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基于燃烧音识别的火灾探测系统的研究与设计

作　者: 蒋静学
导　师: 官洪运；张振伟
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 火灾燃烧音小波变换次声波传感器 LabVIEW
分类号: X924.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 15次
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内容摘要

火灾是一种频繁发生而又损失惨重的灾难,传统的火灾探测方法大都受其各自探测原理的局限,只能对火灾燃烧后的气体、烟雾、温度、火焰等参量进行检测,而对于火灾发生的早期和极早期(火灾发生之前)的预报,则是人们一直探索的目标,因此,研究新的火灾判据、新的火灾识别模式和基于此的火灾探测器,这对最大限度地减少由于火灾而造成的损失具有深远的意义。本课题在研究了火灾产生机理的基础上,提出了基于燃烧音识别的火灾探测技术。一方面在对燃烧音的形成原理和特征进行了理论分析,同时研究和比较了各种时域、频域和时频分析方法,讨论了小波变换在燃烧信号分析中的可用性；另一方面通过建立燃烧实验环境,对不同形态不同种类物质进行各种对比试验,采集燃烧音,并分析其特征,最终得出结论,可以利用燃烧时的声强在时域上的变化、和在强度上的差异特性,将燃烧音和背景噪音分离。基于理论研究和实验结果,本课题提出通过检测燃烧音,即受热物体内部分子碰撞所产生的声压激发周围空气媒质的位于次声频段的振动,来对火灾隐患的初期进行及时探测。本课题设计了一个基于燃烧音的火灾探测器,当次声波传感器中的膜片检测到环境中燃烧产生的声压时,通过电磁感应实现换能来采集燃烧音信号。燃烧音信号经过数据采集卡转换为数字信号送入计算机,借助于labVIEW软件平台及小波变换等先进的数字信号处理手段,完成数据处理和数据分析,实现了对燃烧音信号特征的分析与识别。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 课题背景  11
  1.2 火灾探测技术的现状及发展趋势  11-13
  1.3 次声波传感器  13-14
  1.4 研究内容及论文结构  14-16
    1.4.1 研究内容  14-15
    1.4.2 论文结构  15-16
第二章燃烧音的特征及分析方法  16-37
  2.1 燃烧音的特征  16-18
    2.1.1 燃烧现象  16
    2.1.2 燃烧音的产生  16-17
    2.1.3 燃烧音的特点  17-18
  2.2 燃烧音特征分析  18-35
    2.2.1 时域分析  18-19
    2.2.2 频域分析  19-22
      2.2.2.1 傅里叶变换  19-21
      2.2.2.2 功率谱分析  21-22
    2.2.3 时频分析  22-29
      2.2.3.1 短时傅里叶变化(STFT)和Gabor变换  23-26
      2.2.3.2 Wigner-Ville分布(WVD)  26-29
    2.2.4 小波分析  29-35
      2.2.4.1 连续小波变换(CWT)  29-32
      2.2.4.2 离散小波变换(DWT)  32-35
  2.3 本章小结  35-37
第三章实验装置与燃烧音的识别  37-45
  3.1 燃烧音实验设计  37-41
  3.2 燃烧音数据采集  41-43
  3.3 实验结论  43-44
  3.4 本章小结  44-45
第四章燃烧音火灾探测系统的设计  45-55
  4.1 系统总方案  45
  4.2 系统硬件设计  45-54
    4.2.1 电动式次声传感器  45-50
      4.2.1.1 声滤波器  47-50
      4.2.1.2 电磁感应  50
    4.2.2 信号处理电路  50-53
      4.2.2.1 前置放大电路  50-51
      4.2.2.2 低通滤波电路  51-53
    4.2.3 数据采集卡  53-54
  4.3 本章小结  54-55
第五章系统软件设计  55-72
  5.1 虚拟仪器技术  55-57
    5.1.1 虚拟仪器技术简介  55-56
    5.1.2 labVIEW简介  56-57
  5.2 系统软件流程图  57
  5.3 系统软件各个模块的设计  57-70
    5.3.1 界面设计  58-60
    5.3.2 数据采集与存储模块  60-65
    5.3.3 数据分析模块  65-68
    5.3.4 燃烧判定模块  68-70
  5.4 本章小结  70-72
第六章系统测试与分析  72-77
  6.1 历史数据重载  72-74
  6.2 时频域分析  74
  6.3 燃烧判定  74-75
  6.4 本章小结  75-77
第七章总结与展望  77-79
致谢  79-80
参考文献  80-84
附录1 (硕士期间发表论文)  84-85
附录2 (程序源代码)  85-89

基于燃烧音识别的火灾探测系统的研究与设计

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