基于复合干涉原理的局部放电检测光纤传感器

针对基于传统干涉结构的局部放电检测光纤传感器存在参考光纤隔音处理难、不利于现场布设等问题,设计了Mach-Zehnder与Sagnac复合干涉结构的光纤传感器。本研究应用延迟光纤与直线型传感光纤结构解决了上述问题,采用3×3耦合器对光信号引入相移以增加系统的动态响应范围,并阐明了传感光纤以及延迟光纤长度对系统传感特性的影响规律。利用局部放电模拟装置进行性能测试的实验证明,所设计的局部放电检测光纤传感器具有良好的响应性能,测得局部放电信号的时域响应峰峰值为2.45 V,频率分布范围为10.62 kHz~57.73 kHz。研究表明该复合干涉结构可有效提升局部放电检测光纤传感器的检测性能,提高现场适应性。

同轴电缆电容感测式水位传感器设计

针对传统水位传感器在恶劣水质条件下存在可靠性不高、测量精度低的问题,文中提出一种同轴电缆电容式水位测量方法,以特殊构造同轴电缆作为传感敏感元件,研究其将水位转为电容参数的传感机理,采用PCAP01电容数字转换方案,运用拟合与水位标定算法,设计了同轴电缆电容感测式水位传感器。实验结果表明,传感器在0.1～1 m水位范围内的测量精度可达0.01 m,稳定性良好,可应用于恶劣水质环境下的水位测量。

三轴高频采样的无线传感器网络节点设计

针对现有无线传感器网络节点的不足和机械振动信号采集的需求,设计一种应用于机械设备状态监测的三轴高频采样的无线传感器网络节点。该节点采用模块化设计,包括数据采集模块、数据处理模块、无线通信模块、存储模块和电源模块五部分,其中数据处理模块MSP430处理器负责采集、存储、处理数据,无线通信模块CC2530处理器通过移植Zig Bee协议栈负责无线传输数据,数据采集模块采用MEMS加速度传感器通过三维正交组合方式拾取三轴加速度信号。经测试表明,该节点具有高采样率、大量程、三轴同步性的特点,能够满足机械设备高频振动监测的要求。

无线传感器网络振动信号采集节点的设计

针对目前无线传感器网络节点采集旋转机械振动信号存在的高成本和大功耗问题,设计一种基于CC2530芯片的无线传感器网络节点。该节点采用数字式三轴加速度传感器拾取振动信号,以CC2530自带处理器为整个节点控制核心,将采集、存储、处理和传输等控制功能模块集成到一起,实现振动信号的准确采集和大数据量存储,并成功移植Zig Bee协议栈,实现数据的无线传输。经测试表明:该节点对于信号采集和无线传输具有较高的可靠性和稳定性,能够满足大多数旋转机械设备的振动监测要求。

基于高斯白噪声调制的布里渊光相干反射温度传感器

根据光纤布里渊频移量随温度变化的特性,提出一种基于布里渊光相干反射技术的分布式光纤温度传感器.利用噪声信号的无周期特性,采用高斯白噪声信号对系统的光源进行电流调制,克服了现有布里渊光相干反射技术无法同时兼顾传感距离和空间分辨率的问题.实验研究表明,该传感器在253m的普通单模光纤上实现了分布式温度测量,获得了54.6cm的空间分辨率和±1.07℃的温度测量准确度.

基于红外光反射的雪深检测传感器研究与应用

冬季河流湖泊冰盖表面的积雪深度监测是水文信息化领域的一项切实需求,基于空气、积雪和冰盖3种介质对红外光的传输特性差异,设计了一种可以连续实时对积雪深度进行定点检测的传感器。传感器及检测系统于2016年12月初在我国黑龙江上游漠河县江段进行了现场安装与实验测试,通过与传统对射式雪深检测传感器以及当地水文站人工测试结果对比,基于红外光反射特性的雪深检测传感器灵敏度更高,能更准确反映出积雪深度的变化过程,且具有体积小,布设安装方便等特点,为高寒地区野外恶劣环境下积雪深度的定点高精度检测提供了一种新的解决方法和技术装备。

矿用特殊水质水位传感器研究与设计

针对煤矿井下常用的水位传感器不能满足测量要求的问题,设计了一种矿用特殊水质水位传感器,介绍了该水位传感器的测量原理,详细阐述了该水位传感器的系统硬件设计和系统软件设计。通过实验测试与分析表明,该水位传感器能在煤泥水等复杂的水质条件下正常工作,具有测量精确、适应性强、可靠性高、成本低等特点。

集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制

为适应工程机械智能化和节能化作业的发展趋势,提出基于集成储能泵控液压挖掘机的轨迹控制,其中液压缸采用增加势能回收腔的集成液压缸。建立挖掘机位姿空间、关节空间与驱动空间彼此间的转换关系,再利用正弦加减速法对挖掘机整平作业进行轨迹规划,并求得相应驱动空间中的位移曲线;搭建伺服电机-定量泵驱动集成液压缸的数学模型,分析其固有特性,并采用液压缸速度前馈、位置/速度反馈双闭环的控制策略提高其控制精度;最后在SimulationX软件中搭建机电液联合仿真模型。结果表明:铲斗齿尖末端最大误差为17 mm,在合理的范围内,所以可利用速度位置复合控制实现对挖掘机的准确控制。

基于STM32的高精度恒温控制系统设计

针对分布式光纤拉曼测温系统中定标光纤和雪崩光电二极管(APD)的温控要求,设计了一套基于STM32的高精度恒温控制系统。系统采用上下位机结构,上位机负责设定温度值和显示温度数据,下位机根据上位机的设定值利用PID算法对恒温箱的温度进行控制。实验结果表明:在22℃的室温下,定标光纤温度稳定在(10±0.1)℃,APD温度稳定在(5±0.005)℃,上位机可准确反映温度的数值和变化趋势。整套恒温系统能够满足分布式光纤拉曼测温系统的温控要求。

基于Opto22 PAC控制器的多晶硅铸锭炉控制系统设计

为了提高多晶硅铸锭生产过程的自动化程度,设计了一种基于Opto22 PAC控制器的自动化控制系统。系统采用PAC控制器和上位机组态的控制方式,生产的整个过程由PAC控制器自动控制完成,在上位机软件中对整个生产过程进行监控,并能对部分控制参数进行在线修改。PAC控制器通过100Mbps以太网卡接入本地局域网,系统可以实现远程/本地两种控制方式,系统管理员可以远程监控各个设备的运行情况并可对设备进行操作。整体系统可以稳定运行,提高铸锭的生产效率和设备的自动化程度。

基于光纤混沌激光FBG压力传感的实验研究

基于非线性克尔效应,通过调节泵浦电流及环形腔内光的偏振状态实验验证了环形掺铒光纤激光器混沌的输出。结合光纤Bragg光栅(FBG)与环形掺铒光纤混沌激光器,利用混沌的类似detla函数特性,验证和分析了基于掺铒光纤混沌激光器的分布式光纤Bragg光栅传感系统。实验结果表明,利用参考混沌光与反射的混沌光之间的互相关特性,可以准确的判断出光栅串中每个光纤Bragg光栅的位置,通过可调谐滤波器很容易获得受压后光纤光栅中心波长的改变量。

基于ZigBee技术智能家居系统组网研究

ZigBee是一种低功耗、低成本、低速率、近距离的无线通信技术,是目前最适合智能家居系统的通信技术。分析了ZigBee技术的特点,根据家庭网络的特点选择星型拓扑结构,详细阐述了应用ZigBee技术的家庭网络的组建过程和通信协议,并介绍了ZigBee节点的实现过程。

仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式研究

基于交叉学科特点,分析了影响仪器类交叉学科大学生创新人才培养的因素,总结了仪器交叉学科与现有学科之间的关系,提出从仪器类学科研究方向设定、仪器类学科课程体系改革及综合配套改革三方面共同推进大学生创新人才培养的模式,为仪器类交叉学科大学生创新人才培养模式提供了新思路。

冰-水情检测新技术在太原市水资源环境监测领域的应用

结合太原理工大学测控技术研究所在冰-水情检测新技术研究领域取得的成果,阐述了我国北方地区和太原市水资源与环境测报的现状,提出加快冰-水情检测新技术应用的具体措施与应用方案。

基于嵌入式Linux的恒压计量泵控制系统的设计

为了满足岩芯驱替实验对于恒压计量泵高精度的控制要求,设计了一种基于ARM9和嵌入式Linux的恒压计量泵控制系统。该控制系统的硬件以嵌入式芯片S3C2440为控制核心并采用模块化设计;软件采用嵌入式Linux操作系统作为应用程序的开发平台,通过运用模糊PID控制算法来实现计量泵恒压输出的精密控制。实验结果表明:该系统控制精度高,响应速度快,界面友好,操作便捷。

基于CANopen协议的刮板输送机功率协调控制系统研究

针对刮板输送机在实际工况中头尾两电机功率不平衡问题,研究与设计了基于CANopen协议的刮板输送机功率协调控制系统。介绍了系统的总体方案设计、CANopen协议通信原理、协调控制策略、硬件结构与软件设计。通过对搭建的实验台进行测试表明,利用CANopen通信根据实时负载变化调节电机转速,可以有效地实现两电机在负载波动条件下的功率协调控制,为刮板输送机驱动电机功率控制的研究提供了新思路。

基于数字流量阀负载口独立控制系统

负载口独立控制技术解决了传统阀控缸系统操纵性和节能性难以同时达到最优的问题,但负载口独立控制系统在恶劣工况下,控制器的抗干扰能力可能成为制约负载口独立控制技术广泛应用的一个关键问题。提出将PWM控制的新型数字流量阀应用于负载口独立控制系统中,介绍了新型数字流量阀结构及负载口独立控制系统原理,提出了对液压缸两腔流量、压力分别进行复合控制的控制策略。通过Simulation X软件建立系统仿真模型,对液压缸典型工况进行仿真分析。结果表明:通过对系统进行前馈-反馈复合控制,当载波频率大于40 Hz时,基于数字流量阀的负载口独立控制系统能够实现对液压缸速度的平稳控制。

永磁同步电机驱动刮板输送机协同控制

针对刮板输送机负载突变时首、尾电机功率不能平均分配的问题,提出一种永磁同步电机(PMSM)驱动刮板输送机的偏差耦合控制方案。通过建立永磁同步电机的数学模型,分析永磁同步电机的速度、电流双闭环矢量控制策略,得出可采用改变两电机给定转速差的方式控制两电机转矩。通过采集两电机反馈电流,计算出两电机转矩差,使用偏差耦合算法得到两电机的速度补偿信号,调节两电机转速,实现对两电机转矩的调节。实验结果表明,采用协同控制策略后,当刮板输送机负载发生突变,两电机转速能够迅速调整,转矩在0.4 s内接近相等,且两电机转矩百分比差值维持在10%以内,基本实现功率的平均分配。

矿用带式输送机制动能量回收控制研究

将超级电容储能系统用于矿用带式输送机制动能量的回收与再利用,是一种有效的节能方法。然而,由于储能系统与负载之间功率不匹配,会造成的制动单元频繁启动、系统损耗增加等问题。提出了一种基于制动电压跟踪的动态回馈功率控制策略,并给出了一套完整的系统状态切换方案。对不同运行工况下功率最优分配路径进行分析,求解超级电容动态回馈功率,并实时调整超级电容充电过程中的阈值电压。仿真实验结果表明,所提控制策略能够有效提高系统的能量利用效率。

基于三电平转差矢量控制的矿用高压变频器研究

针对煤矿井下运输设备启动冲击大,运行效率低,电能浪费严重,设计了一种基于三电平转差矢量控制的矿用高压变频器,采用十二脉波整流电路和二极管箝位式逆变电路,并以载波同相层叠调制逆变电压波形,选择基于转差频率的矢量控制方案。通过搭建高压电机变频调速Simulink系统模型,对电机的调速性能进行分析。结果表明,电机可以迅速响应负载变化,并达到稳定状态,系统具有较高鲁棒性。