用于煤矸识别的振动传感器设计 论文

目前自动化放顶煤开采煤矸识别技术中，伽马射线成本太高且对人体有害；红外技术受环境温度影响较大；雷达探测在煤层较厚时信号衰减严重；声音技术成本低、难度小，但受外界声音信号干扰严重；图像技术在煤矸颜色差别大时有效，但受粉尘、光线因素影响较大；振动技术具有声音技术的优点，同时又可以避免环境噪声干扰，具有较高的检测精度。顶煤和矸石在硬度等诸多性能上都有所不同，落到液压支架尾梁上时产生的振动信号也表现出不同的特征。针对该特征，设计了一种振动传感器，该传感器安装在液压支架尾梁的腹板处，对顶煤或矸石砸到液压支架上产生的振动信号进行感知，通过信号处理和分析辨识出放煤过程中的煤块和矸石。该传感器利用加速度计采集尾梁振动信号，并对采集数据进行前端滤波处理；利用傅里叶变换对数据进行功率谱分析，得到单位时间内的最大振动频率、幅值及功率谱能量。实验室测试结果表明，该传感器测量误差在1%以内。井下测试结果表明，振动传感器采集的信号大部分是煤块落下时的振动信号，其频率范围为100～200Hz，而矸石落下时的振动信号频率在200Hz以上，根据振动信号特征能够识别出顶煤和矸石。