基于FBG的三维矿山声振应急监测技术研究

发布时间：2017-10-27 07:27

  本文关键词：基于FBG的三维矿山声振应急监测技术研究

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【摘要】：随着光纤传感技术、光纤通信技术和信息化技术的发展,近十几年来,光纤传感技术在众多研究人员的推动和探索下,越来越多地被人们所熟悉和使用,信息化技术也更多地应用到人们的生产生活当中。将光纤Bragg光栅传感技术与传统拾音器检测原理有机结合,进而研究出高灵敏度、高性能、低损耗的光纤Bragg光栅拾音器,并且将其应用到三维矿山的声振应急监测平台系统中,研发出基于光纤Bragg光栅的三维矿山声振应急监测技术,是现代工业生产与生活的发展对声音拾取和监测提出的需求,对工业生产生活具有极大的价值和深远的意义。 本论文的主要研究内容是基于FBG的拾音器与具有三维矿山声振应急监测功能的软件系统,文中对FBG拾音器进行了传感器参数的理论推演,使用ANSYS软件进行模拟分析,针对仿真结果进行传感器结构设计和实验,并应用FBG拾音器组成简单的声源定位传感阵列,设计开发了基于三维可视化平台的FBG声源定位声振应急监测呼救软件系统。论文的主要研究内容是： 首先,对研究课题的背景和意义进行介绍,阐述了光纤Bragg光栅抬音器和三维矿山可视化软件系统的研究现状与进展,指出传统电拾音器在煤矿等特定场合和情况下的使用缺陷,和光纤Bragg光栅拾音器的优势,以及三维矿山可视化声振应急监测呼救系统的使用意义,从而进一步阐释了光纤Bragg光栅拾音器的声波传感技术,包括光纤Bragg光栅的传感原理和模型,及其解调原理和方法。 然后,从理论上推导分析了光纤Bragg光栅拾音器的敏感部件振动膜的参数和运动规律的表达式,并使用ANSYS软件对敏感部件进行了有限元模拟分析,并进一步根据以上理论公式和仿真结果,对FBG拾音器的结构进行了设计研发,设计实验测试了FBG拾音器,得到实验结果并分析处理了实验数据。 最后,设计开发了光纤Bragg光栅声源定位声振应急监测软件系统,该系统基于三维可视化平台,结合光纤Bragg光栅抬音器,应用于煤矿等要求本质安全的工业环境。
【关键词】：光纤Bragg光栅(FBG) 拾音器 三维可视化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究的目的和意义11-13
• 1.2 光纤Bragg光栅拾音器的研究现状与进展13-17
• 1.3 论文的主要内容17-19
• 第二章 光纤Bragg光栅的声波传感技术19-29
• 2.1 FBG的传感原理19-21
• 2.2 FBG的轴向应变传感模型21-23
• 2.3 基于光电换的匹配光栅解调23-26
• 2.4 光纤Bragg光栅拾音器的传感原理26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第三章 光纤Bragg光栅拾音器的理论与有限元分析29-45
• 3.1 FBG拾音器振动膜的理论推演分析29-39
• 3.1.1 振动膜的模型29-31
• 3.1.2 振动膜的受力分析31-33
• 3.1.3 振动膜的运动方程和力学分析33-36
• 3.1.4 振动膜的理论分析36-39
• 3.2 FBG拾音器的有限元模拟分析39-44
• 3.2.1 有限元分析法的介绍40-41
• 3.2.2 振动膜的有限元分析41-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 光纤Bragg光栅拾音器的设计及实验45-61
• 4.1 FBG拾音器的设计45-52
• 4.1.1 传统拾音器的结构和原理45-48
• 4.1.2 FBG拾音器振动膜的设计和封装固定48-52
• 4.2 振动膜比较的初步实验52-54
• 4.3 FBG拾音器的实验与数据分析54-57
• 4.4 拾音的实验57-58
• 4.5 复用技术与FBG拾音器传感阵列58-60
• 4.6 本章小结60-61
• 第五章 基于三维平台的声源监测系统61-71
• 5.1 需求分析61-62
• 5.2 系统设计62-65
• 5.2.1 系统架构62-63
• 5.2.2 系统开发技术与基本界面63-64
• 5.2.3 系统数据库结构64-65
• 5.3 声源定位算法65-68
• 5.4 系统功能68-69
• 5.4.1 声振监听功能68-69
• 5.4.2 声源定位功能69
• 5.5 本章小节69-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-77
• 攻读硕士期间发表的论文、专利和参与的项目77-78
• 学位论文评阅及答辩情况表78

【参考文献】

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本文编号：1102519