基于HCNR201的高精度模拟信号隔离电路设计

为解决煤巷掘进过程中的探掘矛盾,研制了基于双频激电法和电场聚焦偏转效应的矿用聚焦双频激电仪。该仪器要求输出单路幅值可控、5路相互隔离的双频调制方波电流,同时完成输出电压电流值的高精度隔离采样。论文深入分析了基于线性光耦HCNR201的高精度线性隔离放大器的工作原理,从理论上推导了电压传递函数关系;提出了矿用聚焦双频激电仪隔离电路设计方案,完成了高精度模拟信号隔离电路设计(包括输出电压电流隔离采样电路及电压隔离控制电路)。通过搭建电压隔离采样电路并对其测试结果精度进行分析,表明该电路可实现0~2.5 V直流电压信号的高精度采集。

基于磁隔离技术的RS485隔离中继器的研制

针对煤矿井下RS485通信特点及传统的RS485隔离中继器存在的问题,研制了基于磁隔离技术及收发自动转换控制技术的RS485隔离中继器。建立了该中继器信号传输理论模型,分析了数据传输状态工作原理,证明其在低频与高频信号传输两种情况下存在不同的机理,但均可实现RS485通信信号的零延时传输。搭建了该中继器性能测试平台,研究了其数据传输、功率及延迟时间特性,通过波形测试,验证了上述理论模型;通过功率特性测试及延迟时间特性测试,深入研究了该中继器的功率特性与延迟时间特性。通过实际通信测试,证明该中继器实现了RS485隔离中继通信功能。

矿用聚焦双频激电法电场扫描探测方法

为实现煤矿巷道超前探测,提出了一种基于双频激电法和电场扫描探测理论的矿用聚焦双频激电法超前探测技术。基于共线点电流源的电力线方程理论,推导煤矿巷道探测电场边界电力线方程算法;提出电场扫描探测策略,分析了电场扫描探测的实际分辨率;基于电介质边界条件,根据巷道地质结构模型推导电力线偏移向量求解公式,分析了地质异常体对电力线的影响。理论计算表明:通过连续改变探测仪各通道电流强度,探测电场扫描分辨率理论上可任意设定,实际探测由实际地质工况条件选定;地质异常体的存在会影响电力线分布,板状体的厚度越大或者围岩与板状体之间的电阻率比值越大或者板状体倾角越大,则电力线偏移向量横坐标与纵坐标的绝对值越大;通过电场聚焦和偏转扫描探测,可确定异常体的直径和方位。

前列腺穿刺活检单针阳性患者前列腺内癌灶分布特点

目的:通过对前列腺穿刺活检单针阳性并接受根治性手术治疗的前列腺癌患者的手术标本病理结果进行回顾分析,了解前列腺内癌灶的分布情况。方法:对我院37例经直肠前列腺穿刺活检,单针阳性确诊为前列腺癌并接受前列腺癌根治术的患者手术前后资料进行比较,评价活检与术后病理结果的非一致性,分析肿瘤总体被低估的可能危险因素。结果:多数患者(26/37)术后病理证实肿瘤呈多灶性分布;术后Gleason评分7～9分患者(21/37)所占比例明显升高;术前临床分期明显被低估;单针中癌组织比例大是术前临床分期被低估的可能危险因素;PSAD>0.2μg/L是肿瘤总体被低估的可能危险因素;前列腺体积较大(体积≥40 ml)时肿瘤多灶性分布的可能性增大。结论:前列腺穿刺活检单针阳性患者的肿瘤可能被低估;其前列腺癌灶的分布具有多灶性特点。

矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统设计

为解决聚焦双频激电法超前探测仪器应用于煤矿井下进行探测的问题,设计了矿用本安型聚焦双频激电法激电信号接收系统.该系统可产生双频PWM驱动控制信号,控制激励信号发送系统产生5路双频调制激励方波电流信号;通过井下测量电极及矿用传输电缆采集微弱激电电压信号,由锁相放大器进行信号处理后获得高低频电压幅值及相位等激电信息;矿用本安型人机界面实现探测数据及图像显示以及对整个系统的控制.研究结果表明:该接收系统产生驱动控制信号的频率为8 Hz及8/13 Hz、4 Hz及4/13 Hz、2 Hz及2/13 Hz、1 Hz及1/13 Hz四组中的任意一组,频率误差绝对值小于0.14%,激电电压幅值测量范围为±5 V,相对测量误差绝对值小于1.4%,满足实际超前探测要求.

交流聚焦激电法煤巷超前探测阻容试验模拟

频域激电法已经在地面及隧道探测中获得广泛应用,为能够用于煤矿井下综掘工作面的超前探测,将其发展为动态电场激励法,根据面极化单元体激发极化机理,推导面极化单元模型等效网络与双电层电容器的等效性,由典型有害地质构造理想化物理模型,搭建等效的阻容网络模型。通过对比分析给定参数的简易阻容模型激电效应测试与理论仿真结果的一致性,验证动态电场激励法原理样机测试装置的可行性和准确性。由电阻定义和面极化阻抗频率特性理论,确定煤巷围岩介质阻容模型参量,以超前探测仪原理样机发射双频调制方波电流信号为激励,经典型有害地质构造等效阻容网络,由高精度数据采集仪进行数据采集与处理,得出激电效应特性变化规律。

超前探测巷道灾害性含导水构造的双频激电法

针对频率域煤巷超前探测灾害性含导水构造解析数学模型研究不足这一现状,基于空间电位拉氏方程和介质电阻率cole-cole模型,建立了煤巷超前探测灾害性含导水构造双频激电法的解析数学模型。通过模型分析,结果表明:双频激电法具有自动消除探测过程中对高低频电位相同干扰因素的影响,以及巷道空腔对探测结果的影响等优点;提出了利用所建解析数学模型,通过观测的视幅频率(PFE)数据快速确定灾害性含导水地质构造的厚度及其距掘进面的距离的方法。最后通过具体实施算例对所提方法进行了详细论证。

电法测量接地电阻计算方法及影响因素仿真分析

采用电法测量时，为提高观测精度和质量，增强电磁耦合抗干扰能力，须合理计算和减小接地电阻。接地电阻可根据电流场性质和导线电阻定义来计算。针对棒状电极，运用MATLAB软件仿真分析其接地电阻随电极半径、入土深度、电极表面附近土壤覆盖距离的变化规律，确定棒状电极的主要尺寸。由于电极尺寸一般相对固定，减小接地电阻主要通过减小电极附近的土壤电阻率和多根电极并联接地。通过仿真分析接地电阻随更换土壤覆盖半径及集合屏蔽效应系数随电极间隔变化规律，指出更换土壤覆盖半径一般取在100~150 cm范围内，电极间隔大于2倍入土深度，此时接地效果最佳。

坑道聚焦双频激电法探测技术

为增加坑道断面前方勘探深度,减小电场全空间效应及干扰因素,发展成为聚焦双频激电法超前探测新技术。根据聚焦双频激电效应探测机理,建立电场线微分方程,分析聚焦双频激电法探测电场空间电流密度分布规律。利用有限单元法求解空间多点电源场异常电位的边值与变分问题,分析空间各节点电位聚焦效应分布特性,数值模拟断面中心两侧测量电极节点处的视电阻率和视幅频率随发射电流变化规律。搭建土槽物理模型试验平台,开展不同规模、不同方位含水异常体聚焦激电效应探测。测试结果表明:随电流的增加,视电阻率逐渐减小,视幅频率逐渐增加,且当激电效应参量达到极值点后,视电阻率增加和视幅频率减小的幅度趋于平缓;与仅有一个含水异常体相比,存在两个含水异常体时具有较为明显的异常激电效应特征;根据不同方位测量电极节点处的激电效应参量差异程度确定异常体存在的具体方向。

聚焦双频激电法超前探水激励信号发送系统设计

为实现聚焦双频激电法的研究,设计了聚焦双频激电法超前探水激励信号发送系统,给出了关键电路的详细设计过程,制作了样机且成功用于实验室巷道模拟试验研究。该系统可以输出5路同频同相的调制激励方波电流信号,且5路信号的幅值是单路可调的,以便形成可控的聚焦探测电流场。另外,系统在根据开关电源原理设计的隔离恒流源基础之上增加了二次恒流电路,改善了输出激励信号的波形;同时与主控系统相关的所有控制信号和采样信号都用线性隔离电路进行隔离处理,而且对逆变电路中的所有驱动信号也进行了隔离,以保证输出的5路激励信号在同时加在同一介质的情况下保持单路连续稳定可调。

煤巷超前探测双频交流激电接收机系统设计

为准确检测煤矿不同地质构造的激发极化信息,针对井下强电磁干扰环境和电器设备使用要求,提出一种适合煤矿井下超前探测的新型双频交流激电接收机。建立以嵌入式单片机为控制中心的硬件系统,研究微弱激电信号检测过程数据处理关键技术,利用C＋＋语言编程完成系统软件设计,实现了激电信息多参量一次性检测,有效保证了微弱激电信号的检测精度。通过阻容模型激电效应试验与分析,观测数据稳定性控制在-1%～1%,视幅频率值最大相对百分比误差不超过0.16%,视相频率值最大相对百分比误差不超过0.08%。

基于Zigbee的矿井移动机器人环境监测系统研究

为了获取矿井下的环境信息,以移动机器人为载体,提出了一种基于Zigbee无线传输的方案。机器人携带传感器深入矿井环境实时采集温度、光照度、湿度、红外强度信息,并将数据传输给上位机,帮助分析判断矿井环境是否适合进行人工操作。通过机器人在矿井模拟实验室下进行的实验,验证了该系统的可行性。

动态定向电场激励法煤巷综掘超前探测发射系统

为解决煤巷综掘过程中日益突出的"探、掘"矛盾,有效探测掘进前方隐伏的含水地质构造,根据动态定向电场激励法原理,采用智能功率模块IPM为核心并辅以DDS信号发生技术,开展煤巷综掘超前探测发射系统硬件各部分电路设计研究.研究结果表明:该系统具有较高的集成度及频率精度,并可基于电场同性相斥原理对探测电场进行控制.

便携式测振记录仪工况记录模块的设计

为加强对煤矿系统设备状态数据的监测,研制了矿用便携式测振记录仪。为了记录测振仪的工作状况,研制便携式测振记录仪的工况记录模块。基于井下复杂条件限制,模块以无线技术为载体,选用TX-2和RX-2芯片为主体分别构成无线信号的发射和接收电路,再结合D/A转换芯片对信号进行处理,将工况记录模块的输出电压接口与整机的信号调理板连接,实现对记录仪工况的记录和存储。

煤巷含水地质构造双频激电探测阻容模拟试验

为研究煤巷含水地质构造双频激电探测中的频域激发极化特性变化规律,指导动态电场激励法开展煤矿井下工业性试验。据面极化体激发极化机理,分析煤巷围岩介质激电效应等效电路,搭建含水地质构造物理模型等效的阻容网络。根据给定参数的简易阻容模型激电效应试验与理论计算结果,确定最佳探测模拟测试方案,模拟不同规模含水地质构造激电效应探测过程。结果表明:当测量电极靠近含水异常体时,视电阻率逐渐减小,而视幅频率逐渐变大;当异常体规模由大变小时,在相同测点处视幅频率减小,而视电阻率增大,当测点距异常体2 m处,测得的视幅频率由11.68%变为9.35%,而视电阻率由312.07Ω·m变为320.37Ω·m,即视幅频率对异常体规模变化更为敏感。

基于阻容模型的聚焦双频激电仪性能检测试验研究

为验证聚焦双频激电仪试验样机的准确性和可靠性,将其发展成为工程样机并开展煤矿井下工业性试验,创成聚焦双频激电法煤巷综掘探测技术。论文根据煤巷围岩介质激发极化特性,设计了可靠的阻容模型RC测试网络。通过分析聚焦双频激电仪激电参量数据采集处理与模型理论计算方法,对比模型视幅频率和相对相位差试验测试和理论计算结果,准确、快速地完成聚焦双频激电仪时频域性能检测。结果表明:试验样机测量相位比测量幅值具有更高的精度,在幅值测量方面有待于进一步的改进和完善。

煤巷超前探测电法仪恒流模块设计

基于单端反激开关电源原理设计并制作了高精度,高可控制性恒流模块,给出了关键部分电路参数的详细设计和计算过程。最后对模块的恒流精度和可控性进行了实验测试,并且给出了该模块在双频激电法超前探测激励信号发送系统中的应用实例。另外该恒流模块还可用于直流电阻率法、激发极化法及其他不同电法超前探所需电法仪的激励信号发送系统。

柱塞悬浮式单体液压支柱动态特性仿真研究

根据柱塞悬浮式单体液压支柱结构组成及工作原理,建立系统动态数学模型,运用MATLAB软件判定系统的稳定性;同时改变支柱某些结构参数和工作参数,结合Simulink仿真子模块对系统的动态特性进行仿真研究。通过分析动态响应特性曲线的品质,找出影响破坏支柱的主要因素,为优化单体液压支柱综合性能提供理论依据和技术支持。

聚焦双频激电法煤巷超前探测土槽实验研究

基于聚焦双频激电法原理设计并制作了聚焦双频激电仪,模拟井下环境建立了土槽实验台并构造了含水异常体,给出了实验台的详细设计过程。基于垂直于煤巷断面的特殊布极方法,在无偏转条件下,通过变换屏流比和两测量电极的相对位置关系,测得在有无含水异常体下的视幅频率数据。根据数据分析得到了此条件下的最佳屏流比及最佳测量电极位置。

DWX型单体液压支柱虚拟设计与联合仿真研究

运用虚拟设计与联合仿真技术,综合Pro/E、MATLAB与ADAMS软件的优点,在Pro/E环境下完成单体液压支柱零部件的三维参数化设计;运用MATLAB软件对模型系统的动态特性进行仿真研究,分析破坏支柱的主要因素,改进重要零部件设计参数;通过MECHANISM/Pro接口建立支柱动力学模型,运用ADAMS/Solver模块对支柱升降的运动学和动力学特性进行虚拟试验,与实际工况进行对比分析;通过反复修改设计缺陷,完成单体液压支柱综合性能优化设计。解决了支柱产品制造成本高、试验毁坏性严重、零部件故障诊断困难等难题,为研制新型支柱提供理论依据与技术支持。