磁座对压电式加速度传感器安装传递系数的影响研究

在井眼碰撞预警地面监测中,安装于邻井套管头的压电式加速度传感器采用磁座安装方式,针对磁座安装对信号传递效果的影响,从理论分析和检测实验两方面进行了研究。首先分析了压电式加速度传感器结构原理,推导出其在磁座安装测量条件下的力学模型,基于模型计算得到不同信号频率下的理论安装传递系数,然后通过传感器磁座安装振动台检测实验,获得安装传递系数实验值。对比分析实验结果与理论计算结果之间的误差及误差存在的原因,在此基础上引入安装传递系数的修正系数,最后提出由传感器测量值计算套管头振动输入量的方法,能够克服磁座安装对信号传递的影响,进而提高井眼碰撞的监测精度。     

基于钻头运动诱发套管头振动信号检测的井眼防碰监测方法

针对海上加密调整井的井眼防碰问题,设计了一种井筒防碰地面监测预警系统,并进行了现场应用。系统利用加速度传感器监测通过套管传输到套管头上的钻头振动信号,利用数据采集、信号滤波放大和专门编制的监测软件记录分析传感器采集的振动信号,通过对信号的时域、频域分析,确定信号特征与井间相对距离的关系,识别钻头对风险井套管的趋近或碰撞。应用结果表明,该系统能有效感知通过地层、套管传输到套管头的钻头振动信号,并能识别出钻头对风险邻井的趋近,验证了系统在设计理论和方法上的可行性,为加密调整井的井眼防碰、保证钻井安全提供了一种有效的手段。     

分布式变压器直流偏磁多状态量检测技术研究

直流偏磁严重威胁着电力变压器的安全运行。为了确定直流偏磁的影响范围及程度,开发了分布式电力变压器直流偏磁中性点电流、噪声以及振动多状态量监测系统并投入实际应用。系统由分布式监测终端以及远程监测服务器构成。由霍尔传感器、传声器以及加速度传感器构成检测系统前端,对中性点电流、噪声以及振动信号进行了50 Hz及其谐频幅值分析。通过设计1/3倍频程滤波器计算噪声信号1/3倍频程以及等效A声级,检测结果由监测终端分析整理后通过GPRS网络远程传输至监测服务器并存储至数据库。利用监测服务器实现当前各变压器直流偏磁状况实时显示以及历史数据查询。现场应用结果表明,所设计的分布式变压器直流偏磁多状态量监测系统测量结果准确、信号传输稳定,有助于确定直流偏磁的影响范围及程度,为直流偏磁的针对性控制提供技术支持。     

钢水测温传感器的有限元分析

在分析钢水测温传感器传热过程的基础上,建立了测温传感器的有限元模型.基于此模型对传感器内外层结构、物性参数和边界条件等影响传感器温度测量的各个因素进行分析.实验结果表明仿真值与测量值相比最大误差小于6 K;传感器滞后主要取决于外层保护套管;传感器物性参数可以取为常数;当对流换热系数足够大时,再改变对流换热系数对温度影响较小.这些结果可为传感器的优化设计和实际使用提供理论依据,且可在基于模型的反演算法中提供正向解.     

颗粒速度对电磁式磨粒监测结果一致性的影响机制

随着机械系统复杂程度及运行可靠性要求的逐渐提高，电磁式磨粒在线监测传感器被广泛研究并逐步应用于机械设备磨损状态监测领域.针对润滑油液中金属磨损颗粒运动速度的随机性导致电磁式磨损颗粒检测传感器检测结果一致性差的问题，建立了交变磁场中金属球体磨损颗粒磁特性模型，研究磨损颗粒局部磁感应强度分布规律以及磁能扰动计算方法；同时提出并实验测得了非铁磁性磨损颗粒的磁能损耗系数，进而对传感器输出的颗粒信号进行补偿.实验表明该方法可以消除磨损颗粒运动速度对传感器输出信号幅值的影响，极大地提高传感器对非铁磁性磨损颗粒检测结果的一致性.     

PVF2膜传感器在模型桩动测系统中的应用

建立了一套高精度的模型桩动测系统，首次采用新型聚偏二氟乙烯（PVF2）薄膜压电式传感器及光栅位移传感器分别测试桩端力和位移。该系统可以同时获得模型桩在轴向冲击力作用下，桩端力和位移、桩顶力和加速度4组信号。经验证，由PVF2膜传感器获得的值与计算值吻合较好。该系统对应用应力波理论进行模型桩多参数试验研究及桩端阻力测试是适宜的。     

基于振动监测的浅层钻头位置预测模型

为加强丛式井井眼轨迹的控制与监测,基于钻头破碎岩石的振动信号,建立了浅层钻进时的钻头位置预测模型。通过研究钻头钻进时的振动特征和振动波在套管与地层中的传播衰减,认识到根据套管头处采集的振动信号能量来确定井筒之间的距离,进而实现钻头位置的场强定位是可行的。结合风险井的井眼轨迹测量数据和圆周测距定位算法,推导得出了钻头大地坐标的计算方法。根据渤海某平台的现场监测数据,利用所建模型计算得到了正钻井井眼的三维轨迹,将计算所得井眼轨迹与实际井眼轨迹进行对比,结果显示,该模型可以在一定条件下有效定位钻头位置,确定钻头走向,为防碰预警提供依据。     

多参数监测智能轴承的设计与研究

研制了一种多参数监测智能轴承。该智能轴承对轴承实际工况中的振动加速度、转速和温度进行实时监测,并将测量数据传递给云端数据管控平台,实现对轴承运转状态的监控与故障预警,重点研究了轴承振动加速度的测量方式,通过对轴承工况下振动特性的研究与轴承内部结构的分析,选择采用三轴振动加速度计作为研究基础进行测量;通过对轴承内圈结构的改造,采用霍尔传感器与磁编码体相结合的方式测量轴承转速;采用温度传感器测量轴承内圈的温度。通过将该智能轴承与传统轴承座监测系统的对比,可知研发的智能轴承性能相较于传统轴承监测系统有显著的提升,其中振动加速度的监测信号幅值达到了传统轴承监测系统的3倍以上,能更好地判断轴承的运转状态,具有优秀的故障预测预警能力。     

爆破振动传感器固定方式对测振结果的影响

爆破振动传感器的安装定位对于准确测量爆破振动信号十分重要,目前常见的几种爆破振动传感器固定方式都很难精确监测到对应爆破的震动或结构动力响应的值。针对实际爆破测振工作中几种常见的固定方式,在实验室内以及现场爆破环境下进行实验测试对比,发现振动信号本身的频率以及被测结构的固有频率会对测量结果造成影响。低频振动信号的测量结果值影响不大,而高频信号会对测振结果造成较大误差。传感器固定方式对各个分量的测量值影响不一,尤其是水平分量的影响差异较为明显。石膏固定传感器时,黏结层厚度越小,测到的数据越准确;但考虑传感器固定的可靠性,为使其不脱落,厚度应不低于2 mm。     

压电式三向加速度传感器的数学模型

根据三向压电式加速度传感器的力学模型,本文推导出其工作方程式及传递函数。在分析其加速度频响特性的基础上,对X、Y、Z三向特性作了实验。本文的分析和实验结果对这种传感器的设计和使用具有实际意义。     

误差分离技术中传感器安装角误差补偿的研究

用三传感器误差分离技术测量形状误差时,对传感器间的安装角度要求很严。本文对安装角误差进行补偿的计算方法,可大大降低对传感器间安装角的精确性要求,并可通过计算机确定修正补偿系数,从而提高了测量精度。     

三维磁定位监测直线位移的试验研究

随着弱磁测量技术的发展和硬件成本的降低,采用弱磁测量对岩土体内部变形进行磁定位测量的方法也逐渐成为可能.试验中以永磁体为磁源目标,采用三维磁强传感器测量磁源所产生的局部静磁场,根据推导出的磁极位移与磁场强度值之间的理论关系表达式解算磁极位移变化值,并采用磁极直线位移试验验证弱磁测量磁定位技术监测岩土体直线位移的可行性.最后选取了6个点进行误差分析,结果证明了三维磁定位技术的可行性.其定位精度在毫米级,可满足多数岩土体内部变形监测的要求.     

盾构隧道收敛变形倾角感知布设优化研究

为了实现采用倾角感知盾构隧道的水平收敛,通过传感器的优化布设,构建运营期盾构隧道收敛变形实时监测系统.考虑隧道拱顶埋深、接头抗弯刚度比、地层抗力系数、地层侧压力系数及地面超载等参数的作用,针对管片变形和管片接头的影响,采用解析方法提出基于倾角传感隧道收敛的计算方法,并利用误差反演算法得到该算法下最优安装位置.建立单环盾构隧道结构三维精细化数值模型,采用正交实验法得到25组工况的最优布设点,与解析方法结果进行对比验证.基于现场168天连续的监测实测数据,采用二乘法比较不同方法计算的水平收敛变化值与激光监测结果的差值平方和,进行现场验证.结果表明:对于软土地区盾构隧道典型断面,最优布设点在120°附近(以拱顶为0°),当地层信息缺失时,可选用120°位置布设倾角传感器,典型地层条件下,解析解得到的误差不超过4%,数值解分析误差不超过10%,现场监测计算误差小于10%.在现场安装条件受限情况下,给出不同地层工况条件的安装位置偏移方案及其误差修正方法.最后,分析倾角和激光监测对应的71组现场数据,相比于其他3种方法,提出的隧道水平收敛计算方法得到的结果最接近激光测量值,其差值平方和最小,稳定性最优,可作为现场监测有效手段.     

一种用于井下的压力、加速度测试仪

在进行石油开采遥射孔作业时,需对穿甲弹爆炸时产生的压力和加速度进行测量,采用锰铜压阻式传感器和压电式加速度传感器设计的测试仪由于采用了存贮器冗余保护电路和分页技术,能够实现在坟环境下对压力、加速度信号的快速采集和可靠存储。     

荧光法海水叶绿素a传感器设计

基于荧光诱导叶绿素检测原理, 应用荧光诱导和微弱信号检测技术,设计了荧光叶绿素a传感器。实验结果表明,叶绿素a的浓度与系统测量值具有很好的线性关系,线性拟合系数为0.999。该传感器具有小型化、易于操作的特点,可实现对海水叶绿素a浓度的原位监测。     

含间隙三球销副机构的实验研究

为了验证间隙模型的合理性与仿真计算的可靠性 ,研制了含间隙三球销副的曲柄滑块实验装置 ,采用电涡流传感器、加速度计等对各种转速和不同间隙下的驱动力矩、附加位移、振动加速度等进行了测量。被测信号采用 DP16系统同步记录 ,直接编程处理。结果表明 ,实验结果与理论计算具有较好的一致性。另外 ,对可能影响实验结果的各种误差进行了分析。这些结果有利于进一步修正理论模型 ,并从实验角度更深入分析间隙对机构的动态作用     

振动板声辐射模态伴随系数的测量

以工程常见四端位移为零的振动板为例，提出一种新的压电式传感器的设计方法测量第一阶声辐射模态伴随系数．利用特定形状的PYDF（Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯）薄膜作为误差传感器，使PVDF输出信号为所需要的第一阶声辐射模态伴随系数．结果表明PVDF传感器不仅适用四边简支，四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构，而且所设计的PVDF形状作为误差传感器对振动结构表面振速分布变化十分敏感．试验数据表明利用PVDF传感器测量振动结构第一阶声辐射模态伴随系数是可行的。     

基于三轴加速度传感器的路面坡度测量仪

为了实现施工中路面坡度的快速便携式检测,提出了一种基于加速度传感器的便携式坡度快速检测仪方案,该方案利用安装在测试设备上的高精度三轴加速度传感器,分别测量x、y、z这3个方向上的加速度值,在只受重力的静态条件下,利用重力矢量在加速度三轴的矢量投影建立数学模型,解算出坡度倾角测量解算模型,并进一步探究了基于加速度传感器技术的重力模型解析,对相关的误差分析、传感器失调及传感器灵敏度进行了简要分析,并基于以上原理设计了以CortexTM-M3的ARM为核心的坡度便携式检测仪硬件系统,给出了设计中相关硬件框图及数据核心处理算法。研究结果表明:该系统测角精度优于30′,检测时间不大于0.3s,并且可以进行数据的自动存储和人机交互,能够满足工程实际中对高速公路与城市道路横坡、挡土墙坡度等几何参数进行高精度、自动化检测的需求。     

基于磁传感器组合的高旋弹横滚角测量方法

针对三轴磁传感器与加速度计组合对于弹体的姿态测量存在难以消除或补偿掉有害加速度的问题,设计了一种磁传感器组合的布阵方式.两磁传感器成一定角度安装,并根据传感器布阵方式提出了两种新的解算方法,即零交叉法和极值比值法,使之适用于有线加速度的载体.推导了磁场在磁传感器敏感轴方向上的数学表达式,论证了两种解算方法并进行了数值仿真,在此基础上比较了两种方法,并分析了其误差产生的原因.结果表明:两种方法均适用于高转速弹体横滚姿态和转速的测量;与零交叉法相比,极值比值法获得的姿态角信息多且是单值的,解算的姿态角更为准确且误差衰减较快,优于零交叉法.     

气体轴承的动态特性分析及实验研究

针对气体静压主轴回转误差求解不准确的问题,提出了一种利用气膜阻尼模型预测气体轴承动态特性的计算方法,揭示了气膜阻尼影响气体轴承动态特性的内在机制。首先通过微扰动法和分离变量法对气体轴承的气膜阻尼系数建模并求解分析;然后将气膜阻尼系数引入轴承转子系统进行动力学建模,计算分析阻尼系数对气体轴承动态特性的影响;最后搭建气体轴承回转误差测量试验台,得到主轴实时回转跳动误差信号并与理论结果进行对比。实验结果表明:与未考虑气膜阻尼特性的回转跳动误差相比,考虑气膜阻尼特性计算的主轴回转跳动误差值更加接近实验测量值,考虑气膜阻尼特性使主轴跳动误差率减小了4.93%～8%。研究结果可为气体轴承动态特性的预测和精度控制提供理论参考。