基于小波变换的煤与瓦斯突出声发射监测仪的研究

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煤与瓦斯突出是煤矿安全生产最严重的事故灾害之一。目前,随着矿井的挖掘深度的增加、开采规模的日趋扩大,煤与瓦斯突出发生的频率、强度以及造成的人员伤亡程度明显增长。造成这一事故的主要原因就在于:目前仍然广泛采用传统的接触式预测方式获得一些量化指标来预测煤与瓦斯突出的危险性,但是这种方法存在大量的弊端。近几年来出现的因预测指标未超过临界值而发生的近百起的瓦斯突出事故,归根结底在于这种预测突出的方法是静态的,不能实时监测到瓦斯的动态变化情况。煤体声发射信号是瓦斯突出明显的前兆信息之一,它能够反映煤体的受力情况,故可利用非接触式的方法通过监测声发射信号来实现煤与瓦斯突出的预测。本文设计了一种利用声发射监测技术预测预报煤与瓦斯突出的监测仪,该监测仪能够实现煤与瓦斯突出的非接触式动态预测。本文主要从以下几个方面进行研究:(1)由于声发射信号比较微弱而且混有噪声,现有监测仪的消噪技术又不能准确的预报声发射监测的情况,本论文利用小波变换良好的时-频特性,提出了基于小波变换的消噪方法,并通过Matlab仿真软件进行仿真并在DSP实验平台进行试验,证明该思想的可行性。(2)根据监测系统的要求和预期达到的效果,设计了系统的总体框架。同时根据突出预测快速、及时、准确的要求,给出了一种DSP+单片机的双CPU架构的监测思路。其中,DSP芯片主要负责采集和处理煤与瓦斯突出时发出的声发射信号,单片机则负责完成整个仪器的人机交互功能。从技术角度出发,本文详细研究了各个指标的测量原理和手段。(3)详细地介绍了监测仪各功能模块的硬件电路设计。信号采集电路部分包括传感器电路、信号调理电路以及A/D转换电路等。DSP编程实现数据的采集和分析处理。这里要注意的是,本文选用的是DSP的HPI口,通过双方共享DSP的存储器来实现与单片机的快速通信。单片机及外围电路部分主要包含了单片机最小系统电路、外部数据存储器和I/O扩展电路以及人机接口电路等,人机接口电路则包括LCD显示、键盘输入、声光报警等。除此之外,单片机可利用RS-485驱动器和上位机相连把数据上传给上位机进行下一步的分析和处理。
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