[发明专利]一种井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测方法

权利要求书

1.一种井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测方法，其特征在于：包括信号采集、数据传输和分析计算，信号采集通过监测装置对硐室底板位移信息进行监测，数据传输通过有线或者无线的方式将位移信息发送至上位机进行计算分析，判断大型选煤设备基础是否倾斜，完成对井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测；

监测装置包括陀螺仪、加速度计和单片机，所述单片机的模数转换端口接收来自所述的陀螺仪和加速度计的监测结果，所述上位机与所述单片机通过串口通信电路进行连接；

所述陀螺仪采用三轴陀螺仪，所述加速度计采用三轴加速度计，对三维空间三个轴向的加速度和角度率进行监测，所述三轴陀螺仪和所述三轴加速度计监测到的信号采用卡尔曼滤波进行数据融合，消除所述三轴陀螺仪的漂移误差和所述三轴加速度计的噪声干扰；

采用卡尔曼滤波器进行信号数据融合，首先建立系统的状态程和测量方程，基于倾角和倾角角速度存在倒数关系，系统倾斜角度作为一个状态向量，采用三轴加速度得到三轴陀螺仪常值偏差b，以此作为状态向量得到相应的状态方程和观测方程：

其中，为包含固定偏差的陀螺仪输出加速度，为加速度计经处理后得到的角度值，为陀螺仪测量噪声，为加速度计测量噪声，为陀螺仪漂移误差，与相互独立，此处假设二者为满足正态分布的白色噪声，令为系统采样周期，得到离散系统的状态方程和测量方程：

通过系统过程噪声协方差阵Q以及测量误差的协方差矩阵R，对卡尔曼滤波器进行校正；Q和R矩阵的形式如下：

，

其中，和分布是加速度计和陀螺仪测量的协方差，取的值小于的值，此时：

式1

式中，，，是利用预测的结果，是时刻的最优结果，

则对应于的协方差为：

式2

是系统过程的协方差，式1和式2即对系统的状态更新，此时状态的最优化估算值为：

式3

其中，为卡尔曼增益，且式4

状态下的协方差进行更新：

式5

其中，是单位矩阵，当系统进入状态时，就是式2的，式3、式4和式5是卡尔曼滤波器状态更新方程，计算时间更新方程和测量更新方程结束后，再次重复上一次计算得到的后验估计，作为下一次计算的先验估计，进行循环反复的运算直到找到最优结果；

所述陀螺仪采用MPU-6050陀螺仪，所述加速度计采用ADIS16354加速度计；

所述串口通信电路采用RS-485接口电路，所述RS-485接口电路设置串口转wifi模块，实现上位机与单片机的无线信号连接，所述监测装置为多个并同时对硐室内多个地方进行监测。

2.如权利要求1所述的井下选煤厂设备硐室底板位移动态监测方法，其特征在于：所述上位机通过示波器对三轴加速度计信号曲线、三轴陀螺仪信号曲线和卡尔曼滤波融合曲线进行显示。