基于随机共振技术的声表面波瓦斯传感器的研究

论文摘要

本文以智能SAW瓦斯传感器为研究对象,在对国内煤矿安全现状及国内外瓦斯传感器研究现状进行深入分析的基础上,针对煤矿井下信息量大、噪声多、随机动态等特征以及单一数量值难以被非专业人员理解等问题,提出了一种矿井安全监测智能SAW瓦斯传感系统。本文一开始给出了SAW瓦斯传感系统的意义、可行性及创新之处。紧接着,对智能SAW瓦斯传感器的理论基础进行了论述,在这部分内容里主要介绍了智能SAW瓦斯传感器的核心—利用声表面波监测瓦斯气体的实现原理及方法。之后,为了能够将瓦斯监测过程中噪声的影响降至最低,文中将随机共振原理应用到矿井安全监测之中,给出了智能SAW瓦斯传感器的结构,重点研究了智能SAW瓦斯传感器算法模型,并对算法进行了仿真,给出了数据及仿真结果。接下来,对矿井安全监测智能SAW瓦斯传感器的通讯单元进行了设计,采用CAN总线技术实现井下信息的传输,实现了矿井安全监测系统的数字化和网络化。最后,对瓦斯监测系统整体结构进行了设计研究。仿真实验结果表明,本文提出的方法极大地降低了井下噪声对瓦斯监测的影响,能够获得较为真实的瓦斯浓度信息,为煤矿安全生产提供保证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的由来
• 1.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 煤矿安全监测系统发展现状
• 1.3.2 现有研究中的不足
• 1.4 本文研究的内容及可行性
• 1.4.1 本文结构安排
• 1.4.2 研究的可行性
• 1.5 本章小结
• 2. 声表面波气体传感器基础
• 2.1 传感器的发展历程
• 2.1.1 气体传感器的发展趋势
• 2.1.2 传统气体检测技术的缺点
• 2.2 声表面波技术
• 2.2.1 声表面波的分类
• 2.2.2 声表面波的主要特性
• 2.3 声表面波瓦斯气体传感器的工作原理
• 2.3.1 IDT
• 2.3.2 SAW 振荡器
• 2.3.3 SAW 瓦斯气体传感器的结构及原理
• 2.4 本章小结
• 3 SAW 瓦斯传感器算法模型研究
• 3.1 随机共振
• 3.1.1 常见的随机共振类型
• 3.1.2 随机共振效果的判别方法
• 3.1.3 随机共振过程分析
• 3.2 双稳随机共振瓦斯检测系统的应用研究
• 3.2.1 检测原理
• 3.2.2 双稳随机共振瓦斯传感系统的设计
• 3.2.3 实验仿真分析
• 3.2.4 算法流程图
• 3.2.5 瓦斯浓度与信噪比的关系
• 3.3 本章小结
• 4 基于自适应随机共振的瓦斯传感器仿真研究
• 4.1 自适应理论概述
• 4.2 常见的自适应算法
• 4.3 改进的随机共振算法
• 4.3.1 算法的提出
• 4.3.2 改进随机共振算法
• 4.4 基于自适应随机共振的瓦斯检测仿真研究
• 4.5 本章小结
• 5. 智能瓦斯监测系统整体结构设计
• 5.1 系统结构类型的选择
• 5.2 整体结构设计
• 5.3 瓦斯监测系统功能设计
• 5.4 本章小结
• 6 智能SAW 瓦斯传感器通信功能研究
• 6.1 现场总线技术
• 6.1.1 现场总线综述
• 6.1.2 几种常见的现场总线
• 6.1.3 CAN 技术简介
• 6.2 基于CAN 总线实现SAW 瓦斯传感器通讯功能
• 6.2.1 基于CAN 总线的矿井瓦斯监测网络结构
• 6.2.2 CAN 网桥设计
• 6.2.3 SAW 瓦斯传感器与CAN 总线接口设计
• 6.3 本章小结
• 7 智能SAW 瓦斯传感器的抗干扰设计
• 7.1 系统的硬件抗干扰设计
• 7.2 系统的软件抗干扰设计
• 7.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集