基于光纤传感的矿用生命体征监测系统设计

为了实时监测井下人员工作及灾变时期的健康状况,设计了一种新型光纤光栅传感器测量井下操作人员生命体征综合参数的监测系统,研究了光纤光栅传感器对人员体表温度、心率及呼吸频率的测量方法,给出了试验数据及图表。结果表明:温度变化引起的光纤光栅波长偏移灵敏度为7.5 pm/℃,心脏跳动一次引起的光纤光栅中心波长偏移为122 pm以上,呼吸发生一次光纤光栅中心波长偏移1 220 pm以上;此光纤光栅传感系统本质安全、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐灰尘、质量小,非常适合于井下应用。

光纤压力传感器在煤矿中的应用研究

针对目前煤矿安全监控系统中传感器存在的检测精度低、稳定性差、可靠性差和易受电磁干扰等问题,将新颖的光纤传感技术应用于煤矿行业。重点讨论了光纤压力传感技术在煤矿中的几种应用方案,如煤车称重、锚杆应力、水位等压力应力检测等。研究结果表明,光纤传感本质安全、耐腐蚀、灵敏度高、使用寿命长,非常适用于煤矿生产环境参数检测,为改进煤矿安全监控系统提供了新颖的思路和切实可行的解决方案。

单元件高低浓度甲烷传感器的设计与应用

为解决当前矿用高低浓度甲烷传感器在测量切换点误差大、功耗大、零点漂移严重等问题,提出了一种基于单元件的高低浓甲烷传感器的设计方法。系统输入为21V电流本安电源,并通过高效率低冲击电流的开关电源降压芯片给信号处理电路供电。利用AT89C52单片机进行信号处理,性能可靠,价格低廉。实验结果表明:该系统不仅能准确测量甲烷浓度,而且能远距离传输、成本及功耗低、实时性强、可靠性高。

无线充电技术在矿用甲烷便携仪中的应用研究

针对现有矿用甲烷便携仪接触式充电方式存在的充电触点易松动、氧化,长时间充电使电池寿命短等问题,提出采用无线充电技术对矿用甲烷便携仪进行充电,设计了无线充电电路,在此基础上研制了矿用甲烷便携仪及无线充电器样机。实验结果表明,采用无线充电技术能够可靠、安全地实现矿用甲烷便携仪电池充电,充电时应使发射线圈和接收线圈间距尽量小,从而获得较高的能量传输效率。

基于DDS技术的矿用风速传感器设计

针对现有煤矿井下用风速传感器工况条件差、性能易下降的问题,设计了一种基于DDS技术的矿用风速传感器。该传感器采用DDS技术设计了具有高稳定性谐振频率的超声波振荡电路,利用卡曼涡街原理实现了风速值实时、精准的测量。试验结果表明,该风速传感器可靠性高,测量误差较小,抗干扰性强。

基于LoRa技术的矿用无线一氧化碳传感器设计

针对煤矿电化学一氧化碳传感器在实际应用中存在的布线繁琐、功耗大、精度低、信噪比低等问题,设计了一种基于LoRa无线组网模块与MSP430F2013单片机的无线一氧化碳传感器,通过单片机内部集成电路完成信号的放大、模数转换及软件滤波,利用单片机内部的空闲休眠机制完成整机的低功耗处理,并结合LoRa无线组网模块完成无线传输。基本误差与功耗实验结果表明,传感器整机功耗可控制在46 mAh以内,传感器精度满足行业标准要求,可实现煤矿井下一氧化碳的连续可靠监测。

基于振动信号相位检测的大型机电设备故障诊断技术

针对煤矿大型机电设备存在故障检测和定位困难,维修周期长等问题,通过对故障诊断技术研究现状分析,研究设计基于信号互功率谱的相位检测算法,并研发了基于FPGA和双核控制器的振动监测分站、振动传感器、温度传感器和上位机监控软件等,形成了一套机电设备故障诊断系统。通过现场工业试验,系统运行稳定可靠,能预先判断设备运行状态并给出相应的措施,大大减少了现场检修和维护人员的工作量,提高了煤矿安全生产的效率。

电磁耦合及智能标校技术在矿用甲烷便携仪中的应用研究

为解决矿用甲烷便携仪充电触点易氧化、松动,及其人工标校浪费大量人工投入的问题,提出将电磁耦合技术及智能标校技术应用于矿用甲烷便携仪,探索了电磁感应电磁耦合效率与线圈大小、形状、充电距离间的关系,得出电磁耦合的高效化方法,并通过试验验证能量传输效率可达70%左右;探索一种基于红外通信的智能标校方案,实现对便携仪的智能标校,具有延长矿用甲烷便携仪电池使用寿命,为矿井节省大量人工标校投入的巨大优势。

LoRa射频芯片的无线激光甲烷传感器设计

为解决目前煤矿无线甲烷传感器在实际应用中存在的功耗高、通信距离近、响应速度慢以及精度低等诸多问题,本文基于LoRa通信技术,以ARM主控制器STM8L151C8T6和LoRa射频芯片SX1268为核心,设计了一种无线激光甲烷传感器。重点介绍了传感器的工作原理及低功耗的实现方案,给出了硬件电路设计和软件程序流程。经实验验证该无线激光甲烷传感器具有通信距离远、功耗低、精度高等优势,解决了现存的问题,对提升安全监控系统运维的智能性和可靠性具有重要意义。

无线电能传输技术双向DCDC的仿真研究

双向磁耦合无线电能传输技术对于能量的灵活交互具有极大的便利性,本文针对磁耦合谐振型无线电能传输技术,以LCC为谐振补偿拓扑,单相全桥为逆变电路,研究系统模型、传输特性及双向控制技术,以及在线圈耦合变化及故障工作状态和移相全桥ZVS的实现条件。根据移相控制方案设计原副边独立的控制环路。经过仿真验证,LCC谐振网络具有阻抗变换及电压电流互易特点,使得系统谐振状态更稳定,对互感变化及故障情况有更好的鲁棒性,可实现零无功传输。此外,系统双向功率控制及移相全桥ZVS均得到较好实现。

分布式光纤测温系统在采空区火灾监控预警中的应用

为解决现有束管系统在煤矿采空区火灾监控预警中响应慢、无法定位的缺陷,在分析采空区火灾成因及过程的基础上,提出新的火灾监测办法,利用光纤传感技术实现采空区分布式长距离连续测温。介绍了分布式光纤测温的原理及其在采空区的应用实现方法,并给出其实时测温曲线,充分验证了基于光纤传感的测温系统对比已有束管系统的响应快、远程传输、实时、抗干扰等优势。

基于捷联惯性导航的煤矿监察执法系统设计与应用

针对目前煤矿安全监察部门的执法水平落后,执法监察行为不规范等行业问题,通过研究微机电技术、惯性导航技术、蓝牙定位技术与实时分布式数据库技术,设计了包括执法终端、安全生产执法平台与执法监管云平台三部分的基于捷联惯性导航的煤矿执法系统,经测试在井下执法导航误差不超过3‰。实现了规范执法人员执法、井下执法数据同步、执法过程精准自主导航、执法轨迹可追踪,为煤矿执法监管云平台提供了可信的执法信息。

基于差压原理的风速风向传感器设计

针对目前矿用超声波涡街原理的风速传感器长时间工作在工况较差条件下容易出现性能变差、跳数、数值下降等问题,提出了一种基于差压原理的风速风向传感器设计方案。该设计采用S型皮托管及高精度微差压传感器作为取压装置,通过计算确定风向和风速值,电路简单、可靠,抗电磁干扰能力强。另外,传感器内置GY-25角度传感器,对风速值的测量进行角度补偿。基本误差实验表明,基于差压原理的具有角度补偿的风速传感器在测量风速时,测量值与标准值的差均不大于±0.2 m/s。