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矿用钻孔瓦斯抽采多参数监测系统与装置

煤田地质与勘探 2020年第5期48卷 190-196,203页

作者：代晨昱中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。... 详细信息

为了弥补传统瓦斯抽采监测系统区域化监测的不足,提出了以钻孔为监测单元构建钻孔瓦斯抽采监测系统,能够实时动态掌握各个钻孔在瓦斯抽采过程中的抽采效果,将大面积区域化测量转变为区域内部各钻孔的测量,实现了瓦斯抽采的精细化监测。针对钻孔瓦斯抽采监测系统需求,结合钻孔孔口处瓦斯抽采参数的特点,研制了一款矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置,该装置具有超声波气体流量测量、非色散红外瓦斯浓度测量、压电陶瓷气体压力测量、铂电阻气体温度测量四参数于一体的实时数据采集功能,搭载了数据显示、数据存储、数据远程传输、数据Wi-Fi传输等功能性人机交互模块,并开发了瓦斯抽采分析软件、移动数据采集站两款配套软件。装置根据实际应用需求,结合行业相应计量标准,于具有国家计量检定资质的检验单位进行了计量检测,并在黄陵矿业公司二号煤矿进行了井下工业性试验,对装置的实际应用效果进行了验证。试验结果表明:矿用瓦斯抽采钻孔多参数监测装置的四项测量参数均满足相应行业标准的计量要求,可实现各项参数的准确测量,且该装置在实际井下应用中具有良好的工作可靠性与工作稳定性,达到了以钻孔为监测单元的瓦斯抽采监测目的,能够为瓦斯抽采评价提供有力的数据支撑。

关键词：钻孔瓦斯抽采监测系统多参数监测超声波气体流量测量人机交互模块瓦斯抽采分析软件移动数据采集站

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矿用钻孔超声流量自适应检测技术

煤田地质与勘探 2022年第1期50卷 59-65页

作者：代晨昱赵朋朋徐晶中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了更好地实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔端流量监测,针对管路内介质成分复杂、纯净度差、稳定性差等因素对抽采流量参数测量准确性影响的问题,提出以时差法为测量原理,以双阈值比较法为检测方法,设计了一套矿用钻孔超声流量自适应检测系统... 详细信息

为了更好地实现煤矿井下瓦斯抽采钻孔端流量监测,针对管路内介质成分复杂、纯净度差、稳定性差等因素对抽采流量参数测量准确性影响的问题,提出以时差法为测量原理,以双阈值比较法为检测方法,设计了一套矿用钻孔超声流量自适应检测系统。通过分析影响双阈值比较法测量准确性的关键问题出发,设计了检测系统的总体方案,并对其中激励信号放大电路、接收信号调理电路及由峰值检波电路与增益控制电路构成的自适应电路几项关键模块进行了详细地介绍,叙述了检测系统运行软件的工作流程。通过工况环境适应能力测试与准确度性能检验,对检测系统的功能与性能进行了检验,检验结果表明,该系统能够适应瓦斯抽采钻孔管路内的工况需求,实现高精度的气体流量测量。

关键词：时差法双阈值比较法自适应超声波气体流量计

分布式时分复用多点应变传感高速数据采集系统设计

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分布式时分复用多点应变传感高速数据采集系统设计

作者：代晨昱西安理工大学

学位级别：硕士

随着中国经济与科学高速的发展,建筑工程结构的健康监测越来越受到整个社会重视。而最有效的健康监测手段就是结构体应变的监测,应变的监测方法有很多种,其中光纤光栅以其灵敏度高、抗干扰能力强、复用数量多、安全可靠等诸多优点,得到... 详细信息

随着中国经济与科学高速的发展,建筑工程结构的健康监测越来越受到整个社会重视。而最有效的健康监测手段就是结构体应变的监测,应变的监测方法有很多种,其中光纤光栅以其灵敏度高、抗干扰能力强、复用数量多、安全可靠等诸多优点,得到了快速发展及应用。针对此需求,本文设计了一套光纤布拉格光栅(FBG)的应变测量系统。光纤光栅有多种复用技术,应用最广的是波分复用技术(WDM),但波分复用的复用能力受到了自身原理与现有设备的限制,为了实现更多FBG传感器的应用,本文选用时分复用技术(TDM),设计并完成了分布式时分复用多点应变传感高速数据采集系统,并对系统中存在的FBG最佳峰值反射率及激光器的初始工作点两个问题进行仿真优化分析。搭建了分布式时分复用多点应变传感高速数据采集系统。选用串联的拓扑结构,并以五个具有相同规格的光纤光栅传感器为核心,构建了传感器阵列模型;以示波器的数据采集卡为数据采集器核心,利用LabVIEW软件设计了一款具有示波器通讯、信号滤波、数据存储与读取、信号处理功能的软件系统,完成了基于示波器数据采集卡的监测系统,获得应力与FBG反射脉冲峰值电压的变化关系。但由于电压变化无法反演结构体的应变量,针对应变与电压变化的关系,利用光谱分析仪设计了标定系统,构建出FBG反射脉冲峰值与应变的数学模型,实现了电压至应变的转换,达到了时分复用的基础上利用示波器数据采集卡完成应力到应变的测量。分析了系统的应变灵敏度、测量数据的线性度,验证了基于光时分复用技术的应变测量系统,以及FBG应变传感器阵列与系统标定方案、LabVIEW软件系统的可行性与准确性。实验结果表明,分布式时分复用多点应变传感高速数据采集系统,可以有效的完成应变测量,将有效提高FBG的复用根数,为大型建筑工程结构体的安全监测提供了新的设计方案。

关键词： FBG 应变时分复用 Lab VIEW 标定

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时分复用光纤光栅系统的边缘滤波解调与标定

中国激光 2016年第10期43卷 238-246页

作者：巩鑫华灯鑫李仕春王骏代晨昱西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048

为实现高空间分辨率和高测量精度的准分布式光纤光栅应变传感系统,研究了基于时分复用光纤光栅传感系统的解调和标定方法。将波分复用和时分复用技术相结合,得到两个低反射率光纤光栅的应变灵敏度分别为33.40με/mV和38.47με/mV,标... 详细信息

为实现高空间分辨率和高测量精度的准分布式光纤光栅应变传感系统,研究了基于时分复用光纤光栅传感系统的解调和标定方法。将波分复用和时分复用技术相结合,得到两个低反射率光纤光栅的应变灵敏度分别为33.40με/mV和38.47με/mV,标定的非线性误差为2.8%。基于光纤光栅光谱边缘滤波技术,构建时分复用光纤光栅应变传感系统,提出复用光纤光栅应变的交叉传感解调算法,实验测试并解调两个光纤光栅的交叉传感数据。实验分析表明,单次测量传感系统的最大误差为18με,应变量大于100με时的传感相对误差小于5%,满量程600με的引用误差小于2%。

关键词：光纤光学光纤光栅时分复用应变传感解调方法

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基于MS1030的矿用超声波气体流量计

煤矿安全 2020年第12期51卷 123-127页

作者：燕斌代晨昱中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

为了弥补传统矿用瓦斯流量测量装置的不足,实现更加准确地瓦斯抽采量动态连续监测,提出针对煤矿井下工况特性,以时差法为流量测量原理,研制一款基于MS1030的矿用超声波气体流量计。设计了以国产高速测量芯片MS1030为核心、STM32F100为... 详细信息

为了弥补传统矿用瓦斯流量测量装置的不足,实现更加准确地瓦斯抽采量动态连续监测,提出针对煤矿井下工况特性,以时差法为流量测量原理,研制一款基于MS1030的矿用超声波气体流量计。设计了以国产高速测量芯片MS1030为核心、STM32F100为主控制芯片、并配有激励驱动电路、信号调理电路等模块的超声波气体流量硬件系统,开发了系统控制软件,完成了试验样机的研制,并通过标准设备对样机进行了检定。检定结果表明:矿用超声波气体流量计具有精度高,重复性好的特点,为煤矿井下瓦斯抽采监测系统提供了有力的流量监测装备。

关键词：矿用瓦斯流量测量时差法 MS1030 超声波气体流量计

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管段式矿用钻孔超声波流量计研究

工业仪表与自动化装置 2019年第4期 108-112页

作者：代晨昱中煤科工集团西安研究院有限公司

为了保证煤矿井下的安全施工,掌握抽采工作面内部的瓦斯分布情况,提出建立以单个瓦斯抽采孔为监测单元的抽采监测系统,为更合理抽采方案提供数据支持。针对钻孔特性,利用TDC1000模拟驱动与TDC7200时间测量芯片,研制了一款基于时差法的... 详细信息

为了保证煤矿井下的安全施工,掌握抽采工作面内部的瓦斯分布情况,提出建立以单个瓦斯抽采孔为监测单元的抽采监测系统,为更合理抽采方案提供数据支持。针对钻孔特性,利用TDC1000模拟驱动与TDC7200时间测量芯片,研制了一款基于时差法的管段式矿用钻孔超声波流量计。详细论述了装置的总体框架、测量原理及软硬件设计,并通过标准设备对装置性能进行了验证。试验结果表明,该装置性能优良,能够为煤层气抽采效果评价提供有力的数据基础。

关键词：瓦斯抽采孔 TDC1000 TDC7200 时差法超声波流量计

基于MEMS陀螺的矿用新型钻机开孔定向仪研制

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煤田地质与勘探 2018年第6期46卷 187-192页

作者：燕斌程建远蔡远利代晨昱李萍冯宏西安交通大学电子与信息工程学院陕西西安710049 中煤科工集团西安研究院有限公司陕西西安710077

针对目前煤矿井下采用人工测量方法不准确和基于三轴光纤陀螺的钻孔定位成本较高等问题,设计了一种新型钻机开孔定向仪,介绍了仪器的总体方案及工作原理,搭建了基于MSG7100D-300陀螺和KXR94加速度计,以STM32单片机为CPU核心的硬件平台;... 详细信息

针对目前煤矿井下采用人工测量方法不准确和基于三轴光纤陀螺的钻孔定位成本较高等问题,设计了一种新型钻机开孔定向仪,介绍了仪器的总体方案及工作原理,搭建了基于MSG7100D-300陀螺和KXR94加速度计,以STM32单片机为CPU核心的硬件平台;系统采用静态四位置方法寻北方式及卡尔曼滤波的跟踪算法,有效地、快速地实现系统的测量。通过对原型样机的实验测试,结果表明,基于MEMS陀螺的钻机开孔定向仪其寻北时间、寻北精度以及动态测量精度,均满足了钻机开孔定向的指标要求及用户的实际需求。

关键词：光纤陀螺仪 MEMS陀螺钻机开孔寻北仪

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煤矿井下坑道钻机远程服务平台开发

煤田地质与勘探 2023年第9期51卷 121-128页

作者：刘世杰燕斌姚克代晨昱关志阳王龙鹏李坚朱钱祥中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077

针对煤矿井下钻场人员需求大、安全隐患多、一人操作难以同时控制钻机动作并从全局视角知悉钻机运行状态等问题,引入了数字孪生技术,设计开发了钻机远程服务平台。该平台系统以ZDY25000LDK钻机为载体,融合了钻机远程控制系统、数字孪生... 详细信息

针对煤矿井下钻场人员需求大、安全隐患多、一人操作难以同时控制钻机动作并从全局视角知悉钻机运行状态等问题,引入了数字孪生技术,设计开发了钻机远程服务平台。该平台系统以ZDY25000LDK钻机为载体,融合了钻机远程控制系统、数字孪生模型和参数监测系统3方面技术,通过检测与执行层、数据传输层和远程集控层实现钻机远程控制、钻机运行全生命周期映射与参数监测。钻机远程控制系统实现了实时远距离控制钻机,数字孪生模型能够映射钻机各运动部件的运动状态,并能通过仿真实验为钻探施工提供先验参考,参数监测系统实现了对钻机状态参数和钻进参数的实时监测。基于该钻机远程服务平台,进行了平台的功能性和实时性验证。试验结果表明:钻机远程服务平台能够实现钻机远程控制,并从全局视角上映射和监测钻机运行状态和参数,通过数字孪生体仿真,得出钻机上扣过程中动力头回转速度和给进速度的最优比值为4.28,与实际上扣情况相符。平台操作方便、实时性高、可靠性好、人机交互友好,为煤矿井下钻探工作的减人增效和智能化升级提供了解决方案。

关键词：自动化钻机工业控制系统工业通信技术远程控制与监测数字孪生

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基于MEMS的槽波地震仪采集效果试验研究

工程地球物理学报 2023年第4期20卷 538-547页

作者：赵朋朋张鹏代晨昱中煤科工西安研究院(集团)有限公司物探仪器研究所陕西西安710077

目前槽波探测中的采集工作通常是通过数字地震仪配合动圈检波器来实现的,动圈检波器在频带宽度、抗干扰能力及自身重量方面仍有一定提升空间。同时,煤矿井下干扰严重、运输条件差、槽波震源频带宽度大,常规的数据采集系统有一定的局限... 详细信息

目前槽波探测中的采集工作通常是通过数字地震仪配合动圈检波器来实现的,动圈检波器在频带宽度、抗干扰能力及自身重量方面仍有一定提升空间。同时,煤矿井下干扰严重、运输条件差、槽波震源频带宽度大,常规的数据采集系统有一定的局限性。地面MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)全数字检波器相对于动圈检波器具有动态范围大、频带宽、设备轻、受电磁干扰影响小的特点。为了减少井下环境对槽波探测技术的影响,本文将MEMS加速度计引入到煤矿井下地震勘探,利用自主研发的基于MEMS的槽波地震仪开展了与传统的动圈检波器采集系统对比试验,进行了透射槽波和反射槽波的波场分析,并对对比数据分别进行了偏移成像。实验证明,基于MEMS的槽波地震仪除了在仪器重量有一定优势外(100道设备总重量大约相当于集中式地震仪的25%),采集的数据波形连续性更好,频带宽度大约高于动圈检波器200 Hz,偏移成像结果中巷道及断层反应更明显。

关键词： MEMS 槽波动圈检波器地震仪

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