电容式输送机胶带纵向撕裂监控装置的研制

卢 杉 伦 扬

（1.焦作大学机电工程学院，河南 焦作 454003；2.焦作森科智能输送技术有限公司，河南 焦作 454003）

引言

胶带输送机是一种应用广泛的连续物料输送设备。胶带作为带式输送机的重要组成部分，其成本约占整个胶带输送机的一半左右。由于在不同工况的物料输送过程中，常因尖锐异物、物料卡堵、胶带跑偏、钢丝绳抽芯等原因造成胶带纵向撕裂，一旦发生纵向撕裂，将会带来极大的直接和间接损失，尤其是高速度、长距离、大倾角的钢丝绳芯输送带，其损失更大。研制一种可靠实用的输送带纵向撕裂监控装置十分必要和紧迫，实现对输送带纵向撕裂故障的及时发现、及时停机，将损失降低到最小。目前，对胶带输送机胶带纵向撕裂的监控方式主要有：X 光探伤方式、预埋（线圈）方式、超声波方式、CCD 成像方式、红外线方式、射频方式等，这些监控方式结构复杂，成本高，对现场环境要求苛刻，需要对胶带进行二次加工等。另外，还有简单的如导电橡胶型、弦线型、漏料监控型等，这一类监控方法对胶带表面的损伤均不能及时准确地监控到，只能在胶带被异物刺穿后且触动胶带下面的开关机构或被异物刺穿后且同时有足够的料漏到托盘上才能被发现。为了克服目前胶带输送机胶带纵向撕裂监控方法和报警装置所存在的缺陷和不足，本文设计了一种电容式胶带输送机胶带纵向撕裂监控方法和报警装置。

1. 工作原理

电容式输送机胶带纵向撕裂监控装置是应用平面电容传感器监控原理对作为介质的胶带电容值的变化进行监控，从而确定输送机胶带发生纵向撕裂。

平面电容传感器监控原理如图1所示，在胶带下面安装设置若干组平面导电极板，构成平面电容传感器，将胶带作为平面电容传感器的介质。将平面电容传感器从胶带的纵向中心线处分为左右两组对称且相等的平面电容传感器。

图1 平面电容传感器监控原理

当输送机正常工作时，胶带上安装设置的导电极板的尺寸和极板相对位置不发生变化，此时的电容值为

当胶带被异物刺破或撕裂时，胶带的介电常数发生变化，则被测区域胶带的电容值也将随之改变，所以，监控的变化值，也就能监控出胶带是否出现破损或撕裂。

2. 监控报警电路设计

监控报警电路如图2所示，主要由检测传感器模块、微控制器、信息处理模块、输入输出模块及停机报警电路组成。其中，检测传感器板块由信号发生器、高精度整流电路、差动放大电路组成。信号处理模块由信号调理电路、信号放大电路组成。其他外围输入输出设备包括键盘和显示器等。

胶带发生纵向撕裂是物理变化，如何将其转化成电子设备能够识别的电信号的变化，这个转化过程通过传感器来实现。本文采用的电容式传感器是将平面电容传感器从胶带的纵向中心线处分为左右两组对称且相等的两个平面电容传感器和，这两个平面电容传感器与两路电容监控电路相连接，作为电容监控电路的测量振荡器的电容器，通过对它充放电产生振荡周期。该振荡周期与被测电容大小成线性关系，经频率/电压转换电路和低通滤波器后，输出一个电压信号，再经过一个零点可调的输出级得到需要的电压信号Vd1和Vd2。两路电压信号Vd1和Vd2分别送至两个高精度整流电路进行整流，整流后的电压信号送至差动放大器电路进行放大。由于差动放大器电路具有较高的共模抑制比，会被胶带抖动、跑偏、温度变化和钢绳芯胶带内的钢丝绳接头等所产生的共模干扰信号抑制掉，而同时将胶带被异物损伤或撕裂时所产生的事故差模电压变化信号放大后，经A/D转换电路至单片机进行数据处理，当该信号变化超过阈值时，单片机输出报警。

图2 监控报警电路

3. 结论

本文设计了一种电容式输送机胶带纵向撕裂监控装置。该监控装置结构简单，成本低，安装施工方便，广泛适用于普通橡胶输送带和钢丝绳芯输送带，实现在线非接触无损监控，无射线污染，不受安装环境和胶带运行中胶带抖动、跑偏、温度变化和钢绳芯胶带内的钢丝绳接头等所产生的干扰信号的影响，对胶带表面破损和撕裂能及时监控，防止事故扩大。