基于微电荷感应原理的矿井粉尘浓度传感器研究

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本文论述和比较了国内外矿井粉尘浓度测量研究状况和存在的问题,提出了一种基于粉尘荷电特性的粉尘浓度测量新方法。  1.从微观、介观、宏观三个层面研究了矿井粉尘带电机理,得出了矿井粉尘带电的两种模式。  2.利用微电荷感应原理建立了微电量空间分布数学模型,通过有限元算法对模型进行了仿真,获得了测量微电量的物理模型;基于差动技术开发了矿井粉尘带电量测量装置,利用遗传算法和ANSYS算法相结合的方法对测量装置敏感元件进行了参数优化,获得了静、动态性能具佳的三园环串联式敏感元件,实验验证了其优越性。  3.针对粉尘微静电信号的低频、微弱、非线性、随机等特点,提出了一种新的LMS滤波算法,设计了一种自适应噪声提取滤波器,新的算法能有效解决收敛速度和稳态误差之间的矛盾,使滤波效果更加显著。  4.基于Db2小波和分形R/S方法相结合的方法,分析了微静电信号的多尺度分形特征,得出了微静电信号具有微观、介观、宏观三尺度特点,且信号能量主要聚集在宏尺度上,同时微静电信号的变化趋势与粉尘浓度的变化趋势具有一致性。  5.基于软测量理论,建立了粉尘浓度软测量系统,设计了BP和RBF两种神经网络软测量模型,通过比较分析和实验验证了RBF方法的优越性,最终获得了一种测量矿井粉尘浓度的新方法、新技术。
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