一
研究背景
为了解决现有液压支架姿态测量系统测量参数少、精度不高、传感器数据处理能力弱、有线信号传输方式布线复杂、工况环境适应性差等问题，研制了以DSP为核心、以MEMS惯导为测量元件、具备LoRa无线功能的姿态传感器，提出一种直接测量与间接测量相结合的液压支架关键姿态参数测量系统。
二
液压支架姿态关键参数测量方法
液压支架姿态关键参数测量方法包括直接测量和间接测量2种，其中底座、前连杆、掩护梁和顶梁与水平面夹角及推移步距采用直接测量方式，支护高度、立柱与平衡千斤顶长度采用间接测量方式。
直接测量方式：采用MEMS惯性测量元件MPU6050测量底座、前连杆、掩护梁和顶梁与水平面的夹角；液压支架推移步距可采用干簧管式位移传感器和磁致伸缩位移传感器等接触式测量方式，也可采用基于直接飞行时间原理的红外激光测距传感器进行非接触测量。
间接测量方式：支架支护高度、立柱长度和平衡千斤顶长度3个参数难以直接测量，故采用间接测量方式。对双立柱掩护式液压支架进行抽象简化，得到两自由度多连杆耦合二维杆系模型，根据几何关系解算支护高度、立柱长度和平衡千斤顶长度。
三
液压支架关键姿态参数测量系统设计
1、硬件设计
液压支架关键姿态参数测量系统硬件包括安装于底座、前连杆、掩护梁、顶梁处的4个具备无线通信功能的姿态传感器和1个安装于底座的红外激光测距传感器。该系统通过LoRa无线通信方式组网，底座处的姿态传感器作为网关（即网关传感器），其他3处的姿态传感器作为节点（即节点传感器）。
姿态传感器系统硬件以TMS320F28335作为控制器，主要包含DSP控制核心、DC/DC电源稳压模块、姿态角监测模块、测距传感器、OLED显示模块、LoRa无线通信模块、CAN通信模块和供电模块。
2、软件设计
软件部分完成对各电路部件的控制及网关和节点之间的数据传输。以网关传感器程序为例，程序流程主要包括系统状态初始化、外设功能初始化、传感器模块初始化、组网通信配置、网关传感器倾角与推移步距计算、节点数据获取、支护参数计算和信息显示。
四
测试分析
姿态传感器角度测量精度测试结果表明，姿态角测量的最大绝对误差为0.2°。
液压支架关键姿态参数测量精度测试结果表明，支护高度、立柱长度、平衡千斤顶长度测量的最大百分比相对误差分别为0.78%，0.72%，0.83%，推移步距测量的最大绝对误差为1.9 mm。
以ZY9000/22/45D型液压支架为例，分析其在不同姿态角范围下的误差分布，得到支护高度最大测量误差为27.4 mm，立柱长度最大测量误差为16.6 mm。
作者简介
第一作者：刘相通(1996—) ，男，河北唐山人，硕士研究生，研究方向为测试计量技术与仪器，E-mail: 15832502671 @163.com。通信作者：李曼(1964—)，女，陕西西安人，教授，研究方向为矿山设备智能检测与控制，E-mail: liman151 @xust.edu.cn。
引用格式
刘相通，李曼，沈思怡，等. 液压支架关键姿态参数测量系统[J]. 工矿自动化，2024，50（4）：41-49.
LIU Xiangtong, LI Man, SHEN Siyi, et al. Measurement system for key attitude parameters of hydraulic support[J]. Journal of Mine Automation，2024，50（4）：41-49.
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