组合煤岩力学性质与声-电荷信号关系研究 被引量：8

1

作者 肖晓春 樊玉峰 +2 位作者 吴迪 丁鑫 王磊 《中国安全生产科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期126-132,共7页

为探究组合煤岩力学性质与声-电荷信号关系,选用新邱矿区煤样和砂岩制备组合煤岩试样,采用物理实验和数值实验相结合的方法,开展不同岩煤高度比的组合煤岩试样受载破坏声发射与电荷感应监测试验,得到了组合煤岩力学性质、声-电荷信号规... 为探究组合煤岩力学性质与声-电荷信号关系,选用新邱矿区煤样和砂岩制备组合煤岩试样,采用物理实验和数值实验相结合的方法,开展不同岩煤高度比的组合煤岩试样受载破坏声发射与电荷感应监测试验,得到了组合煤岩力学性质、声-电荷信号规律及其相互关系。结果表明:组合煤岩试样中的岩石高度提高会提升其整体强度,其破坏脆性特征显著,冲击倾向性增强,弹性阶段的声发射信号提前,声发射能量累积量增加,峰后声发射能量变化率及电荷变化率增大;组合煤岩峰后产生连续声发射信号和电荷信号,强冲击和中等冲击组合煤岩破坏时声发射能量变化率分别为0.336和0.047 J/s,电荷变化率分别为204.88和24.52 pC/s。声发射信号与电荷信号可以在一定程度上反应组合煤岩应力状态并预测失稳破坏,为通过信号监测煤体冲击地压灾害发生提供依据。 展开更多

关键词 矿山安全 组合煤岩 力学性质 声-电荷信号 冲击破坏

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煤岩破裂过程电荷信号时-频域特性及降噪研究 被引量：9

2

作者 丁鑫 肖晓春 +3 位作者 吕祥锋 吴迪 赵宝友 潘一山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期657-666,共10页

为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频... 为了拓展电荷信号综合分析手段,进一步提高电荷感应方法的煤岩体冲击地压预测准确性,将室内物理试验和理论分析相结合开展煤岩受载破坏电荷信号监测试验,基于煤岩破裂电荷信号产生机制和傅里叶变换方法获得了不同受载阶段电荷信号时-频域特征及其变化规律,并设计数字滤波器进行电荷信号降噪处理。研究结果表明:电荷时-频域信号幅值与煤岩受载变化具有良好的一致性;非接触式感应电荷信号监测装置工频白噪信号组成频率较固定,白噪时-频域信号幅值随采样频率升高明显提高;煤岩受载过程中时域信号特点为弹性后期小幅值振发型,强化损伤阶段高幅值振发型,峰后破坏阶段高幅值连续型;频域变换得出电荷信号为主频率范围1~100 Hz的甚低频率信号,且该范围内的频域信号幅值随时域信号幅值升高而显著增加,此试验结果是区别电荷信号与高频率电磁辐射信号的主要标志,基于研究结果设计了数字低通滤波器,较好的剔除了工频白噪信号同时又不失真的保留了有益信号;基于电荷信号的时-频域特性可将工频干扰信号与有益信号区分有效提高信号监测准确性,达到预测预警冲击地压发生的目的。 展开更多

关键词 煤岩破裂 电荷信号 离散傅里叶变换 数字滤波器 时-频域特征

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不同加载路径煤岩破裂过程声-电荷复合信号特性 被引量：8

3

作者 丁鑫 肖晓春 +1 位作者 吴迪 潘一山 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第S2期359-368,共10页

通过开展不同加载路径下煤岩力学行为及其变形破裂过程声发射和电荷信号特性试验研究,从能量角度分析了加载路径影响的煤岩力学行为和承载能力的变化规律。对极化引起的煤岩表面微电势的产生和衰减进行了理论推演,理论分析结果对煤岩变... 通过开展不同加载路径下煤岩力学行为及其变形破裂过程声发射和电荷信号特性试验研究,从能量角度分析了加载路径影响的煤岩力学行为和承载能力的变化规律。对极化引起的煤岩表面微电势的产生和衰减进行了理论推演,理论分析结果对煤岩变形破坏过程中声发射与电荷信号产生和变化特征进行了较好的解释。试验结果表明:煤岩变形破坏过程声-电荷信号增减与承载结构破坏所致应力突降呈现出较好的一致性。受载初期两种信号幅值较低且为离散型,随载荷增加,信号幅值、密集程度显著提高且向连续型过渡,峰值前后声-电高值信号连续出现。煤岩受载变化次数越多,强度、峰前应变能越高,振铃计数变化率和能量变化率越高,电荷量变化率越大。由此提出了基于声-电荷复合信号幅值和信号变化率的煤体破坏和失稳灾变预测方法。 展开更多

关键词 加载路径 煤岩破裂 声-电荷复合信号 综合监测方法

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含水率对岩石电荷感应信号影响规律研究 被引量：5

4

作者 郑文红 施天威 +2 位作者 潘一山 罗浩 吕祥锋 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期659-668,共10页

水是诱发矿井灾害的主要因素之一,研究水-岩相互作用下的岩石破坏电荷信号,可丰富矿井水引起灾害的监测方法。为研究含水率对岩石破坏电荷感应信号的影响规律,基于损伤理论推导了岩石损伤破坏力-电耦合模型,得到了感应电荷量与岩石力损... 水是诱发矿井灾害的主要因素之一,研究水-岩相互作用下的岩石破坏电荷信号,可丰富矿井水引起灾害的监测方法。为研究含水率对岩石破坏电荷感应信号的影响规律,基于损伤理论推导了岩石损伤破坏力-电耦合模型,得到了感应电荷量与岩石力损伤和水损伤的理论关系。利用自主研制的电荷感应信号数据采集系统,对不同含水率条件下的岩石试样进行了单轴压缩电荷感应信号监测试验,分析了水对岩石力学性质和岩石破坏过程中各阶段电荷感应信号的影响规律,并对含水率影响感应电荷产生的机制进行了讨论。结果表明:岩石变形破坏过程中的电荷感应信号与岩石的损伤程度有关,累积感应电荷量与感应电荷总量的比值可以表示岩石在水和力作用下的损伤量,且含水率越高,试样越易在较低的应力下产生大量的电荷感应信号。不同含水率岩石的宏观破坏特征明显不同,随着含水率升高,岩石的抗压强度降低,裂隙发育,岩石破坏形式由单剪式破坏向张拉和剪切混合破坏转变。电荷感应信号分布形态上,含水率的升高使得高幅值电荷簇数增加,并向弹性阶段发展,且高幅值电荷感应信号主要分布在弹性阶段后期和塑性阶段。感应电荷量上,随着含水率的升高,弹性阶段的感应电荷释放量占比逐渐增大,塑性阶段占比逐渐减小,两阶段的感应电荷量之和占试样变形破坏过程中产生感应电荷总量的90%以上。水通过弱化岩石颗粒和渗透压作用,使岩石在较低应力下产生或扩展裂隙,感应电荷信号更丰富。 展开更多

关键词 含水率 电荷感应信号 损伤 力-电耦合模型 累积感应电荷量

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组合煤岩体冲击倾向性及破坏特征的电荷规律试验研究 被引量：9

5

作者 王岗 潘一山 +3 位作者 肖晓春 吴迪 丁鑫 赵鑫 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第7期135-140,共6页

为完善冲击地压灾害的预测判据,采用试验方法研究不同岩煤高度比条件下组合煤岩体冲击倾向性、破坏特征以及破坏过程中电荷感应规律。结果表明,随岩煤高度比的增大,组合煤岩试样的冲击倾向性由弱变强;破坏特征由煤体部分破坏型向煤岩整... 为完善冲击地压灾害的预测判据,采用试验方法研究不同岩煤高度比条件下组合煤岩体冲击倾向性、破坏特征以及破坏过程中电荷感应规律。结果表明,随岩煤高度比的增大,组合煤岩试样的冲击倾向性由弱变强;破坏特征由煤体部分破坏型向煤岩整体破坏型和煤体-底板破坏型过渡;试样冲击倾向性越强,其峰后电荷脉冲数和电荷积累总量越小。可将应力峰后电荷脉冲数和电荷积累总量作为组合煤岩体冲击倾向性及破坏特征的初步判定依据。 展开更多

关键词 冲击地压 组合煤岩体 电荷信号 破坏特征 冲击倾向性

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煤体冲击倾向性指标与煤体破裂电荷关系试验研究 被引量：5

6

作者 王岗 潘一山 +3 位作者 肖晓春 吴迪 丁鑫 赵鑫 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第10期139-144,共6页

为完善冲击地压灾害的预测判据,在单轴压缩条件下,通过试验研究煤体冲击倾向性指标K与煤体破裂产生的电荷之间的关系。结果表明,随着应力峰后电荷脉冲数减少或累积电荷量减少,K值增大,煤样冲击倾向性增强;随着应力峰后电荷变化率增大,K... 为完善冲击地压灾害的预测判据,在单轴压缩条件下,通过试验研究煤体冲击倾向性指标K与煤体破裂产生的电荷之间的关系。结果表明,随着应力峰后电荷脉冲数减少或累积电荷量减少,K值增大,煤样冲击倾向性增强;随着应力峰后电荷变化率增大,K值增大;煤样K值越大表示相应工程地质煤岩体的临界塑性区深度与临界荷载越小,冲击地压发生的可能性越大;因此,可将应力峰后电荷特征相关参数作为煤体冲击倾向性强弱及冲击地压发生难易程度的初步判定依据。 展开更多

关键词 冲击地压 煤体 冲击倾向性指标K 电荷信号 量化分析

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瓦斯吸附作用下煤岩力学行为及声-电荷反演 被引量：3

7

作者 肖晓春 王磊 +3 位作者 吴迪 丁鑫 樊玉峰 赵宝友 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期82-87,共6页

为深入探究不同瓦斯吸附压作用下的煤岩力学行为及声-电荷反演规律,完善冲击-突出复合灾害的预测预警方法,以阜新孙家湾矿168工作面煤样为研究对象,利用载荷-声-电-应变复合监测系统对不同瓦斯吸附压力作用下的试样的力学特性、破坏特... 为深入探究不同瓦斯吸附压作用下的煤岩力学行为及声-电荷反演规律,完善冲击-突出复合灾害的预测预警方法,以阜新孙家湾矿168工作面煤样为研究对象,利用载荷-声-电-应变复合监测系统对不同瓦斯吸附压力作用下的试样的力学特性、破坏特征、冲击-突出特征及声-电信号反演进行试验研究。结果表明：随瓦斯吸附压力增大,瓦斯煤岩冲击倾向指标均降低,应力峰前调整逐渐增多,煤岩峰值破坏时间延长,煤体内部损伤、软化程度及破碎程度升高,煤体动力灾害存在冲击向突出转化的可能;监测获得的声-电荷高幅值信号在时间序列上与煤体应力状态呈现较好对应关系,能够反演瓦斯煤岩的力学特征。 展开更多

关键词 瓦斯吸附压力 力学行为 破坏特征 冲击倾向性 声-电荷信号

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预制大尺度单裂纹煤样破坏特征及电荷规律试验研究 被引量：3

8

作者 王岗 潘一山 肖晓春 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期2187-2195,共9页

为有效提取含有宏观构造煤体失稳破坏的前兆信息,采用试验方法开展了完整煤样和预制不同倾角大尺度单裂纹煤样单轴压缩过程破坏特征及电荷信号规律的研究。结果表明:随预制裂纹倾角(裂纹与轴线方向的夹角)减小,煤样的峰值应力逐渐降低,... 为有效提取含有宏观构造煤体失稳破坏的前兆信息,采用试验方法开展了完整煤样和预制不同倾角大尺度单裂纹煤样单轴压缩过程破坏特征及电荷信号规律的研究。结果表明:随预制裂纹倾角(裂纹与轴线方向的夹角)减小,煤样的峰值应力逐渐降低,达到峰值应力时间逐渐缩短,煤样由拉伸劈裂破坏向剪切滑移破坏转变,同时新生翼裂纹由垂直预制裂纹面的翼裂纹向平行预制裂纹面的翼裂纹转变;预制裂纹煤样由于宏观裂纹的存在,更容易发生破裂,在应力峰前就有显著电荷信号产生,因此预制裂纹煤样破裂前兆信息比完整煤样更容易被捕捉;随预制裂纹倾角由60°→45°→30°减小,煤样破裂首次高值电荷信号出现的时间逐渐提前,分别为68.5%σ_c和65.5%T,60.5%σ_c和47.0%T,37.5%σc和30.0%T(T为煤样全程破坏时间),应力峰后破坏阶段电荷信号幅值逐渐减小,电荷累积量曲线突变点增多且首次突变点有所提前;预制裂纹的存在通过改变煤样的变形破裂过程及形式从而实现对煤样破裂产生电荷规律的影响;可根据预制裂纹煤样破裂电荷信号相关特征,对现场进行宏观地质构造探测、以及对煤岩体节理或断层的产状进行合理的推断。有望为预测预报煤岩动力灾害提供新的方法和途径。 展开更多

关键词 预制裂纹 破坏特征 电荷信号 前兆信息 动力灾害

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冲击倾向性对受载破坏煤样电荷规律影响的试验研究 被引量：1

9

作者 王岗 潘一山 肖晓春 《煤炭科学技术》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期247-254,共8页

为了用电荷感应方法预测煤体冲击倾向性,研究了煤样冲击倾向性、物理力学特征以及电荷信号规律,重点分析了不同冲击倾向性煤样破坏全程电荷信号分布特征以及冲击倾向性指标与电荷相关参量的量化关系。研究结果表明:随着冲击倾向性增强,... 为了用电荷感应方法预测煤体冲击倾向性,研究了煤样冲击倾向性、物理力学特征以及电荷信号规律,重点分析了不同冲击倾向性煤样破坏全程电荷信号分布特征以及冲击倾向性指标与电荷相关参量的量化关系。研究结果表明:随着冲击倾向性增强,煤样破坏形式逐渐由破碎型向共轭剪切型再向单剪型转变;煤样破裂电荷信号的产生与应力突变具有较好的一致性;强冲击倾向煤样电荷信号主要集中在应力峰前的强化损伤阶段,煤样发生失稳破坏电荷前兆信息比较明显;弱冲击倾向煤样电荷信号主要集中在强化损伤和峰后破坏阶段;无冲击倾向煤样电荷信号主要集中在应力峰后的破坏阶段,煤样发生失稳破坏电荷前兆信息不再明显;煤样冲击倾向性越强,应力峰后累积电荷量越少,但应力峰后电荷变化率w越大;冲击能量指数K E与应力峰后电荷变化率w具有幂递增函数关系,弹性能量指数W ET与应力峰后电荷变化率w具有线性递增函数关系。因此可以通过电荷信号整体分布规律以及应力峰后电荷变化率的大小来初步判断煤体的冲击倾向程度。 展开更多

关键词 冲击倾向性 电荷信号 电荷变化率 失稳破坏 压缩试验

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不同矿井煤样变形破裂过程中的电荷感应实验研究 被引量：5

10

作者 赵扬锋 潘一山 +1 位作者 罗浩 李国臻 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期23-28,共6页

采用单轴压缩煤电荷感应信号测试系统,研究了不同矿井煤在不同加载速度下变形破裂过程中的电荷感应规律。研究结果表明,煤样在加载初期即有电荷感应信号,随着应力水平的增加,不断有电荷感应信号产生,且信号幅值不断增加,在应力峰值前后... 采用单轴压缩煤电荷感应信号测试系统,研究了不同矿井煤在不同加载速度下变形破裂过程中的电荷感应规律。研究结果表明,煤样在加载初期即有电荷感应信号,随着应力水平的增加,不断有电荷感应信号产生,且信号幅值不断增加,在应力峰值前后电荷感应信号最强,信号也最为丰富,煤样主破裂发生后仍有明显的电荷信号,但信号幅值较小;在煤样应力发生突变时有较强的电荷感应信号产生;抗压强度越高、冲击倾向性越强的煤样,电荷感应信号也越强,信号越丰富,持续时间越长;加载速度越大,所产生的电荷感应信号越强。电荷感应信号与煤的变形破裂和煤样类型有一定关系,可以用电荷感应信号反映煤的破坏程度。 展开更多

关键词 矿井煤样 电荷感应信号 变形破裂 单轴抗压强度 实验研究

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不同类型煤体失稳破坏电荷感应试验研究 被引量：2

11

作者 陈广阳 潘一山 +3 位作者 罗浩 杨月 邱兆云 杨桢 《安全与环境学报》 CAS CSCD 北大核心 2016年第6期65-69,共5页

为得到不同类型煤体在压缩破坏过程中应力和电荷的变化规律,利用自主研制的电荷感应测试系统进行室内试验。试验分别对冲击型原煤试样、突出型原煤试样及型煤试样压缩破坏过程进行实时电荷监测。结果表明,不同类型的煤样在压缩过程中产... 为得到不同类型煤体在压缩破坏过程中应力和电荷的变化规律,利用自主研制的电荷感应测试系统进行室内试验。试验分别对冲击型原煤试样、突出型原煤试样及型煤试样压缩破坏过程进行实时电荷监测。结果表明,不同类型的煤样在压缩过程中产生的应力变化曲线有明显的区别,冲击型煤样在加载过程中的应力-应变曲线在达到峰值应力前表现为较好的线性关系,峰后区的应力-应变曲线一般主要表现为近似竖直的直线。突出型煤样在加载过程中峰前区的应力曲线出现了多个峰值,在峰后区应力-应变曲线一般表现为上凹形的曲线。型煤试样的应力曲线峰前区有更为明显的压密阶段、线弹性阶段及弹塑性阶段,峰后区的应力-应变曲线一般表现为上凸的曲线。3种不同类型煤体压缩破裂时电荷感应信号峰值出现的位置及电荷感应信号的集中或分散程度也不同。冲击型煤样的电荷感应信号出现的位置相对比较集中,主要出现在峰值应力前后和试样完全失稳破坏阶段。突出型煤试样的电荷感应信号则比较分散,一般出现在应力出现峰值前后或应力急剧增加阶段。型煤试样的电荷感应信号一般出现在应力软化阶段,在峰值应力前阶段并没有收集到电荷感应信号。利用不同类型煤体在压缩破坏时的电荷感应信号不同,可以为矿山灾害的发生提供预报信息。 展开更多

关键词 安全工程 煤体 压裂 应力 电荷感应信号

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含水煤体冲击倾向及声-电荷时频特征试验 被引量：2

12

作者 肖晓春 金晨 +2 位作者 吴迪 丁鑫 于飞 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期103-108,共6页

为准确预测冲击地压,采用加载系统及信号监测系统对烘干24 h、自然含水和饱水的取自阜新某矿的3种煤样进行试验研究,探究含水煤体冲击倾向性变化规律及其与破裂过程声-电荷信号时频域特征的对应关系。结果表明:随着煤样含水率降低,冲击... 为准确预测冲击地压,采用加载系统及信号监测系统对烘干24 h、自然含水和饱水的取自阜新某矿的3种煤样进行试验研究,探究含水煤体冲击倾向性变化规律及其与破裂过程声-电荷信号时频域特征的对应关系。结果表明:随着煤样含水率降低,冲击倾向性增强,煤体加载破坏过程声-电荷信号变化具有规律性;时域方面,煤样冲击越强,强化及峰后阶段声发射(AE)波形、电荷信号更加连续密集且幅值更高;频域方面,煤样冲击增强,强化及峰后阶段声、电荷频谱图频率向低频方向移动,且冲击越强低频段信号幅值越高。 展开更多

关键词 含水煤体 声-电荷时频信号 冲击倾向性 声发射(AE)波形 信号幅值

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含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统研制及应用 被引量：10

13

作者 肖晓春 丁鑫 +4 位作者 潘一山 吕祥锋 吴迪 王磊 樊玉峰 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第S2期451-462,共12页

以深部日趋严重的煤岩体冲击-突出复合灾害为研究背景,紧密围绕多场条件下的煤岩流(瓦斯)-固耦合力学行为演化机制这一关键科学问题,充分考虑深部煤岩真三向应力环境与受载特点,自主研发了含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统,以期厘清煤岩... 以深部日趋严重的煤岩体冲击-突出复合灾害为研究背景,紧密围绕多场条件下的煤岩流(瓦斯)-固耦合力学行为演化机制这一关键科学问题,充分考虑深部煤岩真三向应力环境与受载特点,自主研发了含瓦斯煤岩真三轴多参量试验系统,以期厘清煤岩受载、破坏过程力学行为、声发射与电荷感应信号时空演化规律,掌握冲击-突出复合灾害孕育力学机制,建立科学的灾害防控手段。该试验系统主要由加/卸荷系统、载荷-位移监测系统、气体环境施加与监测系统、电控系统、声发射监测系统、电荷感应信号监测系统6个子系统组成,具有高应力、真三向、多尺寸、高精度、稳定性强、多参量、多加/卸荷路径等特点。利用该系统初步开展了瓦斯压力、侧压比与卸荷路径影响的煤岩三轴受载试验,并对全应力-应变曲线及声发射、电荷感应信号变化规律分析。结果表明,瓦斯气体影响了煤岩强度、峰后残余强度及延性特征,随侧压比值降低煤岩各向异性特征逐渐弱化,在应力较小方向具有较大的应变量,侧压比与加/卸荷路径是影响煤岩力学行为的重要应力环境因素。该系统为后续开展含瓦斯煤岩力学行为时空演化规律研究提供了试验基础。 展开更多

关键词 含瓦斯煤岩 真三轴试验系统 流-固耦合 侧压比 声-电荷信号监测

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机载压电传感器调理电路的设计 被引量：4

14

作者 张亚维 史强强 张乐 《电子测量技术》 2016年第3期114-117,共4页

在某些测试系统中,压电类传感器作为非电量采集设备,采集设备具有较高内阻且受感到的电荷信号很小,电荷容易被后端二次设备的阻抗耗散掉,导致采集精度较差。本文针对上述问题,设计了一款高精度、高稳定性、抗干扰性能强的电荷信号调理... 在某些测试系统中,压电类传感器作为非电量采集设备,采集设备具有较高内阻且受感到的电荷信号很小,电荷容易被后端二次设备的阻抗耗散掉,导致采集精度较差。本文针对上述问题,设计了一款高精度、高稳定性、抗干扰性能强的电荷信号调理器。与传统的电荷转换设备相比,本文设计的电荷信号调理器具有精度高、误差小、体积小等优点,适宜在复杂的机载环境中使用。通过搭建实验环境测试可知本文方法的有效可行,此方法可以推广应用在其它非电量压电传感器数据采集场合。 展开更多

关键词 非电量采集 电荷信号调理 压电传感器 机载环境

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