Разработка алгоритмов САПР приборов шахтной акустической анемометрии

• Автор: Стучилин, Владимир Валерьевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 178 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Состояние современной шахтной анемометрии.

1.1.1 Требования к контролю вентиляции шахт.

1.1.2 Требования к анемометрическим приборам

1.1.3 Обзор современных приборов шахтного анемометричсского контроля.

1.2 Акустический способ шахтной анемометрии.

1.3 Практическое применение акустического метола измерения скорости или расхола потока.

1.4 Общие требования к САПР акустического анемометра .

1.4.1 Основы и техническое обеспечение САПР.

1.4.2 Математического обеспечения анализа в САПР
1.4.3 Математического обеспечения синтеза в САПР
1.4.4 Обзор методов оптимизации.
1.4.5 Системные среды и программнометодические комплексы САПР
1.5 Выводы
2. Теоретическое описание электромеханических преобразователей акустического анемометра.
2.1 Особенности проектирования электроакустического преобразователя для датчика анемометра
2.2 Расчет электроакустического излучателя
2.3 Расчет электроакустического приемника.
2.3.1 Характеристики приемника, как излучателя энергии сигнала
2.3.2 Помехоустойчивость приемников.
2.4 Оценка эффективности спроектированного ЭМП преобразователя.
2.4.1 Критерии эффективности пьезокерамического кольцевого преобразователя.
2.4.2 Эффективность рассчитанного ЭМПизлучателя.
2.4.3 Эффективность рассчитанного ЭМприемника.
2.5 Математическая модель пьезокерамнческого преобразователя для автоматизированного проектирования канала акустического
анемометра
2.6. Выводы.
3. Экспериментальное исследование характеристик пьезоэлектрических кольцевых преобразователей акустического анемометра
3.1 Исследование влияния параметров окружающей среды на
рабозу акустического анемометра.
3.1.1 Влияние состава газа. Зависимость погрешности от скорости
3.1.2 Исследования частотных характеристик пьезокерамических
3.1.3 Работа акустического анемометра при изменении параметров окружающей среды
3.1.4 Экспериментальные исследования пьезокерамических колец
при различных значениях температуры и влажности
3.2 Выбор пьезокерамических колец для шахтного акустического анемометра
3.2.1 Выбор материала пьезокерамики преобразовательных колец
3.2.2 Эффект ухода нуля при изменении параметров окружающей среды
3.3 Проверка теорсгичсскм рассчитанных схем замещении пьезокерамического кольцевого преобразователя
3.4 Выводы.
4. Анализ математических моделей распространения акустических волн в канале акустического анемометра
4.1 Описание основных математических молелен и методов расчета волноводавоздуховода акустического шахтного анемометра
4.2 Математическая модель а немометрического канала со стенками конечной длины.
4.3 Расчет давление на приемном преобразователе
4.4 Выбор математической модели волноводавоздуховода для автоматизированного проектирования датчика акустического анемометра.
4.5 Выводы.
ГЛАВА 5. Разработка алгоритмов САПР датчика
акустического анемометра.
5.1 Обобщенная математическая модели акустического канала шахтного анемометра с учетом свойств ньезоксрамичсскнх преобразователей.
5.2 Разработка алгоритмического обеспечения САПР датчика акустического шахтного анемометра
5.3 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


В конкретных горнотехнических условиях отработки пласта, крыла, технологическая схема определяет места анемометрического котроля 2,7, 8,9,. Измерение расхода воздуха, проходящего по горным выработкам и поступающего в забои, наряду с измерением концентраций вредных примесей позволяет обеспечить объективный контроль эффективности проветривания. Рис. Измерение скорости газовоздушпых потоков необходимо не только для оценки расхода, оно имеет достаточно большое самостоятельное значение, так как с величиной скорости перемещения воздушных масс связаны условия охлаждения организма человека, запыленность атмосферы и другие факторы, характеризующие безопасность и комфортность условий труда 7. Основными приборами анемометри чес кого контроля в шахтах угольной промышленности являются разработанные более пятидесяти лет назад анемометры ЛСО3 и МС и их современные аналоги например, АПР2. Кроме того, что эти приборы не удовлетворяют требованиям точности, чувствительности, надежности и удобства эксплуатации, предъявляемым к ручным шахтным анемометрам, как правило, на шахтах отсутствует база для их ремонта и метрологического обеспечения. Лнемометрическис средства в настоящее время контролируются и поверяются в основном бассейновыми отделениями Госстандарта России и НПО НИИ им. Д.И. Менделеева С. Петербург. В условиях усложнения технологии угледобычи все большее распространение получают средства автоматизированного контроля и управления процессом проветривания шахт. Использование таких систем позволяет как увеличить добычу угля, так и повысить уровень безопасности в шахте. Одним из ключевых узлов такой системы являются датчики скорости и расхода воздуоса, от величины их погрешности, инерционности, чувствительности, динамического диапазона. Нужно также отмстить, что большинство таких датчиков не способны работать в автоматизированных системах изза своей ненадежности и специфики конструкции 9, . Особые условия шахтной атмосферы, характерные для горных выработок типы воздушных потоков, диапазон допустимых скоростей, определяемый Правилами безопасности в угольных шахтах, и другие факторы выдвигают ряд требований, предъявляемых к приборам, используемым для контроля скоростей и расходов газовоздушных потоков в шахтах. По Правилам безопасности в угольных шахгах средняя скорость воздуха в призабойных пространствах очистных выработок всех шахт должна быть не менее 0. III категории и выше в некоторых тупиковых выработках не менее 0. При проходке и углубке вертикальных стволов и
шурфов, в тупиковых выработках негазовых шахт и в остальных выработках, проветриваемых за счет общешахтной депрессии, не менее 0. Верхний предел диапазона скоростей в вентиляционных скважинах неограничен, а в остальных выработках максимально допустимые значения скоростей составляют 4 мс. Таким образом, с учетом требований правил безопасности, для измерения скорости 0. Для верхнего и нижнего пределов диапазона скоростей должна обеспечиваться своя точность измерений, которая может быть охарактеризована относительной погрешностью. Для скоростей, превышающих I мс, можно считать удовлетворительной погрешность, составляющую 3 измеряемой величины. Для скоростей до 1 мс абсолютная погрешность может быть задана как функция измеряемой скорости, например, 0. На практике среднюю скорость определяют путем замера значения скорости в одной или нескольких точках сечения с дальнейшим вычислением среднего по определенным правилам. При измерении скорости или расхода потока сам прибор может существенно изменить эшору потока, причем еще до измерения и внести дополнительную погрешность. Таким образом, желательно чтобы анемометр не вносил изменений в структуру измеряемого потока, или чтобы эти изменения были минимальны. Все изменения расхода или скорости потока можно разделить на четыре вида микропульсации незначительные отклонения с периодом колебаний до нескольких десятков секунд, макропульсации отклонения, длящиеся 3 минут, колебания изменения скорости с периодом более минут и опрокидывания изменения направления движения . Пульсации и колебания относятся к наиболее распространенным изменениям скорости.