1、课题背景及意义,国内外现状标题,单击此处添加标题,课题难点,课题的设计方案题,课题的经费来源,课题进度安排标题,课题的预期目标,1.研究的背景及意义,1.1选题的背景,1.研究的背景及意义,杂散电流对煤矿的安全生产造成了严重威胁，煤矿井下杂散电流及其防治问题一直受到人们的重视。,某煤矿发生瓦斯突出，电机车架线火花引起爆炸,杂散电流是随机事件而且是连续变化的量，因此要使用一种专用的杂散电流测定仪进行测量。这种杂散电流测定仪应具有测量、记忆、计算、显示和报警的功能。其量程可为01 000mA。,煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术规范MT 670,1.研究的背景及意义,1.研究的背景及意义,目前国内煤
2、矿的生产环境一般采用在矿井下铺设通信线路，传递检测信息，这样一来成本很高，而且随着生产过程中矿井结构在不停变化，加之有些坑道空间狭小，对通信线路的延伸和维护提出了更高的要求，一旦通信线路发生故障，整个监测系统就可能瘫痪。针对井下煤矿生产所面临的易腐蚀、易爆、电磁环境恶劣、灾后人员搜救困难等情况，采取新的技术手段来提高煤矿安全生产监控，提高灾后救援效率具有非常重要的意义。,1.研究的背景及意义,1.2选题的意义,虽然国内已经有针对矿井下杂散电流采集的仪器，但都是单个地点采集，而且采集的时间和人员受多方面限制，不能做到24h在线实时监控。,1.研究的背景及意义,无线传感器网络(Wireless S
3、ensor Network, WSN)，综合了传感器、嵌入式计算、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术，能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或监测对象信息的实时监测、感知和采集，将这些信息通过无线方式被发送，并以自组多跳的网络方式传送到用户终端。以无线方式在线监测煤矿井下杂散电流，对安全生产具有重要作用。,2.课题的国内外现状,2.1无线传感器网络国内外研究动态,2.课题的国内外现状,2.1无线传感器网络国内外研究动态,在国内方面，对于WSN的研究和应用工作虽然还处于起步阶段，但我国政府高度重视和支持对WSN的研究，相继启动了很多研究项目。一些科研机构和大学己经相继开展了在无线
4、传感器网络方面的研究工作，研究范围涵盖了无线传感器结点的硬件设计、操作系统、网络路由技术、节能技术、覆盖控制技术等，并初步取得了一些研究成果。,2.课题的国内外现状,2.2杂散电流检测仪器国外研究动态,3.课题拟采取设计方案,3.1.1系统实现功能,3.1.2系统总体方案设计,3.课题拟采取设计方案,3.课题拟采取设计方案,下列地点的杂散电流值应不大于60mA： 1.采区内各巷道中的轨道对总接地网间； 2.采煤工作面内的金属网假顶对总接地网间； 3.采区内上、下山的轨道与运输大巷连接处的第二道绝缘夹板相连接的轨道对总接地网间； 4.掘进工作面与掘进巷道内任何地点的轨道对总接地网间； 5.掘进巷
5、道的轨道与运输大巷连接处的第二道绝缘夹板处的轨道对总接地网间； 6.采区煤仓对轨道间； 7.井下爆炸材料库铁门对轨道间,3.课题拟采取设计方案,3.2杂散电流检测方法,1,2,4,3,5,6,3.课题拟采取设计方案,拟采用干扰探针测试方法与管地电位检测方法结合起来监测井下杂散电流，再结合霍尔传感器的不失真传输电流波形特性，可以真实的反映出井下杂散电流状态，且容易形成网络化，方便灵活的增加监测节点。,3.课题拟采取设计方案,3.3.1路由节点与终端节点硬件,路由节点硬件,终端节点硬件,3.课题拟采取设计方案,3.3.2终端软件设计,3.课题拟采取设计方案,3.3.3协调器网关硬件,由无线模块与S
6、TM32 F103核心板共同构成了该网关的底层硬件平台，网关与无线网络通过串口通信。,3.课题拟采取设计方案,3.3.4协调器软件设计,3.课题拟采取设计方案,3.3.5网关软件设计,4.课题研究难点,检测电路的本质安全方案设计 拟采取解决办法是：根据防爆单位提供的“本质安全参量临界曲线”对电路中采用的储能元件进行参数设计和保护。对整个电路最关键的供电部分，采用2节5号干电池供电，工作电压为3V (2.73.6V)。根据电阻性电路的本质安全要求，以电池的最大短路电流作为衡量电源本质安全性能的基准，串加限流电阻或者可恢复保险丝限流来保证本质安全性。,4.课题研究难点,(2) 杂散电流检测中，对于
7、微弱电流信号的检测问题 拟采取解决办法是：由于煤矿井下杂散电流包含直流杂散电流和交流杂散电流，针对直流杂散电流，可以采取同时测量不同参考电压值的转换结果，取换算后得到最接近参考电压的值；对交流杂散电流，采用霍尔电流传感器，设置不同电流放大倍数，根据同时采取到的结果求平均值，选取与平均值最接近的测量结果。,4.课题研究难点,(3)如何消除由参比电极和被测金属所在位置的地电场不均匀性造成IR降(IR降：当参比电极与被测金属之间有电阻并有电流流动时就会产生) 拟采取解决办法是：如果同时用两个参比电极去测同一个金属管路，则两个测量数据中包含的IR将成分将与两电极到测试端子之间的距离成线性关系。通过一定
8、的数据处理手段即可得到IR降误差消除后的金属管路极化电位数据。,4.课题研究难点,(4) 数据经由井下向井上传播时，在出井口附近节点可能会遇到数据不停的传输，从而导致数据通道拥堵，遭遇数据传输瓶颈。 拟采取两种方法解决，第一是通过在井口附近放置较多路由节点，让数据从不同的路由节点传出井口；第二就是通过数据压缩的方式，然后打包封装发送。,5.课题预期目标,（1）设计检测装置电路，实现对交直流杂散电流的检测。（2）组建ZigBee无线传感器网络。（3）设计网关和TCP/IP通信协议，实现与上位机实时数据交互。（4）发表12篇相关论文。,6.论文经费来源,硕士研究生的培养经费，主要用来购买系统所需元件，完成整个测试系统的设计和调试。,7.课题进度安排,谢谢各位老师！,
