基于DSP的粉尘浓度测量方法研究

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煤矿井下粉尘检测关乎煤矿安全生产及矿井下工人的身体健康,本文在研究了现有的几种粉尘浓度测量方法之后,以静电感应原理测量粉尘浓度为基础,结合数字信号处理的方法,提出了一种基于DSP的测量粉尘浓度的新方法。  1.分析了引起矿井粉尘带电的原因,确定了利用圆环型的感应电极作为测量粉尘浓度的测量探头,分析了单个粒子及大量粉尘粒子穿过传感器探头时静电信号的特征。  2.针对静电信号中包含噪声的特点,提出了一种新的变步长自适应滤波算法,该算法能够解决最小均方自适应滤波算法收敛速度与稳态误差之间的矛盾,将新的自适应滤波算法用于对测量信号的噪声分析中。在分析了测量信号所包含的噪声后,设计了无限脉冲陷波器实现了对测量信号的噪声滤除。  3.为了解决不能直接建立静电感应信号与粉尘浓度信号对应关系的问题,对静电感应信号进行了特征提取,利用最小二乘法建立了粉尘静电信号特征值与粉尘浓度之间的关系。  4.以检测及控制领域广泛应用的高端DSP芯片TMS320F2812为基础,对粉尘浓度测量系统进行了设计;针对测量信号微弱、易受到外界干扰的特点,设计了高放大倍数的电荷放大器及高转换精度的A/D转换电路;为了实现矿井粉尘浓度的实时在线测量,测量系统设计了包括CAN总线、串行通信、4-20mA输出电路,200-1000Hz输出等接口转换电路,并利用CCS软件实现了测量系统的软硬件调试。  5.对测量系统进行了实验验证,对测量结果分析发现:传感器在高粉尘浓度的测量环境当中测量结果能够满足测量误差的要求,而在低粉尘浓度环境中测量粉尘浓度时的精度较低,这主要是因为不能从理论上直接建立粉尘浓度与静电信号之间的关系,及实验数据不足不能准确建立粉尘浓度与测量信号间的确切关系造成的。
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