矿用分布式声传感系统设计
发布时间：2021-01-22 13:15
煤矿井下空间狭窄、环境复杂、设备众多,导致各类突发的煤矿事故具有极大的破坏性,会造成井下供电系统的完全瘫痪,而由于备用电源难以支撑长时间的救援过程,最终造成传统的人员定位系统与通信联络系统无法正常工作,致使救援队伍难以及时准确定位被困人员。因此,为了提高煤矿安全生产水平,降低矿难人员死亡率,本文针对煤矿井下重大事故发生后的无电环境,开展了可对井下被困人员进行无源应急救援定位的矿用分布式声传感系统研究,从而为煤矿应急救援技术的发展提供一种新的解决思路与方案。本论文完成的主要工作如下:（1）研究了光纤声音传感机理,设计了萨格奈克（Sagnac）与马赫-泽德尔（Mach-Zehnder）复合结构的声检测系统方案,利用Lab VIEW图形化编程软件实现了矿用分布式光纤声传感系统中声音信号采集、时频域信号显示、频域信号函数拟合、宽频冲击信号零频点定位等功能。（2）为了满足井下集成化多通道信号采集的需求,设计了双通道矿用麦克风嵌入式组合方案,利用STM32微控制器实现了双路机械式光开关的切换控制、信号采集与显示,使用FreeRTOS系统和STemWin用户图像界面库开发了嵌入式声传感系统人机交互界...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 传统矿用应急通讯及人员定位技术
1.2.2 光纤声传感技术研究
1.2.3 萨格奈克光纤声传感器定位技术研究
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 论文安排
第二章 矿用分布式声传感系统方案设计
2.1 分布式声传感系统整体方案
2.2 光纤声音传感与定位机理分析
2.2.1 光纤声音传感原理分析
2.2.2 光纤声音定位原理分析
2.3 分布式声传感系统器件选型
2.3.1 光源
2.3.2 光纤耦合器
2.3.3 光电探测器
2.3.4 声源
2.4 声传感系统上位机系统设计
2.4.1 软件总架构
2.4.2 采集参数设置及数据采集模块
2.4.3 数据处理模块
2.4.4 前面板设计
2.5 本章小结
第三章 双通道矿用麦克风嵌入式模块设计
3.1 双通道矿用麦克风嵌入式模块方案
3.2 双通道矿用麦克风嵌入式硬件设计
3.2.1 嵌入式微控制器选型
3.2.2 显示输出与触摸输入电路
3.2.3 光开关驱动电路
3.2.4 A/D采集电路介绍
3.3 双通道矿用麦克风嵌入式模块软件设计
3.3.1 系统任务
3.3.2 嵌入式人机交互界面
3.4 本章小结
第四章 基于延迟线的声传感定位算法设计
4.1 基于延迟线的声传感定位方案设计
4.2 可调光纤延迟线分类及原理
4.2.1 增量式可调光纤延迟线
4.2.2 高精度连续可调光纤延迟线
4.2.3 增量式和高精度连续可调光延迟线比较
4.3 基于延迟线的声传感系统定位算法设计与仿真
4.3.1 定位原理分析
4.3.2 MATLAB仿真分析
4.4 特征频率的获取
4.5 本章小结
第五章 实验结果与分析
5.1 矿用分布式声传感系统性能测试
5.1.1 单音测试方案及结果
5.1.2 指向性测试方案及结果
5.1.3 频率响应测试方案及结果
5.1.4 频率精度及分辨率测试方案及结果
5.2 上位机系统测试结果
5.3 嵌入式双通道麦克风系统及双通道测试结果
5.3.1 嵌入式双通道麦克风系统测试方案
5.3.2 嵌入式双通道麦克风系统界面及偏移放大测试
5.3.3 嵌入式双通道麦克风系统双通道测试结果
5.4 声传感系统模拟煤矿环境应用测试
5.5 声传感定位系统定位结果
5.5.1 延迟线方法定位与零频点定位结果对比
5.5.2 延迟线方法定位重复性定位结果
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式光纤振动传感系统的多级零频点定位研究[J]. 王宇,吴瑞东,王东,谭晋隆,刘昕,靳宝全. 传感技术学报. 2017(05)
[2]光纤振动传感系统相位调制模块的嵌入式设计[J]. 吴瑞东,王宇,王东,谭晋隆,刘昕,靳宝全. 传感技术学报. 2017(02)
[3]高精度连续可调光纤延迟线技术[J]. 覃朝坚. 光通信技术. 2016(07)
[4]基于反馈环全光纤干涉的一种新型光声检测方法[J]. 何宇婧,柳媛瑾,贾波,石艺尉. 复旦学报(自然科学版). 2016(01)
[5]煤矿井下人员定位系统的现状及发展趋势[J]. 王怡文. 内蒙古煤炭经济. 2015(11)
[6]产煤发达国家生产现状及安全形势分析[J]. 祁海莹. 中国煤炭. 2015(08)
[7]光开关端口独立驱动控制器设计[J]. 施维,朱萍玉,许沛胜,申昊文. 国外电子测量技术. 2015(01)
[8]基于STM32和emWin图形库的液晶显示系统设计[J]. 肖林京,于鹏杰,于志豪,常龙,岳明臣. 电视技术. 2015(01)
[9]煤矿井下通信系统的现状及趋势[J]. 吕志强. 中国煤炭. 2014(05)
[10]光纤光栅水听器研究进展[J]. 徐汉锋,李东明,吴国军. 声学与电子工程. 2014(01)
博士论文
[1]基于时延估计的干涉型光纤传感定位系统研究[D]. 吴媛.复旦大学 2014
[2]分布式光纤振动传感器及其定位技术研究[D]. 许海燕.复旦大学 2011
[3]分布式光纤传感与信息处理技术的研究及应用[D]. 孙琪真.华中科技大学 2008
[4]分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究[D]. 曲志刚.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于ZigBee的井下人员定位技术研究[D]. 孙晶晶.燕山大学 2013
[2]分布式光纤振动传感系统设计[D]. 王建.华中科技大学 2011
本文编号：2993291
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 传统矿用应急通讯及人员定位技术
1.2.2 光纤声传感技术研究
1.2.3 萨格奈克光纤声传感器定位技术研究
1.3 本课题的主要研究内容
1.4 论文安排
第二章 矿用分布式声传感系统方案设计
2.1 分布式声传感系统整体方案
2.2 光纤声音传感与定位机理分析
2.2.1 光纤声音传感原理分析
2.2.2 光纤声音定位原理分析
2.3 分布式声传感系统器件选型
2.3.1 光源
2.3.2 光纤耦合器
2.3.3 光电探测器
2.3.4 声源
2.4 声传感系统上位机系统设计
2.4.1 软件总架构
2.4.2 采集参数设置及数据采集模块
2.4.3 数据处理模块
2.4.4 前面板设计
2.5 本章小结
第三章 双通道矿用麦克风嵌入式模块设计
3.1 双通道矿用麦克风嵌入式模块方案
3.2 双通道矿用麦克风嵌入式硬件设计
3.2.1 嵌入式微控制器选型
3.2.2 显示输出与触摸输入电路
3.2.3 光开关驱动电路
3.2.4 A/D采集电路介绍
3.3 双通道矿用麦克风嵌入式模块软件设计
3.3.1 系统任务
3.3.2 嵌入式人机交互界面
3.4 本章小结
第四章 基于延迟线的声传感定位算法设计
4.1 基于延迟线的声传感定位方案设计
4.2 可调光纤延迟线分类及原理
4.2.1 增量式可调光纤延迟线
4.2.2 高精度连续可调光纤延迟线
4.2.3 增量式和高精度连续可调光延迟线比较
4.3 基于延迟线的声传感系统定位算法设计与仿真
4.3.1 定位原理分析
4.3.2 MATLAB仿真分析
4.4 特征频率的获取
4.5 本章小结
第五章 实验结果与分析
5.1 矿用分布式声传感系统性能测试
5.1.1 单音测试方案及结果
5.1.2 指向性测试方案及结果
5.1.3 频率响应测试方案及结果
5.1.4 频率精度及分辨率测试方案及结果
5.2 上位机系统测试结果
5.3 嵌入式双通道麦克风系统及双通道测试结果
5.3.1 嵌入式双通道麦克风系统测试方案
5.3.2 嵌入式双通道麦克风系统界面及偏移放大测试
5.3.3 嵌入式双通道麦克风系统双通道测试结果
5.4 声传感系统模拟煤矿环境应用测试
5.5 声传感定位系统定位结果
5.5.1 延迟线方法定位与零频点定位结果对比
5.5.2 延迟线方法定位重复性定位结果
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]分布式光纤振动传感系统的多级零频点定位研究[J]. 王宇,吴瑞东,王东,谭晋隆,刘昕,靳宝全. 传感技术学报. 2017(05)
[2]光纤振动传感系统相位调制模块的嵌入式设计[J]. 吴瑞东,王宇,王东,谭晋隆,刘昕,靳宝全. 传感技术学报. 2017(02)
[3]高精度连续可调光纤延迟线技术[J]. 覃朝坚. 光通信技术. 2016(07)
[4]基于反馈环全光纤干涉的一种新型光声检测方法[J]. 何宇婧,柳媛瑾,贾波,石艺尉. 复旦学报(自然科学版). 2016(01)
[5]煤矿井下人员定位系统的现状及发展趋势[J]. 王怡文. 内蒙古煤炭经济. 2015(11)
[6]产煤发达国家生产现状及安全形势分析[J]. 祁海莹. 中国煤炭. 2015(08)
[7]光开关端口独立驱动控制器设计[J]. 施维,朱萍玉,许沛胜,申昊文. 国外电子测量技术. 2015(01)
[8]基于STM32和emWin图形库的液晶显示系统设计[J]. 肖林京,于鹏杰,于志豪,常龙,岳明臣. 电视技术. 2015(01)
[9]煤矿井下通信系统的现状及趋势[J]. 吕志强. 中国煤炭. 2014(05)
[10]光纤光栅水听器研究进展[J]. 徐汉锋,李东明,吴国军. 声学与电子工程. 2014(01)
博士论文
[1]基于时延估计的干涉型光纤传感定位系统研究[D]. 吴媛.复旦大学 2014
[2]分布式光纤振动传感器及其定位技术研究[D]. 许海燕.复旦大学 2011
[3]分布式光纤传感与信息处理技术的研究及应用[D]. 孙琪真.华中科技大学 2008
[4]分布式光纤油气长输管道泄漏检测及预警技术研究[D]. 曲志刚.天津大学 2007
硕士论文
[1]基于ZigBee的井下人员定位技术研究[D]. 孙晶晶.燕山大学 2013
[2]分布式光纤振动传感系统设计[D]. 王建.华中科技大学 2011
本文编号：2993291
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/anquangongcheng/2993291.html
