本质安全无线压力传感器天线设计研究

摘要

本文研究了一种应用于煤矿井下单体液压支柱之上测量矿压的本质安全无线压力传感器。介绍了传感器的散热设计、以及本质安全电路的设计与标准;讨论煤矿井下无线压力传感器天线的本质安全设计方法;设计了一种整合于本质安全壳体（本文采用金属壳体）的微带天线结构，初步研究了金属材质外壳开口与天线性能参数之间的制约因素。
　　重点研究了在金属外壳单侧开口时，开口参数以及天线位置这两大因素对天线增益的影响。并通过仿真得到了在本安型设计下，天线辐射增益达到最佳时的设计方案。
　　仿真与实测得出如下结论:第一，天线增益随金属外壳开口的长和宽的增大而增加，增加幅度逐渐减小，最大增益值与最小增益值相差约44.5db;第二，开口一侧的厚度在毫米级别上每减少1 mm，天线增益增加约2 db;第三，天线增益随微带天线距开口的距离减少而增加，在距离开口处1.4 mm左右达到最大增益值。
　　本研究给出了微带天线距金属壳开口位置与天线增益的量化表达式。通过简易装置测试，天线信号在给定环境中的传播距离可以满足生产实际需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 国内研究现状

1．2．1 目前我国单体液压支柱使用状况与发展情况

1．2．2 国内煤矿监控的研究现状

1．2．3 我国矿压检测仪器的研究现状

1．3 本文研究内容及结构安排

1．4 本章小结

第二章 本质安全系统设计

2．1 无线压力传感器壳体设计

2．1．1 外壳大小

2．1．2 金属外壳开口设计

2．2 无线压力传感器散热设计

2．3 电路的本质安全设计

2．3．1 本质安全电路定义及其准则

2．3．2 本质安全电路的功率判别

2．4 本章小结

第三章 矿用无线压力传感器天线设计

3．1 矿用压力传感器信号传输方式

3．2 矿用无线压力传感器天线设计约束

3．2．1 尺寸约束

3．2．2 频率约束

3．2．3 电磁兼容性与屏蔽约束

3．3 微带天线结构与参数

3．3．1 微带天线结构

3．3．2 微带天线等效原理

3．3．3 微带天线馈电方式

3．3．4 微带天线分析模型

3．3．5 微带天线基本电参数

3．4 天线设计

3．5 本章小结

第四章 矿用无线压力传感器天线仿真

4．1 构造仿真模型

4．2 微带天线仿真实例模型

4．3 约束条件下天线实例模型仿真

4．3．1 传感器外壳去屏蔽方案与仿真

4．3．2 天线辐射因素的影响

4．3．3 天线实例模型仿真

4．4 本章小结

第五章 矿用无线传感器天线测试平台

5．1 测试系统硬件平台搭建

5．1．1 天线芯片参数及工作模式

5．1．2 酒精传感器模块

5．1．3 显示模块

5．2 测试系统软件程序设计

5．2．1 开发环境Keil μVision4介绍

5．2．2 算法设计

5．3 实测与分析

5．3．1 天线系统实测

5．3．2 结论与分析

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表和录用的学术论文