煤矿充填开采生态保护绩效测度研究 被引量：4

1

作者 王毅颖 顾英 +3 位作者 刘宇轩 赵家巍 李亚鹏 史艳楠 《中国煤炭》 2022年第1期21-26,共6页

充填开采是从源头防治地表沉陷,实现以最小的生态扰动获取煤炭资源的开采方法,但目前尚缺乏对充填开采环境保护效果进行系统评价的方法。为系统评价煤矿充填开采生态环境保护及治理效果,量化环保绩效,以河北省邢东矿充填开采效果为研究... 充填开采是从源头防治地表沉陷,实现以最小的生态扰动获取煤炭资源的开采方法,但目前尚缺乏对充填开采环境保护效果进行系统评价的方法。为系统评价煤矿充填开采生态环境保护及治理效果,量化环保绩效,以河北省邢东矿充填开采效果为研究对象,以AHP和FCE方法为基础,构建出符合地区特色的煤矿充填开采环境保护绩效测度,并采用“需求压力效果响应”思路,设立了含目标层、准则层、评价因素层和指标层4个级别的相关测度指标体系。通过分析结果表明,邢东矿充填开采后的生态环境保护评价结果为优,同时根据评价结果提出了相关的建议。 展开更多

关键词 煤矿充填开采 生态保护 绩效测度 层次分析法 模糊综合评价法

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固体充填开采沿充留巷机械化设备与工艺研究 被引量：9

2

作者 刘建功 封明明 +4 位作者 荆保平 杨晓成 王毅颖 史艳楠 赵家巍 《煤炭工程》 北大核心 2022年第8期1-5,共5页

将沿空留巷工艺与充填开采工艺相结合,能够实现无煤柱开采资源最大化回收、地表均匀移动变形控制。为了提高固体充填开采工作面沿充留巷作业效率,减轻劳动作业强度,提出一种沿固体充填工作面后方充填体边缘留巷的机械化方法。研究了机... 将沿空留巷工艺与充填开采工艺相结合,能够实现无煤柱开采资源最大化回收、地表均匀移动变形控制。为了提高固体充填开采工作面沿充留巷作业效率,减轻劳动作业强度,提出一种沿固体充填工作面后方充填体边缘留巷的机械化方法。研究了机械式挡矸架模、模块化循环前移的护顶留巷工艺方法,并研制了机械化沿充留巷装备,包括高低可调挡矸液压模板、轨道式随架前移平台、关节式液压机械手装置。采用ADAMS进行机械手运动仿真,得到机械手末端点运动的位移和速度曲线,证明其结构参数设计的合理性。采用ANSYS对挡矸模板结构抗压能力,结果显示1MPa载荷下,整体结构变形较小,具有一定抗压能力。仿真结果可为后续研究提供参考借鉴。 展开更多

关键词 充填开采 沿空留巷 挡矸液压模板 液压机械手

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固体充填胶凝材料试验研究与应用 被引量：6

3

作者 闫善飞 史艳楠 +1 位作者 王翰秋 王毅颖 《煤炭工程》 北大核心 2022年第3期143-147,共5页

针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交... 针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交试验确定出胶凝材料最优配比,即:当石膏5%、水泥熟料25%、矿粉70%时,可实现短时间脱模,表明在该掺量下胶凝材料的水化反应程度最好,其中矿粉中的活性成分能够在早期反应生成水硬性钙矾石(AFt),促进充填体强度的形成。养护后充填体的7d、28d强度可达到3.48MPa、5.11MPa,略低于425^(#)硫铝酸盐双快水泥的7d和28d成型强度,但在成本上具备明显优势。结合工业应用,对实际充填效果、液压支架工作阻力和地表沉陷观测数据进行分析,表明该胶凝材料在提高充填效率、加强顶板管理等方面发挥着积极作用。 展开更多

关键词 固体充填 胶凝材料 矿粉 充填效率 顶板管理

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矸石固体充填散体材料注浆扩散试验研究 被引量：25

4

作者 郄磊 史艳楠 刘建功 《采矿与岩层控制工程学报》 北大核心 2021年第2期120-129,共10页

为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对级配矸石散体材料进行注浆扩散研究。基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙... 为得到整体性好、抗压强度高的胶结充填体,对级配矸石散体材料进行注浆扩散研究。基于幂律流体流变方程和渗流运动方程建立了柱形扩散理论公式,并应用COMSOL Multiphysics模拟软件对浆液扩散进行了数值模拟,得到浆液扩散半径与材料孔隙率、水灰比和注浆压力成正相关。通过设计正交试验对级配矸石散体材料进行注浆扩散试验研究。试验结果表明,当压实力为0.8 MPa,矸石粒径级配方案为A1,水灰比为0.5:1时,胶结体3 d强度能达到3.23 MPa,21 d能达到6.28 MPa,21 d胶结体平均弹性模量为19425.4 MPa,胶结体抗压强度在养护前期增长明显,充填体整体性和力学性能得到很大改善。通过数值模拟及注浆扩散试验验证了注浆扩散规律,研究结果可为优化矸石散体材料注浆参数设计提供参考。 展开更多

关键词 矸石散体材料 孔隙率 注浆扩散 胶结充填体 力学性能

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基于改进粒子群算法的钻车机械手轨迹规划研究 被引量：10

5

作者 申树策 史艳楠 +3 位作者 宋建锋 任泽 王毅颖 王翰秋 《工矿自动化》 北大核心 2022年第3期71-77,共7页

钻车机械手是防突防冲钻车的重要装置,关系着钻车是否可以正常钻进及真正实现无人化。为确保钻车机械手快速、准确、平稳运行,其轨迹规划优化尤为重要。现有钻车机械手轨迹规划存在阶次较高、优化算法易早熟等问题。针对上述问题,提出... 钻车机械手是防突防冲钻车的重要装置,关系着钻车是否可以正常钻进及真正实现无人化。为确保钻车机械手快速、准确、平稳运行,其轨迹规划优化尤为重要。现有钻车机械手轨迹规划存在阶次较高、优化算法易早熟等问题。针对上述问题,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法。首先,利用标准Denavit-Hartenberg(D-H)构建钻车机械手三维模型,通过蒙特卡洛法得到钻车机械手的工作空间,从工作空间中选取4个途径点作为插值点。然后,为了使钻车机械手能够快速平稳地到达指定位置,在关节空间中采用3-5-3分段多项式插值构造其轨迹。最后,通过改进PSO算法对构造的轨迹进行时间最短优化,得到钻车机械手的时间最优轨迹规划。Matlab仿真结果表明:基于改进PSO算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法可以在保证钻车机械手各关节运行平稳的同时,使运行时间从3.168 5 s减少到2.385 4 s,整体运行时间较优化前减少约25%,提高了机械手的工作效率。 展开更多

关键词 防突防冲钻车 钻车机械手 轨迹规划 关节空间 改进粒子群算法 分段多项式插值

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基于振动性态分析的矸石固体充填效果评价方法研究 被引量：5

6

作者 赵昊 史艳楠 张冲冲 《煤炭工程》 北大核心 2021年第2期106-112,共7页

为进一步提高充填效率、保证充填质量,采用实时压实监测技术,研究一种基于振动性态分析的矸石固体充填效果评价方法。根据现场充填工艺产生的实际作业夯实离顶距机理,并基于振动压实理论,探讨了推压密实机构加速度与充填效果之间的数学... 为进一步提高充填效率、保证充填质量,采用实时压实监测技术,研究一种基于振动性态分析的矸石固体充填效果评价方法。根据现场充填工艺产生的实际作业夯实离顶距机理,并基于振动压实理论,探讨了推压密实机构加速度与充填效果之间的数学关系,提出一种基于加速度与密实充填率的充填效果评价依据;通过分析充填物料压实机理,采用压实监测值(Compaction Value,CV)作为充填物料压实状态的表征指标,深入剖析了推压密实机构加速度波形及振动强度变化规律对充填效果的影响,并建立矸石物料充填效果快速评估模型。试验结果表明:CV与充填体压实度之间存在很强的相关性,所建立的压实度回归模型精度较高。该方法可实现对充填效果的快速评估,为提高充填开采效率提供了一条新途径。 展开更多

关键词 固体充填 密实充填率 充填效果判据 实时压实指标 充填效果评价

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煤矿井下两级膨胀气动单轨吊研究应用 被引量：6

7

作者 王毅颖 顾英 +3 位作者 李俊庆 张宏财 史艳楠 王瀚秋 《煤炭工程》 北大核心 2022年第4期74-78,共5页

针对目前防爆柴油机、防爆蓄电池单轨吊车在高瓦斯矿井应用及矿井救援时存在的安全隐患问题,研究了可脱离风管独立工作的自携带空气动力的气动单轨吊车结构;提出了空气动力气动机多参数耦合的优化设计方法,得到了空气动力气动机的优化参... 针对目前防爆柴油机、防爆蓄电池单轨吊车在高瓦斯矿井应用及矿井救援时存在的安全隐患问题,研究了可脱离风管独立工作的自携带空气动力的气动单轨吊车结构;提出了空气动力气动机多参数耦合的优化设计方法,得到了空气动力气动机的优化参数,有效提高了气动机的输出扭矩;采用气动管路、气动阀、减压阀等气动设备构建了全气动逐级减压驱动气路;研制了安全可靠、高运输能力、安静、无噪声、环境友好的井下空气动力单轨吊车,在井下运行过程中无高温,无火花,无燃烧、无电气控制,适用于高瓦斯矿井确保安全生产。试验结果表明:空气动力单轨吊的性能得到了有效的提高。 展开更多

关键词 辅助运输 单轨吊 气动系统 两级膨胀气动机

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基于STM32与LabVIEW的煤矿微震采集平台设计 被引量：11

8

作者 张冲冲 史艳楠 +1 位作者 姜帅帅 赵昊 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2021年第6期50-54,94,共6页

针对目前煤矿微震采集平台大多引进国外,且存在价格昂贵、通用性差等问题,设计了一种基于STM32与LabVIEW的煤矿微震采集平台。该平台由数据采集电路和微震信号显示软件组成,数据采集电路以STM32F107作为主控制芯片,采用可编程芯片CS3301... 针对目前煤矿微震采集平台大多引进国外,且存在价格昂贵、通用性差等问题,设计了一种基于STM32与LabVIEW的煤矿微震采集平台。该平台由数据采集电路和微震信号显示软件组成,数据采集电路以STM32F107作为主控制芯片,采用可编程芯片CS3301、CS5372、CS5376组成调理电路,实现对微震传感器输出信号的采集和调理;微震信号显示软件利用LabVIEW平台进行搭建,应用并行循环和队列技术,构建数据的采集、解析、储存、回放和显示5个模块,实现了对微震数据的实时采集与显示。试验结果表明,该系统采集范围广,可实时准确的采集并记录多路微震信号,且具有较好的可靠性和通用性,开发成本低,为微震事件的识别与定位提供了解决方案。 展开更多

关键词 STM32 LABVIEW 煤矿 微震信号 数据采集 调理电路

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基于STA/LTA改进的CEEMD-SVD微震信号降噪算法 被引量：10

9

作者 史艳楠 齐朋磊 +2 位作者 王裕 王毅颖 张冲冲 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第5期113-121,共9页

针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decompositio... 针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)与长短时窗法(STA/LTA)相结合的降噪算法。利用CEEMD分解微震信号,得到固有模态分量(inherent modal component, IMF),依据相关系数确定噪声主导的IMF和信号主导的IMF,通过STA/LTA去除CEEMD产生的伪分量。对噪声主导的分量进行SVD分解降噪后与信号主导的分量及剩余分量重构得到降噪后信号。加入模拟噪声信号与实际采集的微震信号进行仿真实验,结果表明本文算法在保证小剩余噪声干扰的情况下,可以节省计算时间。通过与经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)及新型自适应聚合经验模态分解(novel adaptive ensemble empirical mode decomposition, NAEEMD)降噪方法进行对比,依据信噪比、能量百分比及标准差三个评价指标进行定量计算,实验表明该方法具有更好的降噪效果。 展开更多

关键词 微震信号 长短时窗法(STA/LTA) 互补集合经验模态分解(CEEMD) 奇异值分解(SVD) 降噪

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基于电力电子变压器隔离变压的复合矿用变频器 被引量：7

10

作者 张桂林 王毅颖 +2 位作者 刘建功 陈龙飞 刘文壮 《工矿自动化》 北大核心 2021年第10期70-76,共7页

目前矿用变频器与工频变压器分离放置,占用过多井下工作空间,且变频器输出电压谐波含量高、波形质量差。针对上述问题,分析了变压器工作频率与体积的理论关系,得出在传输功率相同的情况下,与工频变压器相比,高频变压器的尺寸更精简,体... 目前矿用变频器与工频变压器分离放置,占用过多井下工作空间,且变频器输出电压谐波含量高、波形质量差。针对上述问题,分析了变压器工作频率与体积的理论关系,得出在传输功率相同的情况下,与工频变压器相比,高频变压器的尺寸更精简,体积更小,功率密度更高。用电力电子变压器(包含高频变压器的DC-DC变换器)取代常见拓扑中的中间滤波电容,提出了一种基于电力电子变压器隔离变压的复合矿用变频器拓扑结构,该拓扑中全控型开关器件IGBT的数量仅为全部功率器件数量的一半,变频器结构更紧凑、体积更小,且减少了开关损耗,降低了硬件复杂度和生产成本,提升了效率和可靠性。给出了该拓扑中三相整流输入级、中间隔离变压传输级和三相变频输出级的控制策略,采用120°坐标系下快速空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法控制输出级,以输出理想的可变频三相对称正弦交流电压。通过仿真和实验分析该变频器各级的稳态和动态特性,结果表明:该变频器可实现变频输出及电压等级的二次变换,输出调压范围更灵活;120°坐标系下快速SVPWM算法降低了输出电压谐波含量,输出的三相电压波形良好。 展开更多

关键词 矿用变频器 电力电子变压器 高频变压器 SVPWM算法 隔离变压 二次变压

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矿用高频隔离型变频调速无速度传感器矢量控制 被引量：7

11

作者 刘文壮 刘建功 +2 位作者 王毅颖 伯磊 郝育红 《工矿自动化》 北大核心 2022年第8期100-106,共7页

在煤矿中、高压及有限场合,变频器采用工频变压器接入电网且被控电动机大多采用开环控制,存在工作空间狭小、结构复杂和电动机控制鲁棒性差等问题。针对上述问题,提出了一种基于高频隔离型变频调速拓扑结构的无速度传感器矢量控制策略... 在煤矿中、高压及有限场合,变频器采用工频变压器接入电网且被控电动机大多采用开环控制,存在工作空间狭小、结构复杂和电动机控制鲁棒性差等问题。针对上述问题,提出了一种基于高频隔离型变频调速拓扑结构的无速度传感器矢量控制策略。对矿用高频隔离型变频调速主电路拓扑及功率传输进行了分析:通过不可控整流环节将输入的三相工频交流电源整流为直流电源,将脉动直流电源进行平滑滤波处理,得到稳定的直流电源,经高频隔离DC−DC级进行变压,然后经三相逆变级将直流电源逆变为电压和频率均可调的交流电源。为减少IGBT开关损耗、节约整体成本并减少其整体结构复杂性,三相整流级采用二极管不控整流策略;高频隔离DC−DC级采用等脉宽调制策略(EPWM);三相逆变级采用无速度传感器矢量控制策略,在该控制策略中采用模型自适应系统(MRAS)进行异步电动机速度估测。采用0.75 kW的三相异步电动机作为被测电动机,对矿用高频隔离型变频调速无速度传感器矢量控制策略进行实验验证,结果表明:①高频隔离DC−DC级两侧直流母线电压波动小于10 V且高频方波电压相等,原边单相逆变方波和高频变压器耦合方波电压波形平滑,整体稳态性能好。②三相逆变级电压、电流波形正弦度良好,波形对称且光滑度较好,三相逆变级稳定性能好,满足电动机运行要求。③随时间增加,励磁电流变化较稳定,转矩电流在启动时响应迅速,且启动阶段转矩电流较大,能产生较大的转矩。④电动机速度稳定阶段速度波动小,加、减速阶段波形趋于一次函数,电动机能够平稳启停。电动机在刚启动时最大转矩可达到稳定转矩的5倍以上,能够较快启动进行工作。 展开更多

关键词 高频隔离型变频器 变频调速 无速度传感器矢量控制 模型自适应 异步电动机 逆变级 高频隔离DC−DC级 整流级

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充填液压支架三维场景监测系统设计 被引量：5

12

作者 赵昊 史艳楠 张冲冲 《工矿自动化》 北大核心 2020年第8期82-88,共7页

目前充填工作面设备监测系统采用以二维监测为主的传统监测方式,随着充填液压支架在井下的应用逐渐增多,充填液压支架的各部件运动和群支架协同运动的准确性对井下充填采煤效率影响很大,而二维平面运动已无法描述充填液压支架的复杂动作... 目前充填工作面设备监测系统采用以二维监测为主的传统监测方式,随着充填液压支架在井下的应用逐渐增多,充填液压支架的各部件运动和群支架协同运动的准确性对井下充填采煤效率影响很大,而二维平面运动已无法描述充填液压支架的复杂动作,需要将监测界面上升到三维空间,从不同位置、不同角度监测充填液压支架的工作状况,提高矿井安全系数。针对上述问题,采用三维引擎技术,设计了一种充填液压支架三维场景监测系统,该系统主要由三维虚拟仿真软件、数据采集模块及数据通信模块组成。三维虚拟仿真软件基于Unity3d,用于建立系统监测界面,通过计算机显示充填液压支架的顶板压力值、各销轴之间的角度偏移量及液压缸的位移量等监测数据的动态变化,实现对充填液压支架的三维实时监测。系统监测界面可分为实体场景监测界面和数据监测界面2个部分:实体场景监测界面采用3ds Max建模软件建立充填工作面设备三维实体模型及三维场景模型,并对三维模型进行优化和渲染处理,实现与实际充填工作面空间动作完全一致的场景驱动;数据监测界面通过数据采集模块采集、分析与处理充填工作面的工作状态信息,通过数据通信模块将信息传输到三维虚拟仿真软件,实现监测数据与软件相匹配。实际应用效果验证了该系统的有效性。 展开更多

关键词 充填开采 充填液压支架 三维虚拟场景 三维引擎技术 实体建模 二维纹理贴图

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固体充填液压支架全位姿测量及虚拟仿真 被引量：4

13

作者 王裕 史艳楠 +2 位作者 王毅颖 齐朋磊 王翰秋 《工矿自动化》 北大核心 2022年第7期81-89,共9页

针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体... 针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体充填液压支架不同的特征节点,采用多传感器融合测量方法获取反映其空间全位姿的9个参数,即支架底座倾斜角(与水平面夹角)、顶梁姿态角(与水平面夹角)、支架高度、推矸推移距离、护帮板状态、推压密实机构倾角(与后顶梁夹角)、推压密实机构推移距离、支架组护帮板之间的距离、刮板输送机中部槽与支架推矸的夹角。将倾角传感器布置于前顶梁、后顶梁、底座、推压密实机构千斤顶等处,用于测量支架的底座倾斜角和前后顶梁姿态角等,将位移传感器安装在支架的推矸和推压密实机构上,用于测量推移距离等。利用视觉传感器采集图像数据,通过建立单目视觉测量模型及全局坐标系与局部坐标系的转换,分析计算固体充填液压支架组护帮板之间的距离、支架推矸与刮板输送机中部槽之间的角度、护帮板状态和支架高度等。针对现有固体充填液压支架虚拟仿真系统在数据分析、运动关系约束等方面缺乏深入研究的问题,设计了基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统,该系统利用Unity3D实现了支架运动仿真,可实时反映支架运行时的位姿状态变化。基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统与固体充填液压支架全位姿测量系统配套使用,可真实反映固体充填液压支架的运行状态,保证固体充填液压支架仿真的稳定性及数据的可靠性,为固体充填液压支架平稳运行提供了技术支持。 展开更多

关键词 智能开采 固体充填液压支架 全位姿测量 多传感器融合 虚拟仿真 设备运动仿真 状态显示

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三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计 被引量：2

14

作者 姜帅帅 史艳楠 +1 位作者 张冲冲 王毅颖 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第6期857-862,共6页

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数... 针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6300 Hz,工作频率为0.1~2100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^(-2))时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。 展开更多

关键词 微震监测 压电 PZT-5H 三角剪切式 加速度 有限元方法

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