地热深孔声波测井传感器的热设计

声波测井技术是摸清地下岩体构造及裂缝分布规律的有效手段。在深部热储层测井工程中,井下传感器需要在高温环境中长时间连续工作。高温环境容易使传感器产生热失效,失效率和温度增量呈指数关系。合理的热设计是提升传感器耐高温性能的有效手段,针对超声成像传感器在高温、密闭工作环境中的耐温需求,对数据采集与处理电路进行热设计,给出了传感器内部元件的设计方法。根据传热学理论,建立了电路板的传热耦合模型,采用COMSOL软件对电路进行仿真热分析,为传感器的结构设计、电路布局和耐温性能评估提供了可靠依据。在雄安新区D35井、D22井中进行性能测试,经热设计后的传感器能够在120℃环境下长时间正常工作,高温高压环境下测井效果良好,耐温指标与室内模拟结果一致。试验结果表明,提出的热设计方法能够有效提升传感器的耐温性能,传热模型能够高效仿真实际环境,可广泛应用于热辐射条件下传感器的耐温设计。

无线控制的负延时存储测试方法

针对在恶劣环境下冲击波场超压测试传统方法中布线难、干扰大、无法实时监测和及时获取数据等问题,提出了一种无线控制的负延时存储测试方法。存储测试装置由传感器、模拟适配调理电路、A/D变换器、存储器、控制电路、接口、电池组成,由单片机与CPLD共同控制两片NAND结构闪存实现高速完整存储。Zigbee无线传感器网络技术用于对整个测试系统的触发、采集和数据传输等操作的控制。实验表明:这种新型测试方法具有可无线遥控、微功耗、抗高冲击、抗干扰、工作稳定可靠等特点,适于恶劣环境下数据记录和传输。

深孔分层抽水自动监测仪器的设计与应用

针对深进尺钻孔各个含水层水文地质参数难以独立获取、试验环境恶劣等问题,提出深孔分层抽水试验的新方法。设计了基于压阻硅芯体的温度、压力传感器并配置自动控制单元,与含水层封隔器配套使用,解决了深孔含水层独立研究的难题。考虑到自动监测仪器高精度指标、高频采样能力及高效数据处理的需求,开发了智能补偿算法,设计了高速采样电路及上位机数据处理界面,完善了仪器的整体性能。同时,设计了基于LCD1602显示屏的数据实时显示模块及基于SD卡的数据储存模块,使得监测设备能够实时掌握试验动态,并且实现了试验数据的实时存储。分层抽水自动监测仪器成功运用于黑河流域水文地质调查工作中,获取了黑河中下游地区多个含水层的抽水试验数据。应用结果表明了仪器的高效性和可靠性。此类仪器及方法有助于提高我国水文地质调查质量,以及水文地质领域的理论创新。

地面磁共振与瞬变电磁橫向约束联合反演方法研究

大地电阻率分布信息是影响磁共振地下水探测反演结果准确性的重要因素.在众多电磁法勘探技术中,瞬变电磁法具有高分辨率、高效率和大探测深度等优势,能准确探测地下几百米范围内的电阻率分布信息.因此磁共振与瞬变电磁联合解释方法具有重要意义.然而,利用单一测点拼接的磁共振与瞬变电磁联合解释方法进行模拟二维反演时存在解释结果不唯一,容易出现错误异常体等问题,尤其在复杂地质情况下,同一测线上相邻测点探测结果连续性差,解释结果偏离实际.基于此,本文提出磁共振与瞬变电磁横向约束联合反演方法(Laterally Constrained Inversion,简称LCI),重点引入外推积分法(quadrature with extrapolation,简称QWE),解决了传统正演过程中基于直接数值积分方法引起的求解效率低的问题,保证了联合反演方法的顺利实施,进而以相邻测点地下结构应具备连续性为依据,引入横向约束反演思想,通过在联合反演目标函数中加入相邻测点间各模型参数约束矩阵,提高磁共振解释结果准确性,加强探测剖面地质结构和含水模型连续性.经过理论模型证实,本文提出的LCI方法能有效提高传统一维反演结果的稳定性和唯一性.最后,对安徽黄山野外实际探测数据进行横向约束联合反演,验证了磁共振与瞬变电磁LCI联合反演方法的实用性.本文的研究成果将为磁共振与瞬变电磁空间约束联合反演奠定基础.

光纤传感技术在岩溶塌陷监测中的应用研究

通过对比分析岩溶塌陷监测技术的优缺点,结合前人工作经验,将BOTDR和FBG联合监测的方案应用于岩溶塌陷区岩土体变形监测中。通过对唐山陡河东岸岩溶塌陷点地质条件的分析,选取试验用纤、制定铺设方案,并对试验过程进行了详细的描述,探索了野外应用中温度补偿的方法。经过多次数据采集及处理分析得出,光纤传感技术可实现岩土体变形的多点定位,可捕获岩土体变形趋势和实现对塌陷变形边界的描述。通过FBG和BOTDR联合监测应用,可以克服两种监测手段的缺陷,从而获得塌陷体的全部信息,具有非常好的应用前景。

应用于地质灾害的泥石流监测分析仪

设计了一个基于多处理器的泥石流监测分析仪,并将其应用于地质灾害监测中;以MC9S08QE128芯片为核心,搭配相应的外围功能芯片,组成系统的硬件部分;以嵌入式C作为系统软件开发工具,进行相应硬件模块的驱动程序开发与系统应用程序的编制,组成系统的软件部分。目前该系统已经通过了室内与野外实验,实践证明,基于多处理器的泥石流监测分析仪,采集的数据精度与预警分析的成功率符合设计的指标,性能可靠,安装简便,非常适合于野外工作的要求。

分布式电导率监测仪在海水入侵灾害中的应用

设计了一个基于分布式电导率电极结构的野外数据采集系统,并将其应用于海水入侵监测中;以LPC2378嵌入式处理器为核心,搭配相应的存储芯片和外围功能芯片,组成系统的硬件部分;以自动控制和电导率换算算法为核心,进行相应硬件模块的驱动程序开发与系统应用程序的编制,组成系统的控制软件与数据处理成图的软件部分;目前该系统已经应用于河北省秦皇岛市北戴河、南戴河地区监测中,实践证明,分布式电导率监测仪符合设计指标,性能可靠,安装简便,非常适合于野外工作的要求。

冲击波超压无线式存储测试系统的研究

本文提出一种冲击波超压无线式存储测试系统,该系统以无线通讯的方式对存储测试装置设置触发电平、采样频率等参数,还可以控制装置上电、下电、触发和传感器的增益选择,通讯距离可达到200m以上。该系将压力传感器、适配电路、A/D转换器、控制电路、ZigBee无线通讯模块和电源紧凑的封装在坚固的壳体中,构成一种可相对独立工作的便携式冲击波场超压测试仪。实验证明,该系统具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合。

容栅传感技术在动态扭矩测试中的应用

在旋转轴动态扭矩测试中,针对精度低、通用性差等问题,提出了一种新型的容栅式扭矩传感技术。由于容栅传感器具有平均效应、采用了差动结构、并且分析了误差来源,进而提出了解决方案,使得这种传感装置抗干扰能力大大加强,能在恶劣环境中对扭矩进行非接触测量。实验结果证明,这种测试方法为旋转部件的扭矩测试提供了一种新的技术途径,还可推广应用于动力轴的转速、位移以及功率测试中。

碳储深孔超声成像测井系统设计与应用

京津冀地区和雄安新区地热资源分布广泛,以深部碳酸盐岩热储层为主要特征。为了实现热储稳产、增产,采用超声波成像测井技术对储层裂缝参数进行检测、评价,分析地下岩体构造裂缝的分布规律,是非常有效的手段。本文针对深部碳酸盐岩热储层高温、高压的应用环境,研发了超声成像测井系统,满足了井深在4000 m以深、井径150~500 mm、温度达到110℃以上、连续工作时间12 h以上、每米井段像点数大于5万点的使用要求。整装设备在雄安新区D22井进行了测井试验,结果表明:所研制的超声成像测井系统成像效果清晰、裂缝识别度高,各项性能指标均达到国外同类先进设备水平,能够为深部碳酸盐岩热储层的裂缝、破碎带识别以及产状分析提供一种高效的技术手段。

地下水监测系统电源值更电路的设计与实现

针对地下水监测系统野外工作无人值守、更换电池困难、采样时间短、待机周期长的特点,采用值更电路控制系统在不同功耗状态自动切换的方法延长电源使用寿命。考虑到系统参数配置命令复杂、野外采样情况多样、通信时序不稳定的特性,提出了硬件多触发源与软件状态字配合工作的措施实现系统逻辑控制。引入值更电路的地下水监测系统整体功耗大幅度降低。实测结果验证了值更电路的可行性-表明值更方式必将成为野外监测行业的发展方向。

无线网络传感器系统在地质灾害监测中的应用

设计了一个基于无线网络传感器结构的野外数据采集系统,并将其应用于地质灾害监测中;以AT86RF212和SIM300C芯片为核心,搭配相应的处理器芯片和外围功能芯片,组成系统的硬件部分;以簇树路由算法为核心,进行相应硬件模块的驱动程序开发与系统应用程序的编制,组成系统的软件部分;目前该系统已经应用于云南省大关县示范区地质灾害监测中,实践证明,无线网络传感器系统符合设计的指标,性能可靠,安装简便,非常适合于野外工作的要求。

水下低功耗变频数据采集系统的设计

介绍了水下爆炸冲击波的概念特征和气泡脉动理论,根据此特征确定了水下冲击波超压测试系统的测试原理、采样参数等。系统将压力传感器、适配电路、A/D转换器、触发控制电路、通讯接口及电池紧凑封装在密闭、防水、坚固的钢壳内,构成一种可相对独立工作的便携式水下冲击波超压测试仪。该系统具有小体积、微功耗、采样频率高等特点,具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合。