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煤岩体的破坏与变形会产生能量巨大的弹性波,即煤岩声发射现象。煤岩声发射信号的一些特征会反映出煤岩体的物理力学性能,为煤矿动力灾害的预测提供有用的信息。对煤岩体产生的声发射信号进行采集、分析、定位等研究,可以有效的预测煤矿动力学灾害的发生。本文设计了一款基于PSoC3的高性能煤岩声发射监测系统。该系统设计了高精度声发射传感器,并充分利用了PSoC3丰富的片上资源,能够在监测分站端直接提取煤岩声发射信号,避免上传大量无用数据阻塞网络。 煤岩声发射监测系统的硬件部分由声发射传感器、监测分站组成。监测分站包括信号调理模块、信号采集模块、PSoC3主控模块及以太网模块。其中,声发射传感器采用高精度MEMS加速度传感芯片设计,量程可达±72g,采集信号的带宽可达22KHz。主控模块以片上可编程系统PSoC3为核心,充分利用其硬件运算能力,保证了数据采集的实时性与高速性;并加入了片外SRAM芯片,能够对声发射信号进行高速保存。信号调理模块将电流信号转换为电压信号,并进行电平转换与低通滤波。信号采集模块将3片ADS1278进行级联,实现了高采样率、24位分辨率、24通道同步采集。以W5500为核心进行了以太网模块设计,传输速度快,可靠性高。 在关键技术方面,本系统各模块之间的数据传输全部采用DMA通道完成,极大的加快了数据传输效率,减轻了CPU的负担;利用PSoC3内部的数字信号处理模块(DFB)对实时数据进行计算,在不占用CPU资源的情况下对声发射信号进行高效率提取,能够在声发射信号到来的瞬间对有用信号进行保存,剔除了大部分冗余数据,减轻了以太网传输数据的负担;利用PSoC3的可编程硬件完成对ADS1278高速数据流的逻辑控制,省去了传统的FIFO缓冲单元和CPLD逻辑控制单元; 本文最后对煤岩声发射系统进行了综合测试。测试结果达到了预期的功能,能满足后期声发射信号的动态分析及声源定位运算的需求。