基于FBG的三维矿山声振应急监测技术研究

摘要

随着光纤传感技术、光纤通信技术和信息化技术的发展，近十几年来，光纤传感技术在众多研究人员的推动和探索下，越来越多地被人们所熟悉和使用，信息化技术也更多地应用到人们的生产生活当中。将光纤Bragg光栅传感技术与传统拾音器检测原理有机结合，进而研究出高灵敏度、高性能、低损耗的光纤Bragg光栅拾音器，并且将其应用到三维矿山的声振应急监测平台系统中，研发出基于光纤Bragg光栅的三维矿山声振应急监测技术，是现代工业生产与生活的发展对声音拾取和监测提出的需求，对工业生产生活具有极大的价值和深远的意义。
　　本论文的主要研究内容是基于FBG的拾音器与具有三维矿山声振应急监测功能的软件系统，文中对FBG拾音器进行了传感器参数的理论推演，使用ANSYS软件进行模拟分析，针对仿真结果进行传感器结构设计和实验，并应用FBG拾音器组成简单的声源定位传感阵列，设计开发了基于三维可视化平台的FBG声源定位声振应急监测呼救软件系统。论文的主要研究内容是:
　　首先，对研究课题的背景和意义进行介绍，阐述了光纤Bragg光栅拾音器和三维矿山可视化软件系统的研究现状与进展，指出传统电拾音器在煤矿等特定场合和情况下的使用缺陷，和光纤Bragg光栅拾音器的优势，以及三维矿山可视化声振应急监测呼救系统的使用意义，从而进一步阐释了光纤Bragg光栅拾音器的声波传感技术，包括光纤Bragg光栅的传感原理和模型，及其解调原理和方法。
　　然后，从理论上推导分析了光纤Bragg光栅拾音器的敏感部件振动膜的参数和运动规律的表达式，并使用ANSYS软件对敏感部件进行了有限元模拟分析，并进一步根据以上理论公式和仿真结果，对FBG拾音器的结构进行了设计研发，设计实验测试了FBG拾音器，得到实验结果并分析处理了实验数据。
　　最后，设计开发了光纤Bragg光栅声源定位声振应急监测软件系统，该系统基于三维可视化平台，结合光纤Bragg光栅拾音器，应用于煤矿等要求本质安全的工业环境。