一种井下超声波换能器结构设计

井下超声波换能器是超声波处理油层系统成套设备的关键，直接影响超声波油层处理的效果。井下超声波换能器包括上接头、电感匹配段、声波辐射段以及压力平衡段等四大部分：上接头采用防爆快插结构并通过专用马笼头、传输电缆与地面电源连接；电感匹配段主要由调节螺栓、磁芯、固定片、电感线圈、外壳等组成，可提高电缆传输效率，使换能器得到较大的电功率，并保证换能器在井下高温时保持良好的工作性能；声波辐射段主要由包括内支撑轴、中间支架、压电陶瓷组、预压紧套、甲基硅油、辐射外壳组成，是将电能转换为声波能量，并把声波能量通过环空流体耦合进入地层，对地层进行声波处理，声波辐射段外壳内部是由高性能压电陶瓷材料组成的发声体，外壳与发生体之间充满甲基硅油；压力平衡段主要由活塞、橡胶密封圈、弹簧和活塞缸组成，采用活塞—弹簧结构压力平衡及补偿方法，可保证换能器内外压力平衡，使井下超声波换能器在高温高压环境下保持良好的工作性能。     

双螺杆升降式超声波清洗装置在陶瓷过滤机中的应用

为了提高陶瓷过滤机的过滤效能、滤饼产量及降低滤饼水分，针对设备清洗系统中的超声波清洗装置换能器盒易损坏、维护不方便等问题，进行了升降式超声波清洗装置的研究。研究实现了缩短拆卸换能器盒盒体的时间，延长了其使用寿命，降低了维护强度，达到了设备高效率运转的效果，值得推广应用。     

机器视觉的煤自燃智能预警系统设计

为了更好地解决目前煤矿自燃火灾探测的误报、漏报及方法单一等问题,提出了一种基于机器视觉的多传感器融合的煤矿自燃火灾智能预警系统。通过构建的煤矿井下视觉网络系统对煤矿自燃可疑区域进行图像采集、分析和处理,结合温湿度传感器、光感传感器在特定环境深度融合技术下采集的煤矿环境参数信息,并将数据信息实时地传输到控制中心。实现了对煤矿自燃火灾的实时监测、预警功能,使煤矿自燃火灾的监测预警的准确性大大提高,具有很好的应用前景。     

基于ORB特征的矿井移动目标双目视觉跟踪与定位

针对井下NLOS环境信号接收强度(RSSI)和飞行时间(ToF)定位方法存在多径干扰和定位时延,导致定位误差较大问题,提出了基于ORB特征的矿井移动目标双目视觉跟踪与定位方法。首先根据矿井移动目标双目视觉跟踪与定位原理,利用RSSI阈值监测井下移动目标的位置范围,据此触发双目视觉传感器对移动目标图像信息采样和特征提取;然后对采集的目标图像与训练图像进行ORB算法特征匹配;最后根据双目视觉传感器的视差均值和图像像素坐标公式,求解相机内外参矩阵和标定移动目标的世界坐标,从而获取井下移动目标的准确位置信息,实现实时跟踪与精确定位。结果表明,与其他算法相比,本文方法能够有效提高定位精度和实时性,对井下目标遮挡、低照度和噪声环境具有较强的鲁棒性。     

基于激光视觉引导的焊接机器人系统设计

在工业机器人末端加装激光视觉传感器构成焊缝跟踪系统的硬件部分。对采集的焊缝图像经除噪声滤除、二值化、激光条纹中心直线提取,最终确定焊缝位置。根据机器人系统标定的结果实现激光视觉引导的焊缝自动跟踪。实验结果表明,该系统具有较好的跟踪精度,能够满足工业实际需求。     

非接触式超声波技术在煤矿管道瓦斯流量监测中的应用

为解决国内煤矿现有瓦斯抽采系统中使用的传统流量计易堵塞、粘连传感器关键部位和不易拆卸、无法保证长期运行的准确性与稳定性等问题,基于超声波检测流量原理,设计了针对煤矿瓦斯抽采管道使用的非接触式超声波管道瓦斯流量监测仪。超声波监测仪结合高频电路设计技术、嵌入式技术和单片机技术,设计了矿用超声波换能器,前端发射接收电路、收发控制与计时电路及其显示电路,并提供了多种标准输入输出接口,既可作为抽采系统中的瓦斯流量监测仪,也可作为单独的仪表使用。     

超声波测距在防胶带撕裂装置中的应用

利用超声波具有定向性好、能量集中、在传输过程中衰减较小、反射能力较强等特点,设计了超声波传感器测距系统,对输煤胶带的宽度实现在线监测。使用证明,该套防撕裂装置能有效防止输煤胶带的纵向撕裂事故,值得大力推广和应用。     

煤矿机器人视觉系统除尘方法研究

为提高煤矿机器人视觉系统在井下高粉尘、高湿度等恶劣工况下的图像采集质量,提出了一种视觉镜头自揭膜和自动清洗综合除尘方法,为视觉系统的视窗自动清洁提供了新思路。采用在视窗表面覆盖透光隔膜的防尘原理,通过巧妙的机械结构设计实现覆膜的自动揭除和镜头视窗的除尘自清洁,充分考虑揭膜装置的防爆设计要求,开展了揭膜除尘系统的虚拟样机设计,系统可根据相机曝光量和图像采集质量自动计算当前镜头的清洁度,判断是否执行揭膜除尘动作。同时考虑在揭膜除尘失效的情况下,辅以煤矿机器人镜头喷淋除尘方法,设计了自动清洗除尘系统的总体架构,机器人通过镜头污染度自动判别算法,确定镜头喷淋清洗策略,通过自主循迹、自动定位等技术,实现喷淋清洗系统与机器人镜头的对接和清洗动作。初步试验研究表明:通过对机器人视觉系统获取的图像进行在线灰度直方图分析,可实时自动判断图像劣化程度,启动视觉系统除尘清洁装置,能够有效提高机器人视觉系统图像拍摄质量,为煤矿机器人井下导航、定位、巡检作业等提供技术保障。     

红外图像在长输天然气管道焊接裂纹检测系统中的应用研究

焊接质量直接影响天然气运输安全,为此研究了红外图像的长输天然气管道焊接裂纹检测系统,提升了裂纹检测效果。该系统利用超声波激发电路发送超声波至长输天然气管道,产生热量;通过红外图像采集卡采集由热量形成的红外图像,传输至计算机;计算机通过红外图像分析模块处理获取的信息,得到焊接裂纹检测结果,若属于焊接裂纹实施现场警报,在日志内存储焊接裂纹相关信息;红外图像分析模块利用热响应差分法增强红外图像,通过自适应区域生长方法分割增强的红外图像,得到异常温度区域,通过数学形态学提取原始红外图像的焊缝轮廓信息,中级融合异常温度区域与焊缝轮廓信息,提取裂纹。实验证明,该系统可精准检测管道焊接裂纹,裂纹提取的完整性与质量较高;在检测微小裂纹时,依旧具备较优的检测效果;该系统分割红外图像时的敏感性与特异度均较高,分割效果较佳。     

基于SIFT算法的遥感图像配准系统设计与应用

本文以MATLAB软件作为开发工具,设计了一种基于SIFT算法的遥感图像配准系统。本系统能够对来自于不同传感器、不同分辨率、不同时段的遥感图像进行配准,实现对遥感图像的甄别、比对,有效建立遥感图像的统一坐标系,使遥感图像信息的解读更加准确便捷。利用该系统进行储量测量,水文监测都能起到良好的应用效果,并能够实现远程测量。     

基于信息融合技术的超前液压支架姿态感知方法及实验验证

超前耦合支护系统空间姿态动态监测方法融合了众多的先进感知传感器，而单一感知传感器间相对独立，无法融合由于复杂扰动变化引起的超前液压支架组的空间姿态动态信息和相对位置信息反馈。采用多传感器系统协同作业的原理，结合超前液压支架组相对位置调整、移架和顶底板变形引起的2种典型空间姿态变化情况，提出一种基于信息融合技术的超前液压支架组姿态感知方法。采用超声波测距传感器测量超前液压支架组与巷帮相对位置动态信息，将小于安全距离进行位置调整过程中所引发的超前液压支架组空间姿态变化视为航向角度的动态变化，实现超前液压支架组位置调整、移架过程的空间姿态感知。采用九轴姿态传感器感知支架顶梁、底座和连杆机构的姿态动态变化信息，利用卡尔曼滤波算法融合单个姿态传感器各轴姿态数据，抑制测量过程中噪声的影响，利用自适应加权融合算法将所有姿态传感器具有相同变化趋势的同轴数据进行融合，实现对超前液压支架组空间姿态数据的动态融合感知。最后使用超前液压支架组空间姿态感知实验台对所提出的超前液压支架组空间姿态感知方法进行实验验证分析。实验结果表明：横滚角融合结果最大误差为0.024 3°,最小误差为0.001 6°,平均绝对误...     

基于机器视觉的轴承缺陷检测及分拣

针对传统的人工检测既不稳定又耗时的问题,提出一种用于检测轴承缺陷的视觉检测系统,可快速检测存在缺陷的轴承。所提出的机器视觉检测系统用图像传感器采集待测轴承图像,通过判断缺陷连通域的像素个数是否超过阈值T来区分轴承有无缺陷。最后利用最小二乘法拟合得到的轴承圆心坐标,并利用直角坐标机器人进行剔除。实验证明,该系统检测方法简单、定位准确、抗噪能力强、计算速度快和实时性好。     

基于模糊神经网络的信息融合方法在矿井供风系统中的应用

针对矿井瓦斯事故频发，矿井供风系统急需改进的实际情况，将多传感器信息融合方法及PLC应用于矿井通风系统中，以实现对原系统的改造.利用各类传感器采集的信号进行同类传感器本身的一次数据融合处理后，再对异类传感器进行二次数据融合，从而评判出此时矿井所处的安全等级，对风机的给风量进行控制.实验表明，该控制方法具有良好的控制效果.     

悬臂式掘进机巷道位置及机身姿态检测方法

掘进机在煤矿巷道中的位置及姿态检测是实现煤矿巷道自动化掘进的基础,因此提出了悬臂式掘进机位置及姿态检测方法及实现,即通过在悬臂式掘进机上安装超声波传感器、油缸行程传感器、陀螺仪传感器等检测装置,实现悬臂式掘进机在煤矿掘进工作面位置及姿态的检测,为掘进机自动控制提供实时数据。该设计方案中超声波传感器通过在靖远煤电某矿井下EBZ160推进机进行测试,总体在可接受范围之内,陀螺仪在电气车间通过试验,可满足试验需求。     

矿用液压式履带底盘纠偏系统研究与应用

针对现有矿用液压式履带底盘在移动行走中出现的履带底盘直行跑偏问题,提出一种基于超声波测距的履带底盘纠偏系统及控制方法,使其避免因行驶跑偏导致的作业失效甚至碰壁事故;该系统采用超声波测距传感器对履带行驶偏差进行智能感知,利用西门子PLC控制器完成对纠偏信息的实时数据处理与指令控制。详细阐述了履带纠偏控制原理及其实现方法,并基于模拟实验平台进行了验证分析;实验结果表明,当履带偏移角度或距离超出设定值时,纠偏控制系统开始工作,该系统可控制液压式履带底盘的偏移角度范围为-5.5°～6°,偏移距离最大不超过24 cm。     

基于机器视觉的轴类零件识别

采用机器视觉手段进行轴类零件识别。通过采集待识别零件样本信息,利用MATLAB软件编程实现对样本的图像处理和轮廓提取,获得特征量信息。然后通过图像标定和亚像素最小二乘法进行直线拟合获得轴的边缘轨迹,完成轴的直径和同轴度识别。进行视觉识别结果和人工测量结果比较,结果表明,采用机器视觉进行轴类零件识别,相对误差为0.001,检测精度具有一定的可靠性,且检测速度快,便于实现批量化、在线实时检测,具有广阔的应用前景。     

煤矿井下超声波风速传感器的设计

针对因通风问题引发的井下事故,而设计出高精度、低功耗、多样输出的超声波风速传感器。该系统基于超声波旋涡原理,用2个超声波换能器来发送和接收信号,硬件以STC80C52AD为控制器,可实现风速的本地显示,红外遥控和多样性远端传输等功能。通过现场测试,风速实际值与采样值虽接近线性关系,但小风速时会出现较大偏差,因此研究了减小测量误差的非线性补偿算法,采用非线性补偿算法后的测试结果表明,该超声波风速传感器成功的将误差控制在<0.1 m/s。     

利用MCS-51单片机实现矿井温度信息监测及报警系统

利用MCS－51单片机对矿井温度信息监测及报警系统总体设计进行了分析，有关分站硬、软件设计另有专文，该系统在抗干扰方面稳定可靠。若适当更换传感器，还可监测其他物理量。     

曲波变换在超声波成像图像分割中的应用

超声波成像测井由于不受泥浆导电性的影响,可对油基泥浆井的裂缝进行较准确评价,具有电成像测井不可替代的特点。针对油基泥浆下裂缝识别问题,选用具有各向异性的曲波变换对超声波成像进行了图像分割。此方法对于图像的边缘更为敏感,可以提取图像边缘信息,对图像分割有一定的作用。     

基于工业以太网的巷道表面位移传感器设计

 巷道表面位移监测是巷道支护监测技术研究的重要内容,它对保障矿井安全生产具有重大意义。传统的表面位移检测方法测量精度低、测量结果无法自动上传井下光纤环网,很难实现测量结果的综合分析与利用。本文提出了一种基于工业以太网接口的巷道表面位移检测系统,较好的解决了这一问题。重点介绍了传感器的原理及软硬件实现方案。传感器以STC12C5A单片机为核心,利用超声波探头实现位移的精确测量,利用RTL8019AS以太网控制芯片,实现了数据通信和共享。