甲烷光纤传感检测系统的设计

针对目前煤矿瓦斯气体检测存在测量误差和测量不稳定的问题,文章提出了一种新型的基于甲烷气体光谱吸收特性的甲烷光纤传感检测系统,阐述了甲烷气体浓度的检测原理,介绍了甲烷光纤传感检测系统的工作原理设计、光源选择等。该系统可实现对矿井瓦斯可靠、高效、实时的监测。     

基于分布反馈式半导体激光器的光纤甲烷传感器

简介了一种基于分布反馈式半导体激光器(DFBLD)的光纤甲烷气体传感器,在甲烷气体光谱吸收的基础上,利用差分吸收技术,实现瓦斯浓度在线检测.还介绍了DFBLD工作原理,给出了初步的实验性设想.对此光纤甲烷气体传感器只要稍加改进或换上其它附件,即可测量其它多种气体的浓度,在气体浓度测量领域,具有很好的应用前景.     

基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器检测方法研究

提出了一种基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器的检测方法,建立了差分检测技术的数学模型,利用差分吸收法消除了光源不稳定及光电器件的热零点漂移、零点漂移对测量准确度的影响。实验结果表明基于光谱吸收原理的光纤甲烷传感器系统性能较为稳定、灵敏度较高、测量范围宽、重复性较好,适合于检测煤矿井下瓦斯含量。     

煤矿监控新技术与新装备

分析了2004—2013年全国煤炭产量、事故总量、百万吨死亡率和重特大事故变化情况:煤炭产量平均每年增长1.94亿t,事故起数平均每年减少337起,死亡人数平均每年减少551人,百万吨死亡率平均每年减少0.310。提出了低瓦斯和高瓦斯矿井宜选用热催化矿用甲烷传感器;煤(岩)与瓦斯突出矿井宜选用矿用激光甲烷传感器;回采工作面上隅角、掘进工作面、高冒地点、采掘设备、运输设备等宜采用矿用无线传感器,并通过无线输电解决矿用无线传感器供电问题;救护队超前有害气体探测、采空区气体探测、高冒顶板等人员不便到达的地点气体探测宜采用矿用气体遥测传感器;传感器自动调零适用于便携式气体检测仪和无线传感器。提出矿用分布式光纤测温系统监测采空区火灾的轴向布置和蛇形布置方法;煤矿井下胶带、电缆和电气设备火灾监测宜采用矿用分布式光纤测温系统。提出自动化采煤宜采用基于采煤模型的记忆割煤、远程控制方法;带式输送机节能控制宜选用激光胶带秤;矿井供电系统宜采用矿用光纤纵差保护和光纤闭锁综合防越级跳闸系统。     

光纤环路光腔循环衰荡多组分气体浓度在线测量系统的研究

根据Beer-Lambert定律,设计和构造了一种新型的光纤环路光腔循环衰荡多组分气体浓度在线测量系统,并对设计过程中各参数之间的关系进行了具体的分析与研究,得出了七种特定峰值波长的光分别在对应浓度为100cm3/m3的七种气体中的衰荡时间,比较了不同浓度同种气体对光的吸收特性,研究了光的衰荡时间、环路损耗与气体对光的吸收系数和气体浓度的关系,为实现高精度的气体浓度在线测量提供了重要的依据。     

光谱吸收型光纤气体传感器的研究

研究和讨论了一种易于实现的光谱吸收型光纤气体传感器.采用LED作为光源,利用可调谐法布里-珀罗腔的选频特性进行检波,并采用谐波检测,显著提高了检测的灵敏度.同时,采用多光路设计和软件控制相结合,可在线检测多种气体,克服了以往气体传感器只能检测一种气体的缺点,大大增加了该传感器的适用性.     

干涉型光纤海洋参数传感器的分布式测量方法研究

光纤传感器因其灵敏度高、体积小等优点在海洋监测领域得到了广泛关注.目前高性能的海洋温盐深参数监测光纤传感器大都基于干涉原理,难以实现同一系统内多个传感器的复用,不能满足海洋环境参数高时空分辨力的监测需求.基于调频连续波原理,提出一种适用于干涉型海洋参数光纤传感器的大容量复用方法.利用不同干涉仪端面反射光与参考光形成Mach-Zehnder干涉光谱的特征频率确定不同传感器的位置,通过不同端面特征频率间的拍频还原了单个传感器的光谱.设计并搭建了干涉型海洋参数传感器的分布式传感系统,实现了系统中传感器的定位以及光谱信号还原,并通过理论计算证明分布式传感系统中至少可以实现500个传感器的复用.本论文的研究可以为高性能干涉型光纤传感器的海洋参数链式监测提供技术支持.     

甲烷光纤遥测系统

本文报道了甲烷光纤遥测系统的研制。此光纤遥测系统以普通溴钨灯为光源,以多次反射White腔作为气体敏感元件,用光纤作为信号传输通道,在微型计算机的控制下,对甲烷实现了全光学、实时、连续监测。     

干涉型光纤传感器及阵列的 分集消偏振衰落技术的研究与改进

对干涉型光纤传感器的分集检测消偏振衰落技术进行了新的理论分析,提出了将各种信号平方后相加的信号处理方式,使之能实现单元及阵列的实时消偏振衰浇信号检测,通过理论计算,可以使干涉信号幅度波动于9．5dB,并得到三路检偏是分集检测的最简取值的结论,通过自动增益控制电路,能够在信噪比有所降低的情况下消除偏振衰落的影响,实现干涉型光纤传感器的消偏振衰落,并设计了用于阵列的分集检测的实现方式。     

透射式光纤甲烷气体传感器的研究

根据甲烷气体的吸收光谱,研究了一种用低廉的LED作光源的新型透射式光纤甲烷气体传感器。选择两同型号LED光源作为差分吸收信号。光源驱动器自动实行交替斩波。讨论了提高甲烷对光吸收系数的方法及途径,给出了甲烷气体浓度的测量结果。     

基于MOLCA的催化裂化分离系统多目标模糊优化

催化裂化分离系统由分馏系统和吸收稳定系统两部分组成,本文将催化裂化分离系统作为一个整体进行研究。应用流程模拟软件Aspen Plus建立了该系统的全流程模拟,在此基础上,以干气中C_（3＋）组分数最小和系统能耗最少作为优化目标,建立了该系统的多目标优化数学模型。应用模糊优化理论对优化约束条件进行模糊处理,并采用多目标列队竞争算法（MOLCA）对模糊优化模型以及普通优化模型进行求解。计算结果表明,采用模糊优化的结果优于普通优化的结果,干气品质和系统能耗都得到了明显的改善。为催化裂化分离系统的操作优化提供了参考。     

一种高性能SiO2-SnO2氢气传感器

本文通过溶胶-凝胶法制备了介孔SiO2粉体,比表面积为1 148.02 m2/g,孔径约2.7 nm。通过丝网印刷的方法在SnO2气体传感器表面制备了介孔SiO2改性层,研究了改性层厚度对其气敏性能的影响。通过对500×10^-6和1 000×10^-6氢气、10×10^-6乙醇、10×10^-6丙酮和10×10^-6苯的测量,改性层对乙醇和丙酮的响应有抑制作用,对氢气的响应有显著的提高。当SiO2改性层厚度为15μm时,在250℃下,对1 000×10^-6氢气的响应值相对改性前传感器最大可提高到6.35倍。本文同时对选择性提高的机理进行了探讨。     

基于改进差分进化算法的曲面零件匹配检测研究

以复杂薄壁形曲面零件为研究对象,以提高复杂曲面零件的检测精度为目的,基于“DE/rand/2/hin”和“DE/best/2/bin”变异策略,提出一种新的混合式差分进化算法。针对曲面零件三维匹配问题的特性,本算法利用旋转和平移变量构成的转换矩阵为个体,以两个点云模型间的最小欧氏距离为目标函数并逐代进化,能够保证计算结果为全局最优解。实验结果表明,所提出的算法具有收敛速度快、搜索能力强、鲁棒性好等优点,该方法可有效降低测量误差对曲面零件质量检测的影响。     

基于压电阻抗技术的结构初始裂纹监测研究

针对工程结构早期裂纹损伤,提出了利用压电阻抗法检测损伤区域高频局部动力学特性,通过监测局部动力学特性变化实现对早期损伤监测的方法。建立了压电阻抗有限元仿真模型并进行数值分析,结果显示压电导纳信号峰值频率即为结构某阶谐振频率,压电阻抗法能有效检测结构的动力学特性。针对不同大小裂纹的铝梁结构进行压电导纳仿真和试验研究,仿真和试验结果表明:压电材料的导纳峰值频率随着裂纹损伤增大而减小;同样的损伤程度下,高频谐振频率对损伤更为敏感。利用高频谐振频率变化来监测早期裂纹损伤的产生及发展,具有较好的重复性和信噪比,具有重要的应用前景。     

基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统

在无线传感器网络中,为了实现信息的隐蔽通信,提出了一种基于随机噪声调制的新型隐蔽通信系统。隐蔽通信系统的二进制消息序列调制联合正态分布噪声序列的相关系数。作为隐蔽通信系统信号的联合正态分布噪声,叠加到传统数字通信系统调制器的输出。在接收端,相关系数的估计值经过硬判决之后恢复出隐蔽系统的的二进制消息。所提出方案的关键问题,例如信道估计和符号同步,则由传统的数字通信系统解决。从理论上推导出了隐蔽通信系统的误码率。仿真结果表明,所提出的系统具有较低的误码率性能,且与理论值一致。     

质子交换膜燃料电池系统多目标优化

质子交换膜燃料电池（PEMFC）具有操作温度低、能量密度高、稳定性好等优点,是一种具有广泛应用前景的发电装置。本文以PEMFC系统发电效率最大和总成本最小为同步优化目标,以电流密度、系统操作压力、空气及氢气化学计量数为操作变量,建立该系统的多目标优化模型。提出基于拥挤度排序的多目标列队竞争算法（MOLCA-CDS）求解该模型,得到优化目标的Pareto最优前沿。实例计算结果表明,所提出的方法可得到分布均匀的Pareto最优解集,且优化结果能够完全支配文献中采用其它方法的优化解。本文所提出的方法可为PEMFC系统的设计与操作优化提供参考。     

基于单壁碳纳米管的压阻式柔性传感器

一维纳米材料与微结构结合的纳器件制造过程,实现了微纳加工工艺上的创新升级,有可能突破微米级器件的性能极限。首先利用传统的硅微加工技术,在综合性能优异的聚酰亚胺PI(Polyimide)薄膜上制作金(Au)微电极,形成排列有序的平行电极对;然后通过交流介电电泳的方法在微电极对间实现单壁碳纳米管SWNTs(Single-Walled Carbon Nanotubes)一维定向排布;接着采用区域选择性电沉积技术定域沉积Au压覆SWNTs,改善SWNTs与电极的接触特性。最后,针对基于SWNTs的柔性微纳传感器进行了力电特性测试。结果表明:在环境温度为(23±5)℃,湿度为65±15%RH,0.1 V工作电压下,压阻因子约为443,精度约为5.16%。上述研究结果在柔性微纳器件的制作方面显示了一定的应用前景,为实现超微型化和高功能密度化的柔性器件铺平道路。     

水下石油管道巡查机器人控制系统的设计

水下石油管道是海上油气田生产设施的重要组成部分,必须定期或适时对其进行检测以保障其安全运营。针对水下石油管道巡查及检测的目的,采用STM32主控芯片、串口摄像头、舵机和通信模块,搭载最新版本的μC/OS-Ⅲ实时操作系统,设计了一种鱼雷型仿生式水下机器人。该机器人应用在浅水层区域,通过WiFi远程控制并实现水下画面上传至上位机,上位机处理图片使泄漏点特征清晰。通过系统调试和记录分析表明,该水下机器人可以远程无线控制和无线图像传输,能够实现水下巡查任务,并且具有控制系统简单化、功能灵活化、性价比高等优点。利用水下机器人可以对水下石油气管道完好性进行巡查,防止出现泄漏事故,杜绝安全隐患。功能多样的水下机器人将成为机器人研究领域的热点之一.     

基于K邻近算法的转向架构架状态识别研究

作为机车最重要的部分之一,转向架构架的运行状态会直接影响到机车的安全,其状态识别对保证机车安全运行尤为重要。为识别转向架构架状态,采用噪声传感器与加速度传感器对激振数据进行采集,通过时域特征提取与时频域特征提取,将敏感特征量组成训练集与测试集,利用K邻近算法,实现对转向架构架三种不同状态的识别。利用K邻近算法识别率可达到93.33%,与最小二乘支持向量机方法相比具有较好的识别效果,验证了K邻近算法的有效性。     

基于Herschel-Bulkley模型的磁流变阻尼器转矩模型参数辨识

针对目前Herschel-Bulkley模型参数值通常随试验条件而变化,存在无法构建确定的数学模型的局限性,提出一种Herschel-Bulkley模型全局参数辨识的方法。针对所设计的多级圆筒式磁流变阻尼器,基于Herschel-Bulkley模型建立了阻尼器的转矩力学模型并搭建扭矩测试系统以确定模型参数,通过1stOpt优化分析软件的Levenberg-Marquardt算法和通用全局优化算法对转矩力学模型进行参数辨识,确定模型中液体流动行为参数 k和n 分别为49.88及0.576。参数辨识后的Herschel-Bulkley扭矩模型在不同磁场条件下基本满足扭矩预测效果,可为后续对于器件的有限元分析计算提供理论依据。