基于FPGA的井下多参数检测仪的设计

本文介绍一种以FPGA为核心控制处理器的对CH_4、CO、H_2S和O_2气体浓度以及环境温度、湿度等6个参数进行检测的井下多参数检测仪,依靠多种气体传感器做成的传感器模块精确检测井下气体的含量,将气体含量等参数通过LCD显示屏进行显示。实验结果表明,这种多参数检测仪具有集成度高、智能化、低功耗等优点,能够对井下气体浓度信号进行高速精确处理,软、硬件设计稳定可靠,达到设计要求。     

一种新型基于色谱分离的易制毒检测仪器研发

针对常见有毒、易燃气体有机物检测设计了一种便携、快速的检测系统,可以实现混合气体的各个成分含量检测.可在井下复杂气体环境中正常运转,并对待测气体进行物质识别与定量.在混合气体识别过程中利用气相色谱的分离效果对复杂待测物进行物质分离,通过分离作用使得混合气体中不同物质之间检测间隔发生转变.使得在同一时间流出色谱气体只有一种,各个气体流出具有一定时间间隔,达到对混合气体的分离作用.后续气体流经传感器阵列进行物质识别,由于不同传感器对于同种物质具有不同响应特性,通过多个传感器互相组合,互相弥补,最终达到气体检测的要求.传感器测量到的信号数据经过模式识别算法对气体进行参数进行识别,通过识别算法获取混合气体中各项参数状况.通过与标定物质参数进行互相比对,进而实现混合气体中的物质识别.可实现井下气体内甲烷、乙烷等危险气体的检测,经过对多种对混合待测气体进行实验测试,验证了本系统的实用性.     

新型磁致伸缩液位传感器检测原理与实现

新型磁致伸缩液位仪以C8051F005为核心,为实现大量程测量,系统实时检测信号幅度,利用D/A实时调整变增益运算放大器AD603的放大增益,保证传感器输出信号幅度在全量程范围内的恒定.激励脉冲与检测脉冲的时间差由现场可编程门阵列(FPGA)利用高频时钟计数的方式实现.高频时钟选取50 MHz时,时间测量精度达到1/50μs.实验结果表明,新型磁致伸缩液位仪测量精度达到±2 mm,克服了传统的由于量程原因带来的信号幅度变化而对测量结果的影响.利用FPGA高频计数方式测量激励和检测信号的时间差,降低了系统的测量误差.     

井下光纤光栅温度压力传感器的研制

井下的温度和压力是油田开发中的重要参数.介绍了一种可用于油井井下长期监测的光纤温度压力传感器,该传感器采用布拉格光纤光栅测量原理,优化设计了特殊的封装结构,通过与油田现场测试技术的紧密结合,实现了国内光纤井下传感器无现场应用的突破.该传感器压力量程0～50 MPa,测试精度达到0.1% FS;温度量程0～150℃,测试...     

基于红外吸收原理的无线瓦斯巡检仪

针对传统光学瓦斯检定仪存在的量程范围小、测量精度低、不具备数据传输功能等问题,根据红外吸收气体检测原理研制一种无线接入式瓦斯巡检仪。该仪器硬件结构由红外瓦斯传感器、控制单元、LCD显示器、声光报警电路、功能键盘电路、时钟电路、无线通信模块和电源模块等部分组成,无线通信采用半双工模式的无线通信协议。实验结果表明,该瓦斯检巡仪量程为0～10％,检测精度为0．0l％,井下通信距离可达120m。它提高了瓦斯检测的量程和准确性,实现了数据的无线传送,为瓦斯巡检员远程作业定位管理系统的构建奠定了基础。     

一种高精度超声波测距仪的设计与实现

在传统超声波测距基础上,结合硬件和软件两方面的控制,提出一种高精度超声波测距系统。在超声波发射部分创新性的使用MAX232芯片,缩小盲区;在信号放大部分添加时间增益补偿(TGC)电路,有效地解决远距离回波信号过于微弱而导致系统测量量程减小的难题;在接收部分采用双电压比较器整形电路并结合软件设计纠正回波前沿的方法来提高测量精度。同时在硬件上增加温湿度传感器SHT11,采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正,实现实时声速测量的功能,以降低声速变化对测量的影响。实验表明,该测距仪的设计能够实现减小盲区,增大量程（2cm-4m）,量程范围内误差控制在6mm以内的高精度测距要求。     

基于模态辨识的原油含水率智能组合测量模型

为提高原油含水率宽量程在线测量的精度,采用一套基于多传感器的油水两相流实验室模拟系统对影响其测量的多个敏感参量进行测定,提出基于粗糙集预处理器、支持向量机分类器和遗传神经网络预测器的原油含水率智能组合测量模型.实验结果表明,该模型在很大程度上解决了油水乳化液模态、温度、矿化度等因素的交叉影响及传感器自身非线性的校正问题,可通过模糊推理与自学习实现油水混合模态辨识,并根据工况的变化调整测量模型参数,有效地提高了原油含水率宽量程在线智能测量的精度.     

XLPE电缆综合在线监测系统的研制

本文研制了一套XLPE电缆的综合在线监测系统,该系统通过电缆接地线同时监测直流分量、中性线电流以及局部放电信号对电缆主绝缘和外护套实施绝缘评估。研制的监测系统由高频电流传感器、工频电流传感器、直流电流传感器、数据采集系统以及相应的保护电路组成。其中高频电流传感器实现电缆局部放电信号的检测,响应频率选在1～8MHz;工频电流传感器实现电缆中性点接地线电流信号的测量,量程为0～50mA,精度为1%;直流电流测量通过高精度电阻实现,测量精度可达10nA;监控后台采用装有专家系统的工业控制计算机实现电缆绝缘的智能诊断。     

鞋垫式足底压力测量系统中压电式力传感器的设计

介绍了鞋垫式足底压力分布测量系统中压电陶瓷力传感器的设计过程.根据系统的需要进行传感器的类型的选择与传感器在系统中的分布,并建立了传感器的力学模型来说明传感器的工作原理,对传感器的量程、线性特性、灵敏度等特性进行了详细的分析.通过实验验证了传感器的合理性及正确性.     

杨村煤矿安全监测监控系统升级改造

KJ90安全监测监控系统是将井下分站和传感器安装在井下具有瓦斯、一氧化碳、煤尘等危险气体的环境中,对煤矿井下的各种安全、生产参数进行实时监测和处理,并将安全、生产参数及时传输到地面中心站。各种数据由分站和中心站处理,并按要求直接发出声、光报警和断电控制信号,确保安全生产。杨村煤矿按照国家新的技术标准并结合安全监控系统运行中出现的问题,及时对安全监测监控系统进行升级改造,确保了监控系统的稳定正常运行,为矿井的安全生产的提供重要保证。     

基于多周期同步测量法的微位移检测电路设计

在机械产品微位移高精度检测中,目前广泛采用的微位移检测电路是通过电感式位移传感器将被测位移量转换成输出电压幅度,该方法的测量精度受调理电路的限制.为进一步提高测量精度,提出一种多周期同步测量法,并设计了基于单片机控制的微位移检测电路.实际应用表明,该系统在电感式位移传感器检测量程为2mm时,系统检测精度可达0.01um.并且系统在提高计数频率时可以达到更高的测量精度.     

基于FPGA的等精度数字频率计设计

针对直接测量法无法同时兼顾高频信号和低频信号,且测量误差大、设计相对麻烦的问题,本文选用等精度测量法设计了数字频率计,能够适应不同量程范围内频率的测量,且误差不随频率的变化而变化。通过仿真验证了设计精度和系统性能的有效性,并能够实时显示测量结果。最后将电路下载到FPGA教学实验箱上,经过实际测试,技术性能指标满足了设计要求。     

基于电磁波的大型建筑物变形遥测方法量程拓展

为了在保持测量精度不变的情况下提高基于电磁波测量建筑物变形方法的测量量程,提出了对中频信号N分频从而将测量范围提高N倍的方法.经过仿真,该方法能够正确计算出测量过程中目标形变量超出测量量程的情况,解决了测量精度与量程之间的矛盾,在实际应用中具有重要的价值.     

空间植物培养装置中多传感器信号处理技术研究

由于空间植物培养装置内有继电器、半导体片、交流电机等功率器件,对于微小模拟采集信号带来较强干扰,如何对于模拟信号进行较好的滤波处理将直接影响到测量精度。为了提高信号测量精度,本文在经过调研多种传感器结合实际航天工程需要,同时在对比多种滤波算法的基础上,将IIR数字滤波算法应用到模拟量信号采集中。实验表明,空间植物培养装置中选用的传感器结合本文的滤波算法能得到较好的测量数据,通过闭环控制能较好的满足植物生长需求。     

基于切比雪夫最佳逼近的LVDT位移传感器信号处理

针对LVDT位移传感器两端输出信号的非线性问题,提出了一种基于切比雪夫最佳逼近原理的信号处理方法. 该方法将传感器有效量程自适应地分为线性和非线性区域. 线性工作范围和对应直线逼近函数利用切比雪夫一次最佳逼近自适应确定,非线性区域信号采用有理B样条函数进行线性化处理. 设计了基于MSP430单片机的信号处理器,搭建了基于步进电机直线台和标准激光传感器的试验平台,对该算法进行实验验证. 实验选用量程为85 mm的LVDT位移传感器,实验结果表明,该方法将传感器的非线性误差从2.47%降至0.30%,测量平均误差绝对值从0.64 mm降至0.12 mm,有效改善了传感器的线性度和精度,延展了其工作范围.      

基于悬架挠度的商用车车载测重传感器安装设计

为了增加商用车车载测重系统中霍尔式角度传感器的有效量程范围,提高系统的质量测量精度,该文对角度传感器的安装位置进行了研究。以某型商用车为实验平台,建立了传感器角度变化量与后悬架挠度之间的线性关系,确定了使角度变化量最大为设计目标。兼顾传感器摆臂连杆机构约束、车架和车轴约束、悬架挠度极限位置约束,确定了设计目标下的霍尔式角度传感器安装位置。仿真结果表明,在该安装位置下商用车车载测重系统的有效量程为17°,最小测量精度为158.5 kg。实车实验结果表明,在该安装位置下,系统质量测量较为准确,满足使用要求。     

基于伸缩杆结构的光纤光栅多级应变传感器

为了扩大光纤光栅称重传感器的测量范围,提高传感器的测量精度,在理论上设计了一套新型的可以扩大测量范围、提高测量精度的系统,并通过Matlab平台仿真.结果表明,单级传感器在波长变化小于0.2nm时具有良好的线性度.该系统将双光纤光栅串联,分别粘贴于等强度梁的上下两侧,采用光强解调的方法实现对光纤光栅输出信号的解调;在解调基础上,利用伸缩杆结构传递载荷重力.实验测试结果验证了多级应变测量的可行性,在保证分辨力的同时扩大了传感器的测量范围.     

基于光纤传感器的甲烷气体浓度信号采集方法

基于光谱吸收法设计了一种反射型光谱吸收光纤传感器网络结构,该结构可以完成对远距离多点甲烷气体浓度的实时测量。为了能够保证光谱扫描波长中心值与甲烷气体吸收峰相同,激光光源通过波长调制光谱完成调制,采用调整三角波的幅值与偏移量对光源波长进行调整。在接收端,为了对光电信号进行有效的采集,设计了一种多点高速信号的采集方法,并分析其调制深度的影响。实验证明,软件采集算法以及合适的调制深度能够满足工程中光纤气体传感器多点采集的精度要求。     

基于光电混合细分的激光自混合干涉测量技术

为了提高激光自混合干涉仪在大量程运动距离测量中实时测量的分辨率,采用光学细分与电子细分相结合的方法,大幅减轻了在条纹计数法中对信号进行大量电子细分的软硬件压力,节省了硬件成本,降低了测量系统的复杂程度,满足了大量程运动距离实时测量的精度要求。使用PI公司高分辨率商用导轨标定了运动距离测量的实验结果,分析误差来源,得出了实际测量精度。结果表明:在百毫米大尺度运动距离的测量中精度能够达到μm级。     

一种新型光纤油井井下压力传感器

井下的温度和压力是直接影响石油采收率的重要因素。文中介绍了一种光纤光栅油井井下压力传感器,该传感器的量程大于50 MPa,长期工作温度为-20～170℃,测量精度达到0.5％FS,经增敏后光纤光栅的压力系数为41.92 pm/MPa。本传感器可对油井井下的温度及压力长时间实时在线远距离监测,另外还具有结构简单、测量精度高、易于组网、本质安全等优点。在中国海油天津实验井实现了成功测井,突破了国内油井井下压力传感器的实验室研究界限,对油田提高采收率具有重要的意义。