本文關鍵詞：利用振動信號對礦難被困人員進行定位的方法研究

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【摘要】：隨著我國經濟的快速發(fā)展,對能源的需求進一步加大。煤礦資源在我國能源格局中占主導地位,對我國有著重要的戰(zhàn)略意義。然而,近年來,隨著煤礦開采深度與強度的日益加大,煤礦安全事故頻頻發(fā)生。在世界各主要產煤國中,我國礦井開采條件最差、災害最嚴重,同時煤礦企業(yè)在生產設備和安全防護設施方面的缺陷也是礦難頻發(fā)的一大原因。礦井事故的發(fā)生常常伴有坍塌、冒頂、透水,致使逃生通道被阻塞,通信中斷,施工人員無法及時逃出。由于密閉空間內空氣不足,可能含有害氣體,被困人員的生命安全受到嚴重威脅,實施迅速有效的救援能提高被困人員存活率。但災害現場的通信設備被損壞,建立及時可靠的應急救援通信,對及時了解被困人員信息,進行定位,開展救援具有重要意義。事故發(fā)生后,井下鋪設的鋼軌不易斷裂。以鋼軌作為載體的通信方式,可在災后現場快速建立應急通信,從而對被困人員進行定位。本文通過分析聲波與振動波的相似與不同之處,得出對振動波傳播特性的研究可沿用聲波的研究方法與理論。通過在鋼軌上進行敲擊實驗并對振動信號進行檢測,證明了振動信號在鋼軌上傳播的可行性。研究了振動波在均勻鋼軌上傳播的頻散特性、群速和相速、衰減特性,分析了鋼軌的熱傳導吸收、粘滯性對振動波傳播特性的影響,以及振動波在非均勻鋼軌上傳播時,其損傷程度對傳播特性的影響。除此,外界因素也會對振動波的傳播造成影響,本文主要分析了溫度的非均勻變化對振動波的影響。針對礦井事故發(fā)生后井下通信癱瘓的情況,設計了基于鋼軌的應急救援通信系統。被困人員可將隨身攜帶的設備安置在鋼軌上,利用手持設備按鍵發(fā)送求救信號。救援人員將同樣的救援設備安置在鋼軌上,利用高靈敏度振動加速度傳感器檢測振動信號,提取有用信息。同時建立鋼軌的半解析模型,計算鋼軌的等效阻尼損耗因子和衰減率,并繪制其衰減曲線。根據發(fā)送端振動信號的幅值、救援人員接收到的振動信號幅值以及其衰減率,可計算出被困人員到礦井口的距離,從而可對被困人員進行定位。在實驗室中,在長1m的大理石上進行應急通信系統的測試。結果表明,利用該通信系統可發(fā)送求救信號,而振動信號在鋼軌上的傳輸優(yōu)于大理石,這說明基于鋼軌的應急通信系統具有可實踐性。利用模態(tài)力錘作用于鋼軌,施加一個激勵,利用加速度傳感器采集響應信號。通過鋼軌的半解析有限元模型,計算鋼軌的等效阻尼損耗因子和振動波的衰減率。實驗結果表明,采用該定位系統能將約為900m處的振源定位�；谡駝有盘枌Ρ焕藛T進行定位是利用井下鋪設的鋼軌傳輸振動信號,既降低了救援成本,克服了災后被困人員定位難。同時也減少救援人員的救援危險系數與工作量,提高救援效率,為井下定位提供了新思路、新方法。該定位系統在國內的研究仍屬空白,具有良好的市場前景,能產生較大的社會效益。
【關鍵詞】：鋼軌 振動波 半解析有限元模型 衰減率 定位
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD76
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-15
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 研究現狀及意義11-13
• 1.2.1 國外研究現狀11
• 1.2.2 國內研究現狀11-12
• 1.2.3 研究意義12-13
• 1.3 研究內容13-14
• 1.4 章節(jié)組織14-15
• 第2章 振動波在鋼軌上的傳播特性研究15-43
• 2.1 振動波與聲波的區(qū)別15-16
• 2.2 振動信號在鋼軌上傳播的可行性分析16-19
• 2.3 振動波在均勻鋼軌上的傳播特性研究19-28
• 2.3.1 矩形波導19-23
• 2.3.2 鋼軌的粘滯特性對振動波的影響23-24
• 2.3.3 熱傳導吸收對振動波的影響24
• 2.3.4 頻散特性24-25
• 2.3.5 群速和相速25-27
• 2.3.6 衰減特性27-28
• 2.4 振動波在非均勻鋼軌中的傳播特性28-37
• 2.4.1 損傷介質的力學模型28
• 2.4.2 介質損傷度對振動波的影響及實例分析28-31
• 2.4.3 實例解析31-37
• 2.5 其他因素對振動波傳播特性的影響37-42
• 2.5.1 非均勻溫度計算區(qū)域37-38
• 2.5.2 振動波頻率、入射角和空氣溫度分布參數對其傳播特性的影響38-42
• 2.6 小結42-43
• 第3章 應急救援通信系統設計43-50
• 3.1 煤礦應急通信技術的現狀43-44
• 3.2 系統總體設計44-45
• 3.3 發(fā)送端硬件電路設計45-47
• 3.4 接收端硬件電路設計47-48
• 3.5 振動信號的檢測48-49
• 3.6 小結49-50
• 第4章 振源定位方法研究50-63
• 4.1 現有振源定位技術50-51
• 4.2 半解析有限元理論51-52
• 4.3 鋼軌的半解析有限元模型52-56
• 4.4 鋼軌的衰減率計算56-61
• 4.4.1 阻尼因子的測試56-61
• 4.4.2 鋼軌衰減曲線61
• 4.5 被困人員的定位61-62
• 4.6 小結62-63
• 第5章 測試及分析63-67
• 5.1 應急通信系統實驗63-66
• 5.2 定位實驗66-67
• 結論67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻69-72
• 攻讀學位期間取得學術成果72

【參考文獻】

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1 劉聯會;煤礦井下應急通信的實現方案[J];煤礦安全;2002年11期

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本文編號：904958