發(fā)布時間：2017-10-03 06:39

  本文關(guān)鍵詞：HHT算法在EFPI光纖瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)中的研究

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【摘要】：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛快發(fā)展,以及煤礦開采技術(shù)、開采工藝的不斷提高,礦區(qū)的開采深度逐步加深,導(dǎo)致煤礦瓦斯災(zāi)害不斷增加,安全上的隱患也越來越多。設(shè)計一種檢測效果好、滿足煤礦安全生產(chǎn)的瓦斯?jié)舛缺O(jiān)測系統(tǒng),以減少瓦斯爆炸事故的發(fā)生,保障井下安全作業(yè)。傳統(tǒng)非光學(xué)瓦斯氣體傳感器存在響應(yīng)慢、壽命短、檢測精度低等缺點,并且難以實現(xiàn)較大區(qū)域的連續(xù)實時檢測。利用光學(xué)方法檢測瓦斯氣體已經(jīng)是一個被廣泛認(rèn)可的有效檢測辦法,各種光纖傳感器在煤礦瓦斯安全檢測中成為大家的首選,也在煤礦生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。從根本上解決煤礦安全事故問題,實現(xiàn)煤礦長期發(fā)展。 本文構(gòu)建了一種基于HHT算法的EFPI光纖瓦斯監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)了氣體的測量。首先詳細(xì)的介紹了光纖EFPI傳感技術(shù)的原理和解調(diào)方法,再簡要介紹了HHT算法的基本理論、結(jié)構(gòu)和應(yīng)用。然后給出了瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),采用MXSLD-CS65M5A型號的激光器、改進(jìn)型EFPI傳感器、測量氣室等器件,分別進(jìn)行了介紹,設(shè)計以STM32F103VE為核心的硬件結(jié)構(gòu),系統(tǒng)采用μc/os-Ⅱ作為操作系統(tǒng)。最后搭建實驗室平臺,通過MATLAB仿真進(jìn)行模擬解調(diào),使用HHT算法從EFPI干涉光譜提取信息,得到濾波后的EFPI光譜信息,并采用雙峰算法解調(diào)出EFPI腔長的信息。 實驗結(jié)果表明,通過仿真及數(shù)值分析,HHT算法解決了原始干涉光譜信號的非平穩(wěn)、非線性的缺點,經(jīng)一系列變化去除噪聲,減弱了數(shù)據(jù)處理的難度,增加了瓦斯信號分析的精度。通過對光纖傳感瓦斯的研究,實現(xiàn)煤礦瓦斯監(jiān)測的新方法,對于指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)具有重大意義。
【關(guān)鍵詞】：瓦斯 光纖傳感 EFPI HHT 光譜檢測
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD712.55
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 緒論14-20
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.1.1 光纖氣體傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.1.2 HHT算法的發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本論文研究的意義18
• 1.4 本論文主要的主要工作18-20
• 2 光纖EFPI傳感器20-36
• 2.1 光纖傳感器20-23
• 2.1.1 光纖傳感器工作原理20
• 2.1.2 光纖氣體傳感器的分類20-23
• 2.2 非本征法布里-珀羅干涉23-26
• 2.2.1 光纖傳感器中的光學(xué)原理23-24
• 2.2.2 非本征型F-P光纖干涉儀24-26
• 2.3 光纖EFPI傳感器基本原理26-28
• 2.3.1 光纖F-P腔的結(jié)構(gòu)工作原理26-27
• 2.3.2 F-P腔的光強(qiáng)損耗分析27-28
• 2.4 光纖EFPI傳感器解調(diào)技術(shù)28-34
• 2.4.1 強(qiáng)度解調(diào)方法28-31
• 2.4.2 相位解調(diào)算法31-34
• 2.5 本章小結(jié)34-36
• 3 HHT的基本理論及其應(yīng)用36-48
• 3.1 基本概念36-37
• 3.1.1 信號分類36
• 3.1.2 時頻分析36-37
• 3.2 傳統(tǒng)時頻分析方法37-41
• 3.2.1 Fourier變換37-38
• 3.2.2 短時Fourier變換38-39
• 3.2.3 Wigner-Ville變換39-40
• 3.2.4 小波變換40-41
• 3.3 HHT基本理論41-47
• 3.3.1 經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與本征模態(tài)函數(shù)42-43
• 3.3.2 Hilbert變換43-44
• 3.3.3 Hilbert譜分析44-45
• 3.3.4 Hilbert變換存在的一些問題45-47
• 3.4 基于HHT算法的FEPI光纖瓦斯信號的分析47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 4 EFPI光纖瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的總設(shè)計48-56
• 4.1 系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框架48
• 4.2 基于EFPI光纖傳感器的瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的關(guān)鍵器件48-55
• 4.2.1 系統(tǒng)光源48-49
• 4.2.2 激光器49-51
• 4.2.3 光學(xué)傳感氣室51-52
• 4.2.4 光電探測器52-54
• 4.2.5 光電信號檢測電路54
• 4.2.6 A/D數(shù)據(jù)采集54-55
• 4.3 本章小結(jié)55-56
• 5 EFPI光纖瓦斯監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計56-66
• 5.1 系統(tǒng)硬件核心結(jié)構(gòu)56
• 5.2 ARM芯片的介紹及選型56-58
• 5.3 STM32外圍電路設(shè)計58-62
• 5.3.1 電源電路58-59
• 5.3.2 時鐘與復(fù)位電路59-60
• 5.3.3 CAN和USB接口電路60
• 5.3.4 JTAG調(diào)試接口60-61
• 5.3.5 串行電路61-62
• 5.4 軟件平臺選型62-65
• 5.4.1 嵌入式系統(tǒng)軟件設(shè)計流程62-64
• 5.4.2 uc/os-Π操作系統(tǒng)簡介及組成部分64
• 5.4.3 uc/os-Π的移植64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 6 實驗室平臺搭建模擬66-76
• 6.1 高分辨率光譜分析實驗系統(tǒng)搭建66-67
• 6.2 模擬EFPI光譜信號進(jìn)行HHT算法測試67-71
• 6.3 與其他濾波算法的比較71-74
• 6.4 本章小結(jié)74-76
• 7 總結(jié)與展望76-78
• 7.1 論文總結(jié)76
• 7.2 展望76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 致謝82-84
• 作者簡介和讀研期間主要科研成果84

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：963707