基于透射式的煤尘浓度监测系统方法研究

发布时间：2017-08-30 18:29

  本文关键词：基于透射式的煤尘浓度监测系统方法研究

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【摘要】：在采煤作业的过程中,巷道内会产生大量的煤尘,不仅影响作业生产,还会对采煤工作人员的健康造成极大的危害,引发煤肺病,而且当煤尘浓度达到一定界限并有明火时,还会发生煤尘爆炸事故,威胁矿井安全生产。因此,矿井煤尘浓度监测已成为煤矿安全生产的重要环节之一,及时有效地监测生产过程中产生的煤尘是必要的,采取有效除尘降尘措施,确保作业现场人员的生命安全。本文在十二五国家支撑计划项目“矿井爆炸危险性实时监测预警技术研究2013BAK06B08”的资助下,围绕煤尘监测预警装置的研制目标,在分析比较了国内外常用的煤尘浓度检测方法的基础上,提出了基于结合朗伯-比耳定律和Mie散射理论的煤尘浓度测量方法。本文在分析了透射式煤尘浓度测量原理基础上,利用Mie理论测定两个小角散射光强比,得到煤尘颗粒平均粒径,然后利用朗伯-比尔定律,通过测量出透射激光的衰减程度,得到煤尘的浓度。本文在分析了测量系统中可能造成测量误差的各种因素,对测量系统进行针对性设计,将双光路比例差分应用到测量系统中,有效地消除温度变化、光源波动等因素造成的测量误差。在采集煤尘浓度信号分析处理中,针对光电传感器微弱信号在放大及转换过程中加入的各种噪声信号使用数字滤波算法处理,通过仿真及实验,验证了滤波算法的性能和可靠性。本文完成了煤尘测量系统的软、硬件设计,硬件主要包括前置放大电路、A/D转换电路、FPGA主控制模块、CAN总线通讯电路、显示与声光报警电路及电源电路。软件设计包括FPGA程序设计,A/D模数转换驱动程序和数据滤波处理模块的设计及CAN总线通信模块的设计等。最后,对煤尘浓度监测系统进行了实验验证,实验结果完全符合设计的要求。
【关键词】：煤尘浓度检测 透射式 朗伯-比尔定律 信号噪声处理
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD714.3
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 背景及意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-23
• 1.3 本文主要研究内容23-24
• 2 基于光学原理的煤尘测量理论分析24-34
• 2.1 煤尘空间分布的数学函数24-25
• 2.2 光散射理论25-27
• 2.3 Mie散射理论27-29
• 2.4 消光法和朗伯-比尔定律29-31
• 2.5 煤尘平均粒径的测量31
• 2.6 煤尘浓度的测量31-33
• 2.7 本章小结33-34
• 3 煤尘测量系统的设计34-49
• 3.1 测量系统的整体方案34-35
• 3.2 测量关键环节的分析与选取35-39
• 3.3 煤尘浓度测量系统的设计39-48
• 3.4 本章小结48-49
• 4 煤尘浓度测量信号的处理49-69
• 4.1 测量系统的噪声分析49-53
• 4.2 数字滤波算法选择53-56
• 4.3 IIR数字滤波器设计56-63
• 4.4 基于FPGA的IIR数字滤波器实现63-65
• 4.5 IIR数字滤波综合仿真分析65-68
• 4.6 本章小结68-69
• 5 煤尘测量系统的标定及误差分析69-74
• 5.1 测量系统的标定69-71
• 5.2 测量系统重复性验证71-72
• 5.3 测量系统的误差分析72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 总结与展望74-76
• 6.1 本文工作总结74
• 6.2 后续工作展望74-76
• 参考文献76-79
• 附录79-81
• 作者简历81-83
• 学位论文数据集83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 唐娟;;粉尘浓度在线监测技术的现状及发展趋势[J];矿业安全与环保;2009年05期

2 石林雄;粉尘浓度测量仪[J];计量技术;1996年10期

3 李晓帆;刘天生;王鹏飞;;基于光散射测量原理的粉尘浓度检测仪的设计[J];机械管理开发;2009年06期

4 胡倩;侯宏录;;基于激光差分探测的粉尘浓度测量技术[J];电子测试;2013年24期

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1 杜丽娜;烟道粉尘浓度在线监测[D];东北大学;2005年

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本文编号：760908