光纤测量技术在变压器状态检测中的应用研究

实现对变压器等电力系统关键设备的状态检修,迫切需要强电场环境下的各种无损在线监测技术。本文重点论述了用于变压器的油温和线圈温度、绕组等振动、油溶解性气体分析、局放检测、输变电系统、高压开关气体压力等参数检测的的全光纤敏感传感器和传感器的应用。

矿山信息化发展及以数字孪生为核心的智慧矿山关键技术

矿山信息化建设在经历了单机自动化、综合自动化、数字矿山几个阶段之后,在物联网、人工智能、大数据技术的推动下,正朝着矿山智能化和智慧矿山的方向发展。以数字孪生技术为核心,围绕矿山生产场景和智能装备的知识服务体系是智慧矿山下一步需要重点研究的方向。首先回顾了矿山信息化技术的发展,然后分析了智慧矿山的核心关键技术,从智能感知与智能装备、边缘计算与网络服务、数字孪生知识建模、平台与应用系统4个方面进行阐述。智能传感装置和智能装备的不断涌现,为智慧矿山前端感知和执行提供了基础,而即时的感知、分析和决策是智能装备自治、自主工作的前提;随着边缘网关计算能力的提升,需要设计面向应用场景的轻量级算法模型和高效云边协同机制,以满足智能装备即时服务的需求,同时,围绕5G的通信技术在矿山的应用,将进一步提升知识服务的快速响应能力;矿山运行机理、经验知识、大数据分析与数字孪生建模技术融合的矿山生产场景可信数字孪生模型,将成为智慧矿山知识服务的核心;面向大数据和知识模型的平台技术是矿山数字孪生和智能化服务的载体,大数据高效存取、分析和利用能够有效的促进矿山智能化应用服务的融合。矿山数字孪生及相关智能化技术的突破,将实现对矿山物理世界实时可测、可观、准确控制、精确管理和科学决策,从而建立少人化或无人化的矿山生产模式,为智慧矿山的发展奠定基础。

基于光谱吸收的光纤甲烷监测系统在瓦斯抽采中的应用

研究了一种基于光谱吸收的光纤甲烷远程实时在线监测系统,分析了该系统在瓦斯抽采中的应用。该系统以1665nm波长半导体激光器作为光源,以单片机C8051F410为核心处理器,采用锯齿波信号实现了气体激光吸收光谱的波长调制,结合A/D转换电路、通讯电路和显示电路,可进行声光报警、LCD液晶显示等。利用内置参考池对激光波长漂移进行自适应调整,可以实现甲烷吸收线的锁定。该系统已在国内外建立多个示范工程,试验表明,该系统具有很好的稳定性,在0%~100%量程实现了分布式多点甲烷气体浓度的实时在线监测和显示,监测的灵敏度可达ppm量级,在煤矿瓦斯抽采领域具有广泛的应用前景。

煤矿井下微震震源高精度定位研究

煤矿井下微震震源准确定位,对于动力灾害监测预警具有重要意义.由于微震震源需要通过井下传感器接收信息反演确定,传感器的安装位置限制于煤矿井下巷道周围,传感器沿巷道近平面的不合理布置将大大降低震源定位精度.针对由传感器信息反演震源位置引起的病态问题,本文提出了基于微震监测测点优化布置的震源高精度定位算法.首先通过计算系数矩阵条件数,判定病态问题;然后利用中心化法和行平衡法联合进行病态矩阵预处理.对预处理后的矩阵A、b利用L曲线法计算正则参数,结合Tikhonov正则化算法计算得到震源坐标正则解.研究结果表明,中心化法有效降低了矩阵数量级,行平衡预处理降低了病态条件数,预处理后Tikhonov正则解的震源坐标误差最小可以达到3.09m,与预处理前的高斯消去解相比误差大大降低.通过上述优化处理,实现了井下受限空间微震监测震源高精度定位.

矿井下用光纤光栅水压传感器及系统

研究了一种基于光纤Bragg光栅的弹簧管式新型水压传感器.利用ANSYS软件对传感器的灵敏度进行模拟计算,并对传感器性能进行了标定和测试,达到了很好的效果.将传感器安装到煤矿井下进行水压远程在线监测,与压力表测量数据进行对比,进一步验证了传感器用于煤矿水压监测的可行性.

分布式光纤测温技术在电缆温度监测中的应用

分布式光纤测温系统在电力行业电缆温度监测中发挥着重要的作用。本文介绍了光纤拉曼散射测温基本原理和基于光时域反射(OTDR)定位原理。以青岛供电公司二回三相4 km长电缆温度监测工程为例,介绍了光缆的选择、系统功能和监测情况。经综合分析,系统温度精度为±1℃,距离定位精度±2 m,为电缆温度实时监测和输电安全提供了科学依据。

用于痕量检测微弱信号提取的锁相放大电路设计及实现

在分析了现代微弱信号检测的研究技术的基础上,设计了一种基于AD630芯片的锁相放大器电路,利用锁相放大器芯片内部的锁相与乘法功能,对参考信号与探测信号进行处理,实现了信号的锁相放大,通过合适的积分电路,实现了锁相放大器的设计。文章还对微弱信号的前置放大电路进行设计,从而提高了整个锁相放大器电路的整体性能。该电路成功应用于光纤痕量气体检测中,并实现了0.0001%浓度量级的一氧化碳痕量检测,提高了检测灵敏度,效果明显。

基于COM组件的VB与MATLAB混合编程实现振动信号处理

在用传感器监测机械振动时,需要同步显示监测信号的时域和频域特性,要求用户在采集卡自带简单例程的基础上进行采集软件二次开发。基于COM组件的VB与MATLAB混合编程,通过把MATLAB中的fft函数制作成可接收参数的、能与VB通信的动态连接库(DLL),同时利用VB开发信号采集软件并把采集到的信号以参数的形式传递给DLL,可以实现振动信号时频转换。以同样的方法调用MATLAB中的filter、diff、quad等函数可以实现信号滤波、微分、积分变换等处理功能。该混合编程提供了一种简便、快速、高效地实现信号处理和相关数学运算的方法。本文以振动信号时频转换为例,介绍了借助MATLAB自带的函数生成DLL并最终被VB成功调用的详细过程。

基于光纤气体检测技术的煤矿自然发火预测预报系统

分析了近红外光谱吸收式气体检测的基本原理以及煤矿采空区自然发火特征气体的选择,通过使用近红外激光光谱吸收式光纤气体传感器对采空区火灾特征气体浓度检测,报道实现了一套基于多种气体参数的火灾预测预报系统。系统使用分布反馈式半导体激光器(DFBLD)作为光源,光源驱动为低频锯齿波信号叠加高频正弦波信号,通过锁相放大器实现信号提取。根据采空区三带静态分布理论,给出了判断采空区自然发火危险程度的判定方法。该系统全部使用光纤进行井下信号传输和气体检测,使得检测精度更高,不带电工作,实时性更强,系统更加稳定可靠。

小波分析在微地震信号处理中的应用研究

通过探究小波分析特性选取适合微地震信号处理的基本小波,并以实测微地震信号为例,论述了利用MATLAB小波工具箱成功实现微地震信号处理的过程。利用对称小波函数sym8、启发式阈值选择规则、软阈值函数、5层分解等参数实现了信号的自动去噪,经检验去噪效果良好。通过尺度-频率转换成功绘制出频率-时间-小波系数图和时间频率谱,为分析信号时频同步特性提供了有效手段。

基于光纤耦合器的声发射传感器

为检测变压器内局部放电产生的声发射信号,介绍了一种基于特殊光纤熔融拉锥耦合器型声发射传感器。它是利用声波引起的扰动改变耦合器两臂光功率输出的特点来检测声发射信号。实验结果表明:此种传感器在10 kHz^250 kHz范围内对声发射信号有良好响应,在155 kHz灵敏度为5.6×10-6V/Pa,噪声为1.8 Pa声压,有望在复合材料与结构、电力无损检测方面得到应用。

油井分布式光纤测温及高温标定实验

在稠油热采中，分布式光纤测温技术与其他传统测温方式相比具有无可比拟的优势。该技术利用光纤拉曼散射原理和光时域反射（OTDR）定位原理为基础。为提高高温环境下的测量精度，在室内模拟井下温度环境进行温度标定实验，采用二次拟合的方法取得了较好的效果。系统温度范围：0-350℃，测温光纤长：0～1900m，测量温度精度：±2℃，距离定位精度：±2m，为油井井下温度测量提供了科学依据。

基于窄频分布反馈激光器和光纤光栅的加速度传感器

提出了一种用窄频分布反馈半导体激光器作为光源,光纤光栅作为传感元件的振动传感系统.给出了这个系统的工作原理和系统组成,设计了光纤光栅传感器的悬臂梁增敏封装形式.通过实验测量得到了频率响应曲线和加速度响应曲线,结果表明悬臂梁一端悬挂的质量块的质量越大,灵敏度越高,但共振频率也相应降低.同时讨论了不同黏度的硅油对共振的抑制效果以及系统灵敏度与分布反馈激光器输出波长的关系.

基于微震信号特征的防盗采测点布置研究

矿井盗采给矿山企业带来了经济损失和安全隐患。微震监测技术是实时在线监测爆破盗采活动的有效手段,但人类活动产生多种非盗采引起的震动信号,给信号分析处理带来困难。设计不同的试验,采集多种震源触发的震动信号,采用时频分析,基于长短时窗STA/LTA值,并计算最大值MAXSTA/LTA,结合信号时长、震幅等参数,定量分析各种震源信号特征。针对各种信号特征,通过优化传感器的空间布置,有效过滤掉与盗采活动无关的干扰信号,简化了信号分析处理难度,实现了盗采活动的高精度监测。

基于光纤传感系统的石油测井技术进展

随着国际原油价格的上涨,各种有利于提高采油率的测井技术越来越受到重视。光纤传感器由于其耐高温、耐腐蚀以及具有分布式在线监测能力等独特的特点,在智能化油井系统中受到西方各大石油公司的青睐。本文首先介绍国外在光纤温度、压力等在线监测以及智能化系统方面的工程技术最新进展以及发展趋势,然后介绍山东省科学院与中国石油大学合作在光纤高温、高压测井以及光纤地震检波器的研究进展。报告了采用普通和耐高温光纤光栅制作的温度、压力传感器的实验结果,以及基于极高灵敏度的光纤DFB激光器的光纤声波检测的实验结果。

A new type of fiber Bragg grating based seismic geophone

Aimed at the poor performance of conventional geophones in exploration for deeper and complex targets, we present the principle and theoretical design of a new geophone based on the optical fiber Bragg grating （FBG） sensing technology. The important parameters such as response functions are calculated theoretically. Because of the advantages of FBG sensing technology, the new FBG geophone has a high dynamic range of 94dB at （10-200 Hz）. This new generation of geophones will have wide use in seismic prospecting due to its higher sensitivity, lighter weight, and lower cost.

光纤传感技术在矿山安全监测中的应用

随着光纤传感技术的发展,光纤光栅温度传感器以其本质安全、抗干扰、体积小、高精度等特点在矿山安全监测领域用得到广泛的应用。介绍了光纤光栅传感的技术原理及系统构成。以葛亭煤矿供电系统安全运行监测为例,经分析,温度监测系统的温度精度±1℃,上位机软件采用组态监控系统,强大的功能为葛亭煤矿安全监测提供了良好的测温解决方案。

光纤光栅温度监测仪在变压器热点远程监测中的应用

介绍了一种新型光纤光栅温度监测仪用于变压器热点的温度监测,仪器采用先进的光纤光栅传感技术,具有不受电磁干扰、远程监测、精度高等优点,尤其适合变压器这种高压、强磁场的环境。在多个变电站投入使用,取得令人满意的测量效果,较好地解决了传统变压器测温设备测温不准的缺陷。

基于薄壁圆筒结构的光纤光栅瓦斯压力传感器

为提高瓦斯压力监测的精度和准确性,设计了一种带温度补偿、基于薄壁圆筒结构的高灵敏度新型光纤光栅瓦斯压力传感器。通过理论分析,确定了传感器的结构和尺寸。该传感器采用内径15 mm、壁厚0.13 mm、材料为30Cr Mn Si A的薄壁圆筒。通过测试,传感器灵敏度为220 pm/MPa,瓦斯压力为10 MPa时光纤光栅中心波长漂移量为2.93 nm,基本误差小于0.05 MPa,具有较好的可重复性。现场应用表明,新型传感器具有较高精度,克服了温度对监测结果的影响。