煤矿生产监测设备数据校正

摘要

随着我国煤炭工业数字化进程的推进,安全生产监测的范围不断扩大,各项技术指标的要求越来越严格。微震、超声波、雷达、声纳、红外、光纤等各种技术系统陆续引入到煤矿生产的实时监测过程中。生产现场采集到的各类数据是确保煤矿安全生产的有力保障。本文立足于煤矿生产监测数据的校正方法研究,涉及到监测设备数据获取单元的模型建立、准确测试、自检以及校正方法研究,目的是保证煤矿安全生产监测设备的性能,确保其获取精准的监测数据,利于煤炭生产安全。
　　煤矿安全生产监测设备种类繁多,数据获取单元的模型各不相同。衡量其性能的指标有多种,比较关键的有:采集精度、采样速率、有效位数、输入通频带等。这里通过对矿用几类典型设备的数据获取单元进行分析,建立了其前向通道数据模型以及几种不同类型数据获取单元的模型,提出了采用积分非线性作为关键技术指标来同时反映静态和动态性能,并推导了其与其它参数关系的表达式,给出仿真测试结果。
　　针对煤炭安全生产监测系统对及时、准确数据流的要求,在对数据获取单元的静态与动态测试方法进行分析的基础上,提出了改进的加权最小二乘法动态曲线的拟合测试方法,推导出了直方图测试方法中对采样频率、采样数据量进行约束的公式,利用Cramér–Rao对测试信号的有效性进行了估计。
　　针对煤矿安全生产监测设备需要自检功能的问题,提出一种适合煤矿监测设备短时自检方法,即基于非线性的斜坡码时测试方法,通过对斜坡信号的非线性解析,推导出煤矿生产监测系统的开机自检算法公式,误差分析可知,输入信号的非线性项可以被估计出来,仿真及实测数据表明该方法所需测试数据占据存储空间小,测试时间短,但有与直方图测试方法相当的测试精度,能实现煤矿监测设备的自检功能。
　　针对煤矿监测设备数据获取单元通道中存在的大量误差,极大的限制了系统检测的精度问题,对Dither信号的特性展开分析,挖掘出其对煤矿生产监测设备数据获取单元的动态和静态性能具有补偿作用,在此基础上提出了基于Dither的数据校正方法,并设计出复杂的数据获取系统性能校正框架。通过将Dither校正方法与Volterra级数校正方法、纠正矩阵校正方法等从校正时间、校正算法的综合对比,表明该方法具有易于实现的特性,适合煤矿生产监测设备在线或离线校正,并具有较好的测试精度。
　　在对目前存在的几种不同校正方式的优缺点分析的基础上,将矿山监测设备数据获取单元的非线性误差拓展到二维空间,提出了基于Dither技术的非线性纠正矩阵数据校正(Dither Combined with Correction Nonlinear Matrix:DCNM)方法。讨论了构成纠正矩阵的三个组成部分对纠正矩阵构成的影响、纠正矩阵校正的限制条件,验证了二维纠正矩阵校正的可行性,进而建立了校正有效性的评价方法;仿真实验结果表明 DCNM方法可以有效的改善系统的性能。
　　最后设计并制作了可用于地矿勘探的雷达数据获取高速采集硬件,其不但支持一般的采集任务,还能够完成自检、校正功能;然后采用本文提出的DCNM方法,分别对标准的高频信号、掘进爆破信号进行测试与跟踪,并与传统测试方法进行了比较,结果表明,本文提出的DCNM方法具有测试时间短、校正数据精准度高的特点,该校正方法可以推广到煤矿监测的其它设备应用。

目录

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英文摘要

目录

1 绪论

1.1本课题研究背景

1.2国内外煤矿监测研究现状

1.3煤矿安全监测数据分析

1.4需要解决的主要问题及研究方法

1.5论文主要研究工作

2 煤矿数据获取单元非线性分析

2.1性能指标定义

2.2煤矿生产监测数据获取模型

2.3传递函数多项式逼近分析

2.4关键指标分析

2.5仿真及测试结果

2.6小结

3 煤矿监测设备数据获取单元测试方法分析及改进

3.1正弦曲线拟合测试法

3.2直方图性能统计方法分析

3.3仿真及测试结果

3.4小结

4 适应于煤矿监测设备自检方法研究

4.1 NRCTM方法研究

4.2仿真实验

4.3小结

5 煤矿监测设备数据获取单元校正方法研究

5.1 Dither校正方法研究

5.2 Dither对传输特性的改善研究

5.3基于可逆模型的Volterra级数校正方法研究

5.4校正方法比较

5.5数据获取系统校正框架设计

5.6小结

6 非线性纠正矩阵与Dither结合校正研究

6.1 非线性二维纠正矩阵可实现性分析

6.2基于Dither技术的二维非线性纠正矩阵数据校正方法研究

6.3校正限定因素分析

6.4 校正数据获取方法

6.5校正有效性评定方法研究

6.6校正结果比较与分析

6.7 小结

7 煤矿生产监测数据获取单元的实现与校正分析

7.1适用于煤炭生产高速采集的数据获取单元设计

7.2测试数据校正与分析

7.3小结

8 结论与展望

8.1结论

8.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文