随钻测量井下光纤光栅传感器随机信号处理方法研究

作为一种新型传感器,光纤光栅传感器因不受电磁干扰、信号传输可靠等优点在随钻测量中得到广泛应用。由于井下参数复杂且相互耦合,FBG传感器不可避免地会受其他参数的干扰,因此需要分析各种随机信号的特征,对所测参数进行正确的估计。在分析了井下温度、压力随机信号的特征后,建立了信号估计的模型。采用有限单元分析方法对检测的温度和压力二元关系进行相互影响分析;利用小波分析和Winner参数估计等方法对钻柱振动以及各种随机噪声干扰信号进行去噪平滑处理。在仿真模拟分析基础上,获得随钻测量井下光纤光栅传感器信号处理方法。应用结果表明,这些方法能够在复杂的井下环境条件下准确获取温度压力真实值。     

光纤光栅传感器在大型储油罐健康监测中的应用

对大型储油罐的损伤机理和光纤光栅传感器的工作原理进行了分析,认为可以利用光纤光栅传感器对大型储油罐进行在线实时损伤监测.通过识别和监测储油罐累积损伤的位置和发生程度,对整个储油罐系统进行损伤评估,据此采取防治措施.需要解决的问题有:应变与温度的交叉敏感和光纤光栅传感器的安装.     

光纤光栅传感器在大型储油罐健康监测中的应用

对大型储油罐的损伤机理和光纤光栅传感器的工作原理进行了分析,认为可以利用光纤光栅传感 器对大型储油罐进行在线实时损伤监测。通过识别和监测储油罐累积损伤的位置和发生程度,对整个储 油罐系统进行损伤评估,据此采取防治措施。需要解决的问题有:应变与温度的交叉敏感和光纤光栅传 感器的安装。     

真空断路器机械特性参数测量及验证

真空断路器机械特性的在线测量能够准确地提供其工作时机械结构方面的信息，利用光栅传感器结合单片机数据采集及处理系统进行非接触在线测量具有速度快，精度高，成本低，信号易于处理等一系列优点，很适合在线测量，具有良好的实用价值和应用前景。     

光栅及光纤技术在近红外光谱检测中的应用

本文介绍Y型光纤测量和近红外光谱技术,探讨了光纤测量样品距离与测量灵敏度变化的关系及漫反射技术工作机理,利用闪耀光栅将光栅波长复用分光和光纤测量优势有效结合起来,为进一步开展近红外光谱技术在农产品快速无损检测方面的应用打下了基础。     

基于ROF系统的FBG滤波特性研究

在ROF系统中为了克服传统双边带调制引起的载波能量衰减，单边带调制方式被提出。作为波长选择性元件，光纤布拉格光栅具有全光纤尺寸、光纤兼容性、插入损耗小、成本低，利用它滤除一个边带实现信号光的单边带传输将有着很好的应用前景。对基于60GHZ的ROF系统，通过对高斯形光信号传输仿真，能实现13dB的边带抑制比。     

基于光纤光栅应变箍传感器的管道局部腐蚀监测

为了对管道局部腐蚀进行长期、实时监测,自行开发了一种光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变箍传感器。介绍了基于FBG应变箍传感器的管道局部腐蚀监测原理,利用这种传感器测量管道的平均环向应变,实现对管道局部腐蚀的监测。将FBG应变箍传感器安装在局部壁厚不同程度减小的钢管道外壁上,分别测量各个管段的平均环向应变,开展局部腐蚀模拟试验。利用材料力学理论计算相同压力下不同腐蚀程度管段的平均环向应变,并用有限元软件进行模拟分析。结果表明:FBG应变箍传感器可以监测到管道平均环向应变的变化,进而反映管道局部腐蚀程度。这种基于管道环向应变监测管道局部腐蚀的方法具有很好的应用前景。     

基于半导体光放大器的双波长激光器的微波信号产生研究

提出一种新型的基于半导体光放大器(SOA)的双波长光纤光栅激光器,并将其应用于产生微波信号。一对均匀的光纤布拉格光栅用作激光器腔内波长的选择元件,级联的2个光纤布拉格光栅(FBG)确保双波长CW激光具有较窄线宽,并通过调节FBG的工作温度以获得频率可调的微波信号。研究结果表明,通过改变光纤布拉格光栅的工作温度,可以获得波长间隔可调的稳定的双波长连续波激光输出,波长间隔为0.18~0.6nm,对应的微波信号频率范围是22.5~74.9GHz。     

基于ZigBee的农作物冠层温度采集节点的设计

农田水势软测量网络由多个农作物生长微环境信息测量节点组成。针对农田信息采集对低功耗及成本的要求,基于ZigBee无线传感器网络技术,以低功耗单片机Atmega8L和无线射频芯片CC2530为核心,选用红外测温传感器,设计一种用于采集农作物冠层温度的无线传感器网络节点,能够对环境因子冠层温度进行实时、准确检测。结果证明,该节点工作状况良好,能够有效进行数据采集和无线传输,从而达到设计要求。     

基于虚拟仪器的光纤分布式高速公路边坡落石监测预警系统

针对高速公路边坡落石严重灾害,提出了一种光纤分布式公路边坡落石监测预警系统,具有连续分布式多点落石探测,高定位精度以及高实时性等技术优势。基于相位敏感光时域反射计的光路方案,建立了系统的硬件总体架构,搭建了系统主机,在此基础上依托LabVIEW平台设计开发了系统的实时处理软件,通过实验对系统性能进行了测试。结果表明:设计的光纤分布式公路边坡落石监测预警系统能够同时监控多个落石,最大定位误差20 m,响应时间均值79.65 mm,能够满足实际应用要求。     

油气管道安全预警技术现状

近年来由于第三方施工造成的管道破坏事件频频发生,管道安全防护问题受到广泛关注,急需长距离油气管道实时安全防护技术从而保障管道安全运行。管道安全预警技术可通过埋设在土壤中的传感器采集信号,实现对人为活动的识别和判断。目前,常用的管道安全预警技术主要包括光纤传感和地震波检测。根据采用的光学原理的不同,光纤传感类管道安全预警技术可分为MachZehnder型、Sagnac型、Bragg光纤光栅型及Φ-OTDR型4类。在此对光纤传感类管道安全预警技术和地震波检测类安全预警技术进行了综合分析,从技术原理、占用光纤数量、监测距离、灵敏度和识别效果等几个方面对各项技术进行了比较,给出了各项技术的优缺点,可为今后油气管道安全预警技术的选择和应用提供有益参考。     

基于薄膜传感器的横轴流脱粒滚筒实时喂入量测量系统设计

为实现水稻联合收割机脱粒滚筒实时喂入量监测,基于薄膜传感器设计了一种脱粒滚筒喂入量测量系统,其原理为通过薄膜传感器测出滚筒顶盖侧边因喂入量变化而产生的受力变化。以额定喂入量为0.8kg/s的小型横轴流脱粒滚筒为试验对象,以成熟的晚籼98和传奇丰两优1号水稻为主要试验材料,在转速分别为650、800、950、1 100r/min、喂入量为0.2～0.8kg/s的条件下开展台架试验,结果显示:薄膜传感器采集的实时信号与实时喂入量显著相关,对喂入量和传感器信号进行线性关系拟合,拟合效果较好。试验结果表明,设计的测量系统可以通过传感器信号对喂入量进行测量。     

车载行进式农田土壤压实度实时测量系统

基于应变片测力原理研制了一种新型嵌入式土壤压实度传感器和车载行进式农田土壤压实度实时测量系统。该系统将微型压力传感器嵌入到锥体前部,直接测量行进过程中锥头受到的土壤阻力,简化了测量结构,提高了系统的复合度。以超低功耗MSP430单片机作为内核的数据采集器实现了多路模拟信号的测量,2个串口分别用于与上位机的通讯和GPS信号的接收,采用PDA作为数据处理、存储以及显示终端。传感器实验室标定结果表明,嵌入式土壤压实度传感器输出电压与标准载荷具有良好的线性关系。田间试验结果表明,车载行进式农田土壤压实度实时测量系统工作稳定,土壤压实度测量结果与GPS信息融合效果良好,系统能够快速获取农田土壤压实度及其空间变异信息。     

完整抛磨光纤光栅3层介质波导模型数值模拟

应用3层结构光纤波导模型,借助计算软件改变外界折射率、剩余包层厚度等参数,对完整抛磨光纤光栅在外界环境影响下的Bragg波长变化进行数值模拟。数值模拟的结果表明,随着外部环境折射率的提高,有效折射率从初值渐骤升至最大值,后略有下降,Bragg波长表现为外界折射率接近纤芯折射率时,红移而又略回蓝移。在设定不同的外界折射率情况下,光纤光栅的有效折射率都呈现出当包层半径较大时保持不变,包层半径减小到某值后光纤光栅的有效折射率突然增加,达到顶峰的有效折射率仍小于各自的外界折射率。所得结果对于侧边抛磨光纤光栅的设计、液位测量和折射率传感技术具有重要的指导意义。     

智能光纤技术在简支转连续梁桥施工中的应用

在研究光纤传感器原理的基础上,进行了室内标定和布设工艺的研究,并在简支转连续粱施工的黑大公路牛头山大桥上布设了光纤光栅应变传感器,监测了预应力箱形梁张拉过程的钢筋应变历程,以及单梁静载试验的钢筋和混凝土的应变。通过近12个月的施工全过程观察,实践证明光纤传感器读数稳定,性能可靠,可以用于桥梁长期监测,作用明显优于传统的电阻应变片。     

基于地基雷达干涉测量技术的大坝边坡形变监测及应用

为了解决传统大坝边坡形变监测方法仅能获取点变形信息,且监测周期长、监测精度低、无法进行实时监测等问题,以云南牛栏江红石岩边坡为例,提出了基于地基雷达干涉测量技术(GB-InSAR)的大坝边坡形变监测。为了有效监测边坡形变情况,在详细分析地基干涉雷达测量技术的原理及关键技术的基础上,将其应用于该边坡稳定性的实时监测中。结果表明,采用地基雷达干涉测量技术对该边坡稳定性进行实时监测,可以有效监测边坡形变情况,达到边坡灾害预警的目的。     

农业物料干燥过程的PLC监控方法

通过采用湿度传感器和重力传感器测量干燥过程的空气湿度和物料脱水率,实时准确地采集物料干燥过程中温湿度及脱水率信号,并与PLC连接,通过针对农业物料干燥特点设计的PLC控制程序,有效监控干燥过程。试验结果表明,该系统能够对农业物料的干燥过程进行有效监控,并且明显改善干燥品质。     

基于无线传感器网络的农田信息采集系统的研究

针对农田种植区域广、数据采集量大、信息实时传输难的特点,设计了基于无线传感器网络的农田信息采集系统,构建了一个切实可行的农田信息无线传感网络系统,解决了节点定位、路由协议应用等问题.该系统能够在实际生产过程中减少人力操作和人工测量的误差,降低农业生产的成本,并可以最大程度地实现农田信息自动精确的实时采集、汇聚和传输,农...     

基于单模光纤偏芯结构的光纤折射率传感器研究

基于迈克尔逊(Michelson)干涉仪(MI)原理,结合光纤传感器的特性,设计和实现了一种单模光纤(SMF)偏芯干涉仪结构光纤折射率传感器,并针对蔗糖溶液进行了折射率的测量。实验结果表明:这种传感器的传感范围在1.33～1.39时,特征波长与外界折射率有单调的递减变化关系,蔗糖折射率每变化0.01时,特征波长平均变化约为0.12nm。这种传感器结构简单,灵敏度较高,能够实现液体折射率与浓度变化的在线检测。     

一种自动气象站常用模拟信号输出传感器数据采集处理系统设计

在气象要素观测及地面气象探测设备维修保障过程中,经常需要采集处理各类气象传感器输出信号,而自动气象站传感器种类多样,同类传感器型号不同输出信号也有差异,本文针对常用自动气象站传感器设计了一种能够支持多型号,具有数据采集、智能处理的自动气象站传感器采集系统,该系统以STM32为核心处理器,信号测量的准确度指标达到较高水平。文章从该系统的研究背景、研究方法、功能特点,设计方案与原理等方面进行了叙述。