矿井毫米波雷达深度指示器设计与研究

摘要

目前矿井提升机使用的深度指示器（机械牌坊式和圆盘式）都是直接从主轴获取转动情况。若在提升过程中出现钢丝绳打滑、蠕动或拉伸变形，都会使深度指示器显示的提升容器位置与实际位置存在偏差，司机无法正确及时作出判断，就会引发事故，给生产带来极大的损失。解决提升机行程、速度监控问题，是保证提升机安全运行的关键。包括近几年研究的多功能后备行程监控系统，虽安全性能上有所提高，但成本高，设备复杂，没有从根本上解决原有提升系统行程、速度测量存在的弊端。因此，彻底改变以往推测提升容器位置的方法，实现行程、速度的直接、准确测量才是解决问题的关键。
　　本文根据煤矿工业现场的实际情况，并以电磁波测距基本理论为基础，采用直接测量的方法，设计了一套新型的毫米波雷达（MMW）深度指示器系统。它将代替传统的深度指示器，实现矿井提升容器位置和提升速度的精确指示和实时监测，并实现过卷、限速、声光提示等多项保护功能，并可将故障记录分类存储到专用数据库中。将测距仪安装在井架支架上，提升容器上安装反射装置，通过测定调制波在被测距离上往返传播所产生的相位差间接测得距离和速度值。使用该方法测得的数据不仅能够避免钢丝绳滑动、蠕动以及拉伸变形造成的影响，而且实时、准确，能够避免过卷、过速事件的发生。实践证明，使用该方法，通过有效的抑制干扰，可以实现准确、可靠的行程、速度保护，而且设计简单，使用方便。
　　本文主要做了以下工作：首先，结合课题背景，分析了原深度指示器的弊端，确定了最终解决方案，提出了系统总体设计思路；之后，围绕指示系统总体设计方案，对系统各部分的组成、功能及原理进行分析，并对整个系统的软硬件及抗干扰性进行设计；最后，建立系统模型，通过对 MATLAB仿真结果进行比较和分析，从测量精度、低成本、可靠性等方面，得出本课题设计的毫米波雷达深度指示系统既能满足长距离、高精度和系统稳定性的设计目标，又能满足低成本、功能全的要求。

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1 绪 论

1.1 课题背景及选题意义

1.2 矿井深度指示器国内外研究现状

1.3 探测技术研究现状

1.4 课题主要内容

2 矿井毫米波雷达深度指示系统

2.1 矿井深度指示器系统设计性能要求

2.2 矿井深度指示系统总体设计方案

2.3 本章小节

3 矿井毫米波雷达深度指示器系统功能及原理

3.1 毫米波雷达深度指示器系统功能

3.2 毫米波雷达深度指示器原理分析

3.3 本章小结

4 矿井深度指示器系统硬件设计

4.1 总体方案

4.2 硬件组成

4.3 硬件抗干扰设计

4.4 本章小节

5 矿井深度指示器系统软件设计

5.1 系统软件结构和流程设计

5.2 软件抗干扰设计

5.3 本章小节

6 系统仿真结果分析

6.1 基于Simulink的毫米波雷达测距系统仿真

6.2 仿真参数设置及结果分析

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

附录A