本文關(guān)鍵詞：利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)礦難被困人員進(jìn)行定位的方法研究

  更多相關(guān)文章： 鋼軌 振動(dòng)波 半解析有限元模型 衰減率 定位

【摘要】：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對(duì)能源的需求進(jìn)一步加大。煤礦資源在我國(guó)能源格局中占主導(dǎo)地位,對(duì)我國(guó)有著重要的戰(zhàn)略意義。然而,近年來(lái),隨著煤礦開(kāi)采深度與強(qiáng)度的日益加大,煤礦安全事故頻頻發(fā)生。在世界各主要產(chǎn)煤國(guó)中,我國(guó)礦井開(kāi)采條件最差、災(zāi)害最嚴(yán)重,同時(shí)煤礦企業(yè)在生產(chǎn)設(shè)備和安全防護(hù)設(shè)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(wú)法及時(shí)逃出。由于密閉空間內(nèi)空氣不足,可能含有害氣體,被困人員的生命安全受到嚴(yán)重威脅,實(shí)施迅速有效的救援能提高被困人員存活率。但災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的通信設(shè)備被損壞,建立及時(shí)可靠的應(yīng)急救援通信,對(duì)及時(shí)了解被困人員信息,進(jìn)行定位,開(kāi)展救援具有重要意義。事故發(fā)生后,井下鋪設(shè)的鋼軌不易斷裂。以鋼軌作為載體的通信方式,可在災(zāi)后現(xiàn)場(chǎng)快速建立應(yīng)急通信,從而對(duì)被困人員進(jìn)行定位。本文通過(guò)分析聲波與振動(dòng)波的相似與不同之處,得出對(duì)振動(dòng)波傳播特性的研究可沿用聲波的研究方法與理論。通過(guò)在鋼軌上進(jìn)行敲擊實(shí)驗(yàn)并對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),證明了振動(dòng)信號(hào)在鋼軌上傳播的可行性。研究了振動(dòng)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(dǎo)吸收、粘滯性對(duì)振動(dòng)波傳播特性的影響,以及振動(dòng)波在非均勻鋼軌上傳播時(shí),其損傷程度對(duì)傳播特性的影響。除此,外界因素也會(huì)對(duì)振動(dòng)波的傳播造成影響,本文主要分析了溫度的非均勻變化對(duì)振動(dòng)波的影響。針對(duì)礦井事故發(fā)生后井下通信癱瘓的情況,設(shè)計(jì)了基于鋼軌的應(yīng)急救援通信系統(tǒng)。被困人員可將隨身攜帶的設(shè)備安置在鋼軌上,利用手持設(shè)備按鍵發(fā)送求救信號(hào)。救援人員將同樣的救援設(shè)備安置在鋼軌上,利用高靈敏度振動(dòng)加速度傳感器檢測(cè)振動(dòng)信號(hào),提取有用信息。同時(shí)建立鋼軌的半解析模型,計(jì)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(jù)發(fā)送端振動(dòng)信號(hào)的幅值、救援人員接收到的振動(dòng)信號(hào)幅值以及其衰減率,可計(jì)算出被困人員到礦井口的距離,從而可對(duì)被困人員進(jìn)行定位。在實(shí)驗(yàn)室中,在長(zhǎng)1m的大理石上進(jìn)行應(yīng)急通信系統(tǒng)的測(cè)試。結(jié)果表明,利用該通信系統(tǒng)可發(fā)送求救信號(hào),而振動(dòng)信號(hào)在鋼軌上的傳輸優(yōu)于大理石,這說(shuō)明基于鋼軌的應(yīng)急通信系統(tǒng)具有可實(shí)踐性。利用模態(tài)力錘作用于鋼軌,施加一個(gè)激勵(lì),利用加速度傳感器采集響應(yīng)信號(hào)。通過(guò)鋼軌的半解析有限元模型,計(jì)算鋼軌的等效阻尼損耗因子和振動(dòng)波的衰減率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用該定位系統(tǒng)能將約為900m處的振源定位�；谡駝�(dòng)信號(hào)對(duì)被困人員進(jìn)行定位是利用井下鋪設(shè)的鋼軌傳輸振動(dòng)信號(hào),既降低了救援成本,克服了災(zāi)后被困人員定位難。同時(shí)也減少救援人員的救援危險(xiǎn)系數(shù)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(tǒng)在國(guó)內(nèi)的研究仍屬空白,具有良好的市場(chǎng)前景,能產(chǎn)生較大的社會(huì)效益。
【關(guān)鍵詞】：鋼軌 振動(dòng)波 半解析有限元模型 衰減率 定位
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(xiàn)狀及意義11-13
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 研究意義12-13
• 1.3 研究?jī)?nèi)容13-14
• 1.4 章節(jié)組織14-15
• 第2章 振動(dòng)波在鋼軌上的傳播特性研究15-43
• 2.1 振動(dòng)波與聲波的區(qū)別15-16
• 2.2 振動(dòng)信號(hào)在鋼軌上傳播的可行性分析16-19
• 2.3 振動(dòng)波在均勻鋼軌上的傳播特性研究19-28
• 2.3.1 矩形波導(dǎo)19-23
• 2.3.2 鋼軌的粘滯特性對(duì)振動(dòng)波的影響23-24
• 2.3.3 熱傳導(dǎo)吸收對(duì)振動(dòng)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(dòng)波在非均勻鋼軌中的傳播特性28-37
• 2.4.1 損傷介質(zhì)的力學(xué)模型28
• 2.4.2 介質(zhì)損傷度對(duì)振動(dòng)波的影響及實(shí)例分析28-31
• 2.4.3 實(shí)例解析31-37
• 2.5 其他因素對(duì)振動(dòng)波傳播特性的影響37-42
• 2.5.1 非均勻溫度計(jì)算區(qū)域37-38
• 2.5.2 振動(dòng)波頻率、入射角和空氣溫度分布參數(shù)對(duì)其傳播特性的影響38-42
• 2.6 小結(jié)42-43
• 第3章 應(yīng)急救援通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)43-50
• 3.1 煤礦應(yīng)急通信技術(shù)的現(xiàn)狀43-44
• 3.2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)44-45
• 3.3 發(fā)送端硬件電路設(shè)計(jì)45-47
• 3.4 接收端硬件電路設(shè)計(jì)47-48
• 3.5 振動(dòng)信號(hào)的檢測(cè)48-49
• 3.6 小結(jié)49-50
• 第4章 振源定位方法研究50-63
• 4.1 現(xiàn)有振源定位技術(shù)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(jì)算56-61
• 4.4.1 阻尼因子的測(cè)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(jié)62-63
• 第5章 測(cè)試及分析63-67
• 5.1 應(yīng)急通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)63-66
• 5.2 定位實(shí)驗(yàn)66-67
• 結(jié)論67-68
• 致謝68-69
• 參考文獻(xiàn)69-72
• 攻讀學(xué)位期間取得學(xué)術(shù)成果72

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 劉聯(lián)會(huì);煤礦井下應(yīng)急通信的實(shí)現(xiàn)方案[J];煤礦安全;2002年11期

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本文編號(hào)：904958