與被配置成對輥進(jìn)行支撐的金屬部緊密接觸來檢測溫度的細(xì)微變化。然而，上述配置應(yīng)該被設(shè)置用于每個輥。因此，所需的鋪設(shè)光纖的工作繁重，這增加了成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的示例性實施例提供了光纖溫度分布測量系統(tǒng)和光纖溫度分布測量方法，其能夠通過鋪設(shè)光纖的簡單工作來簡單地檢測帶式輸送機(jī)的輥異常。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面的一種光纖溫度分布測量系統(tǒng)是如下的光纖溫度分布測量系統(tǒng)，其被配置成使得光脈沖能夠入射到光纖上并且基于來自光纖的返回光來以空間分辨率區(qū)域為單位測量溫度分布，該系統(tǒng)包括：

溫差計算器，其被配置成基于第一溫度分布和第二溫度分布來計算相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域之間的溫差，該第一溫度分布是通過來自沿著輥行鋪設(shè)的第一光纖部的返回光而獲得的，該第二溫度分布是通過來自在比第一光纖部距輥行更遠(yuǎn)的位置處與第一光纖部并排鋪設(shè)的第二光纖部的返回光而獲得的；以及

異常檢測器，其被配置成針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差，并且當(dāng)所算出的用于評價的溫差超過參考值時，確定在空間分辨率區(qū)域附近的輥出現(xiàn)了異常，該用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的溫差與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫差之和。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面的一種光纖溫度分布測量系統(tǒng)是如下的光纖溫度分布測量系統(tǒng)，其被配置成使得光脈沖能夠入射到光纖上并且基于來自光纖的返回光來以空間分辨率區(qū)域為單位測量溫度分布，該系統(tǒng)包括：

溫差計算器，其被配置成基于第一溫度分布和第二溫度分布來計算相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域之間的溫差，該第一溫度分布是通過來自沿著輥行鋪設(shè)的光纖部的返回光而獲得的，該第二溫度分布是根據(jù)第一溫度分布中的除了相鄰的空間分辨率區(qū)域外的空間分辨率區(qū)域的溫度而算出的；以及

異常檢測器，其被配置成針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差，并且當(dāng)所算出的用于評價的溫差超過參考值時，確定空間分辨率區(qū)域中所包括的輥出現(xiàn)了異常，該用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的溫差與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫差之和。

根據(jù)本發(fā)明的第三方面的一種光纖溫度分布測量系統(tǒng)是如下的光纖溫度分布測量系統(tǒng)，其被配置成使得光脈沖能夠入射到光纖上并且基于來自光纖的返回光來以空間分辨率區(qū)域為單位測量溫度分布，該系統(tǒng)包括：

數(shù)據(jù)處理器，其被配置成：

計算第一溫度的溫度分布和第二溫度的溫度分布，該第一溫度的溫度分布是通過來自沿著輥行鋪設(shè)的第一光纖部的返回光而獲得的，該第二溫度的溫度分布是通過來自在比第一光纖部距輥行更遠(yuǎn)的位置處與第一光纖部并排鋪設(shè)的第二光纖部的返回光而獲得的，

針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差，該用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的第一溫度與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的第一溫度之和以及每個空間分辨率區(qū)域的第二溫度與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的第二溫度之和之間的差，并且

當(dāng)所算出的用于評價的溫差超過參考值時，確定在空間分辨率區(qū)域附近的輥出現(xiàn)了異常。

根據(jù)本發(fā)明的第四方面的一種光纖溫度分布測量方法是如下的光纖溫度分布測量方法，其使得光脈沖能夠入射到光纖上并且基于來自光纖的返回光來以空間分辨率區(qū)域為單位測量溫度分布，該方法包括：

基于第一溫度分布和第二溫度分布來計算相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域之間的溫差，該第一溫度分布是通過來自沿著輥行鋪設(shè)的第一光纖部的返回光而獲得的，該第二溫度分布是通過來自在比第一光纖部距輥行更遠(yuǎn)的位置處與第一光纖部并排鋪設(shè)的第二光纖部的返回光而獲得的；

針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差，該用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的第一溫度與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的第一溫度之和以及每個空間分辨率區(qū)域的第二溫度與同其相鄰的空間分辨率區(qū)域的第二溫度之和之間的差；以及

當(dāng)所算出的用于評價的溫差超過參考值時，確定在空間分辨率區(qū)域附近的輥出現(xiàn)了異常。

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供光纖溫度分布測量系統(tǒng)和光纖溫度分布測量方法，其能夠通過鋪設(shè)光纖的簡單工作來簡單地檢測帶式輸送機(jī)的輥異常。

附圖說明

圖1是描繪使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光纖溫度分布測量系統(tǒng)來配置的帶式輸送機(jī)的輥異常檢測系統(tǒng)的配置的框圖。

圖2是說明溫差的計算和用于評價的溫差的計算的示圖。

圖3a和圖3b是說明對彼此相鄰的空間分辨率區(qū)域進(jìn)行相加的示圖。

圖4是描繪光纖溫度分布測量系統(tǒng)的操作的流程圖。

圖5是描繪輥異常檢測系統(tǒng)的另一配置的框圖。

圖6是說明第二溫度分布的計算的示圖。

具體實施方式

將參照附圖來描述本發(fā)明的示例性實施例。圖1是描繪使用根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的光纖溫度分布測量系統(tǒng)100來配置的帶式輸送機(jī)的輥異常檢測系統(tǒng)10的配置的框圖。

如圖1所示，被配置成檢測帶式輸送機(jī)310的輥320的異常的光纖溫度分布測量系統(tǒng)100具有光纖溫度分布測量模塊110和數(shù)據(jù)處理器120。光纖溫度分布測量系統(tǒng)100尤其有利于帶式輸送機(jī)310的輥320的異常檢測。然而，其還可以應(yīng)用于用于其他用途的輥行(rollerrow)的異常檢測。

本文中，多個輥320被保持在金屬輥支撐柱321處并且例如沿帶式輸送機(jī)310的輸送方向以1m為間隔設(shè)置，從而形成輥行。轉(zhuǎn)動異常的輥320的溫度由于在與承載部(bearingpart)或帶式輸送機(jī)310的接觸部處的摩擦而升高。

可以使用例如光纖溫度分布測量裝置(dts：分布式溫度傳感器)來配置光纖溫度分布測量模塊110。在光纖溫度分布測量模塊110中，作為關(guān)于溫度檢測的長度的單位的空間分辨率被定義為規(guī)范?？臻g分辨率通常為約1m并且可能根據(jù)光路徑的長度而改變。

數(shù)據(jù)處理器120具有溫度分布計算器121、溫差計算器122和異常檢測器123，并且可以使用諸如pc的信息處理設(shè)備來配置，在該信息處理設(shè)備中，已安裝有被開發(fā)作為用于光纖溫度分布測量裝置的工具的應(yīng)用軟件。

光纖溫度分布測量系統(tǒng)100被配置成通過使用當(dāng)脈沖光入射到光纖上時會產(chǎn)生的反向散射光的拉曼散射光(其極其依賴于溫度)來測量溫度分布。拉曼散射光包括在光脈沖的波長的短波長側(cè)會產(chǎn)生的反斯托克斯光以及在長波長側(cè)會產(chǎn)生的斯托克斯光，并且其強(qiáng)度比與溫度變化成比例地變化。

在光纖溫度分布測量系統(tǒng)100中，光纖溫度分布測量模塊110和數(shù)據(jù)處理器120的溫度分布計算器121被配置成執(zhí)行與現(xiàn)有技術(shù)相同的操作。

即，光纖溫度分布測量模塊110被配置成使得脈沖光能夠重復(fù)地入射到沿著測量目標(biāo)鋪設(shè)的光纖上，并且測量斯托克斯光和反斯托克斯光的強(qiáng)度相對于脈沖光的時間變化。斯托克斯光和反斯托克斯光的強(qiáng)度的時間變化對應(yīng)于光纖路徑上的反向散射光的產(chǎn)生位置。因此，溫度分布計算器121被配置成基于光纖溫度分布測量模塊110的測量結(jié)果來計算測量目標(biāo)的溫度分布。

在示例性實施例中，光纖210沿著作為測量目標(biāo)的輥行鋪設(shè)。然而，如圖1所示，光纖被鋪設(shè)成環(huán)形，使得形成靠近輥行的第一光纖部211和比第一光纖部211距輥行更遠(yuǎn)的第二光纖部212。第一光纖部211具有測量輥320的溫度的功能，而第二光纖部212具有測量輥320附近的環(huán)境溫度的功能。第一光纖部211和第二光纖部212被筆直地鋪設(shè)成與輥行平行，使得距各個輥320的距離相等。

光纖210被任意地鋪設(shè)成使得第一光纖部211設(shè)置在金屬輥支撐柱321附近，在該處，第一光纖部211可以檢測輥320的溫度的升高，并且可以確保一段距離(例如，20cm至30cm)，在該距離內(nèi)，第二光纖部212不受輥320的溫度升高的影響。即，不需要將光纖210環(huán)繞成線圈形狀或者使光纖與金屬輥支撐柱321緊密接觸。因此，可以簡單地鋪設(shè)光纖210，使得能夠減少鋪設(shè)光纖的繁重工作或抑制成本增加。

數(shù)據(jù)處理器120的溫差計算器122被配置成基于要通過來自第一光纖部211的返回光而獲得的第一溫度分布以及要通過來自第二光纖部212的返回光而獲得第二溫度分布，來計算相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域之間的溫差。

本文中，空間分辨率區(qū)域是由空間分辨率定界的溫度測量區(qū)域。即，針對每個空間分辨率區(qū)域而獲得測量溫度。此外，相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域是指可以被認(rèn)為是在并排鋪設(shè)的第一光纖部211和第二光纖部212的輥行方向上處于相同位置的各空間分辨率區(qū)域。由于在測量結(jié)果的溫度分布中可以容易地指定輥行的兩端的位置，因此還可以容易地指定相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域。

溫差是表示在相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域中第一光纖部211的測量溫度相對于第二光纖部212的測量溫度高多少的值。在相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域中，假設(shè)諸如日光和風(fēng)的周圍環(huán)境的影響基本上相同。因此，認(rèn)為溫差是由于輥320的溫度升高引起的輻射熱而導(dǎo)致的，并且可以排除各種干擾的影響。

然而，輥320的溫度由于異常而引起的升高是局部的并且在空間分辨率區(qū)域內(nèi)平均化。因此，被表示為溫差的值較小且因而難以檢測。此外，當(dāng)安裝位置跨越各空間分辨率區(qū)域的輥320出現(xiàn)異常時，溫度的升高分散在兩個空間分辨率區(qū)域中。因此，溫差進(jìn)一步減小并因而難以檢測。

因此，如圖2所示，異常檢測器123被配置成針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差。用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的溫差與在輥行方向上在每個分辨率區(qū)域前后鄰接的空間分辨率區(qū)域的溫差之和。當(dāng)所算出的用于評價的溫差超過參考值時，確定在該空間分辨率區(qū)域附近的輥出現(xiàn)了異常。

上述配置基于如下事實：即使當(dāng)在特定的空間分辨率區(qū)域內(nèi)溫度升高時，由于空間分辨率的定義，溫度升高的一部分也呈現(xiàn)為相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫度升高，如圖3a所示。在相鄰的空間分辨率區(qū)域中呈現(xiàn)的溫度升高較小。然而，當(dāng)求總和時，強(qiáng)調(diào)了溫度實際上升高的空間分辨率區(qū)域的溫度升高。由此，能夠精確地檢測由于異常輥320而引起的局部的且小的溫度升高。

此外，利用相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫差之和，如圖3b所示，甚至當(dāng)異常輥320跨越兩個空間分辨率區(qū)域并且溫度升高分散在每個空間分辨率區(qū)域內(nèi)時，也能夠利用求和得到的溫度升高來執(zhí)行評價。

隨后，參照圖4的流程圖來描述示例性實施例的光纖溫度分布測量系統(tǒng)100的操作。

首先，溫度分布計算器121基于第一光纖部211的返回光來計算第一溫度分布(s101)，并且還基于第二光纖部212的返回光來計算第二溫度分布(s102)。

然后，溫差計算器122基于第一溫度分布和第二溫度分布來計算相對應(yīng)的空間分辨率區(qū)域之間的溫差(s103)。

在計算溫差之后，異常檢測器123針對每個空間分辨率區(qū)域而計算用于評價的溫差，該用于評價的溫差是每個空間分辨率區(qū)域的溫差與相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫差之和。

然后，確定是否存在所算出的用于評價的溫差超過預(yù)定參考值的空間分辨率區(qū)域(s105)。當(dāng)確定存在所算出的用于評價的溫差超過預(yù)定參考值的空間分辨率區(qū)域時，確定在該空間分辨率區(qū)域附近的輥320出現(xiàn)了異常(s106)。

通過上述操作，光纖溫度分布測量系統(tǒng)100可以檢測輥320的異常。

在上述實施例中，第一光纖部211和第二光纖部212是通過將一條光纖210形成為環(huán)狀而配置的。由此，第一溫度分布的測量時間和第二溫度分布的測量時間是相同的，通過雙向測量，提高了對干擾進(jìn)行去除的效果，并且改善了抗噪。然而，第一光纖部211和第二光纖部212還可以由兩條獨立光纖構(gòu)成。

此外，在上述實施例中，溫差是針對每個空間分辨率區(qū)域而算出的并與相鄰的空間分辨率區(qū)域的溫差相加，從而算出用于評價的溫差。然而，還可以通過將相鄰的空間分辨率區(qū)域的測量溫度相加、然后針對每個空間分辨率區(qū)域而計算溫差來計算用于評價的溫差。

此外，當(dāng)周圍的環(huán)境溫度穩(wěn)定時，光纖210可以僅由第一光纖部211構(gòu)成，而省略了第二光纖部212，如圖5所示。由此，能夠進(jìn)一步簡化鋪設(shè)光纖的工作并節(jié)省成本。

在上述的變型配置中，使用除了相鄰空間分辨率區(qū)域外的空間分辨率區(qū)域的第一溫度分布來估計每個空間分辨率區(qū)域的第二溫度分布。例如，如圖6所示，根據(jù)相隔兩個區(qū)域的前后空間分辨率區(qū)域的測量溫度的平均值來估計第二溫度分布。此外，可以使用其他空間分辨率區(qū)域的溫度來估計第二溫度分布，這是因為其他空間分辨率區(qū)域是除了相鄰空間分辨率區(qū)域外的空間分辨率區(qū)域。例如，可以使用前后空間分辨率區(qū)域之一或者根據(jù)更多個空間分辨率區(qū)域的平均值來估計第二溫度分布。