智能明渠流量传感器的研究

论文摘要

明渠是矿井排水的重要途径之一,研究适用于矿井明渠的智能明渠流量传感器能够减少矿井水害事故发生的几率,使工作人员掌握大量的实时明渠流量的数据,便于矿井工作人员对于明渠水流量的动态分析。分析了山东多个矿井的排水明渠断面的形状、壁面粗糙系数和深度宽度比确定了浅宽的矩形断面明渠为研究对象。通过分析现有的几种明渠流量测量的方法的优缺点,确定了流速有效面积法测量明渠的流量。建立了矩形断面的平均流速计算公式和流量公式,通过分析得出利用两点法测量流速确定明渠断面的平均流速。确定了利用流速--有效面积法测量明渠水流量需要测量的三个参量：明渠的断面平均流速,明渠的液位高度、明渠断面的淤泥界面的高度。分析了三个参量的各种测量方法的优劣,确定了测量三个参量的方法,从而得出了本设计的主要工作：设计智能明渠流量传感器。分析了智能明渠流量传感器与矿井水文监测系统的关系,明确了智能明渠流量传感器和矿井水文监测系统的其它部分在明渠流量测量中的不同分工。根据矿井明渠的特点,设计了智能淤泥界面传感器的多极板电容传感器和电容开关阵列电路,分析了电容淤泥界面检测的理论可行性,得出了电容式淤泥界面高度的测量方法以及算法。本文设计了智能液位--流速传感器硬件电路和软件程序,从超声波液位测量和旋桨流速测量两部分设计智能水位--流速传感器,设计（选用）了电路中的关键部件,文章通过大量的实验数据分析了水位测量和流速测量的精度,绘制了智能传感器程序的流程图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 存在问题
• 1.5 本文主要研究工作
• 2 明渠流量传感器的总体方案设计
• 2.1 引言
• 2.2 智能明渠流量传感器与矿井水文监测系统
• 2.3 明渠流量测量的理论依据
• 2.3 参量测量方案的选择
• 2.4 本章小结
• 3 智能淤泥界面传感器的硬件电路
• 3.1 引言
• 3.2 电容式淤泥界面检测的理论可行性分析
• 3.3 电容式传感器的选型与制作
• 3.4 智能淤泥界面传感器的电路设计
• 3.5 智能淤泥界面传感器的检测频率及算法
• 3.6 本章小结
• 4 智能水位--流速传感器的设计
• 4.1 引言
• 4.2 单片机电路的设计
• 4.3 超声波液位测量原理
• 4.4 超声波液位测量部分的电路设计
• 4.5 M-bus通信电路和温度测量电路
• 4.6 旋桨式流速（?）的设计
• 4.7 本章小结
• 5 系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 智能传感器主程序的编写
• 5.3 电容式淤泥界面检测子程序
• 5.4 智能水位--流速传感器测量子程序
• 5.5 明渠流量的计算
• 5.6 本章小结
• 6 智能明渠流量传感器的实验数据
• 6.1 引言
• 6.2 旋桨式流速测量的误差实验分析
• 6.3 超声波液位测量的实验数据
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况