基于光纤传感技术的泥石流冲击力测量系统与反演方法

目前水槽实验一般采用压电式压力传感器测量泥石流冲击力,这种传统测量模式的电信号易受电线阻抗效应的影响,且没有考虑测量装置受冲击变形对测量结果所产生的影响。针对以上问题,基于光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感技术,设计了悬臂梁式泥石流冲击力测量系统; 基于泥石流的宾汉体模型和受冲击体的本构关系,构建了包含中心波长最大偏移量、结构材料弹性模量和流深的泥石流最大冲击力反演公式。依据测量系统的力-光耦合效应设计水槽实验,开展了7组不同密度(1.8、1.9、2.0 g·cm^-3)的冲击实验工况。结果表明:①数据之间呈现较好的规律性,光纤布拉格光栅中心波长最大偏移量随着密度的增加而增大,同一密度下光纤布拉格光栅中心波长变化过程与泥石流冲击过程相吻合,从而验证了冲击力反演模型和测量系统之间具有良好的适应性; ②冲击力峰值为30.75～74.06 kPa,冲击力系数为0.92～1.95,与泥石流冲击特性相吻合,进而验证了本测量系统在克服传统压电式压力传感器自身缺陷的同时,亦能实现冲击力的稳定可靠测量。     

基于小波分析的泥石流冲击力信号处理

对于防治工程的设计,泥石流冲击力是一个很重要的参数,其冲击力的大小要准确地进行估计是很困难的,并且由于泥石流的破坏性很强,很难在野外进行冲击力的测量.为了减小模型尺度带来的影响,利用大型水槽进行泥石流冲击力实验,并对得到的冲击力信号进行小波降噪处理.通过比较降噪后重构的信号及降噪后的信号发现,降噪后的泥石流冲击力信号可作为液相浆体的冲击力过程线.对采集到的泥石流冲击力数据分析后发现,泥石流液相浆体的冲击力计算公式p=Kρfv2中的系数K接近于0.5.     

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

水对路基土的力学性能影响显著,但迄今对路基土含水率变化的长期跟踪测试的有效案例与研究不多.选用可靠的传感器和准确的标定是准确测试含水率变化的基础.首先介绍了EC-5土壤水分传感器测定土体含水量原理,提出了路基土水分传感器室内标定方法,然后利用某既有重载铁路路基土对EC-5土壤水分传感器进行了室内标定试验,研究了干密度和温度对EC-5土壤水分传感器测试结果的影响,建立了考虑干密度影响的含水率标定公式.结果表明,EC-5土壤水分传感器输出电压值与烘干法测定的质量含水量相关性很好,可以准确地测定路基土含水量;干密度变化对EC-5土壤水分传感器测量结果的影响较大,表现为输出电压值随着干密度的增大而增大;在0℃以上时可以不考虑外界环境温度对EC-5土壤水分传感器测量结果的影响.     

一种基于长余辉发光材料力的冲击传感器

长余辉发光材料的力致发光现象是近年来相关领域的研究热点之一,在力传感器特别是冲击力传感器领域有重要的应用前景。但是,力致发光现象的强度很弱,一般需高灵敏度的光电倍增管进行测量。为了解决这个问题,该文以共掺Dy和Eu的Al2 SrO4长余辉片材为冲击敏感单元,以一个APD雪崩光电二极管为光检测与放大元件,加上自行设计的弱电流检测模块与高压偏置电源,成功地观测到了小球冲击引起的长余辉发光材料的力致发光现象。装置体积小、重量轻、成本低,可以实现冲击力检测设备的小型化。     

泥石流冲击力的时空分布特征

传统的泥石流冲击力计算方法仅仅考虑泥石流作用于刚性拦挡坝时的瞬间冲击过程,并没有考虑泥石流与坝体相作用时,冲起部分对坝体的影响。实际上,当泥石流与坝体相作用而冲起爬高时,所受泥石流冲击力的空间分布决定了其结构的稳定性。本文开展了系列泥石流冲击实验,并利用Tactilus内置式压力分布测量传感器测量冲击力数据,以此来探究不同密度泥石流作用于坝体时冲击力的时空分布特性。实验结果表明,低密度泥石流冲起爬高时,在坝体范围内冲击力时程变化的波动更为剧烈,持续时间也更长。低密度泥石流与坝体作用时,最大冲击力主要来自于流体中颗粒与坝体的撞击作用,并存在于整个冲击过程,而高密度泥石流与坝体作用时,最大冲击力出现在与坝体刚接触的时候,这主要是由于不同密度下流体内部颗粒间作用力变化引起的。当密度较低时,泥石流冲起部分的冲击力的纵向衰减模式为对数函数形式;当密度较大时,其衰减模式为线性函数形式。泥石流冲击力的横向分布波动并不大,基本可以看成是等值分布。为便于计算,泥石流冲击力的纵向分布可以简化为三角形分布。对坝趾处来讲,考虑泥石流冲起时,所受弯矩为不考虑流体冲起时的2～3倍。     

一种加速度传感器的测量误差分析方法

测量是人类认识和改造物质世界的重要手段之一,但测量不可避免地总会有误差存在.在很多场合中,常常需要利用加速度传感器来测量被测物体的加速度,速度及位移信号等,这就需要对其测量误差进行相应的分析以便得到准确的测量值或进行修正.本文介绍了当利用加速度传感器结合电荷放大器来测量速度信号时,如何对其误差进行分析,并设计了实验.实验结果表明,本方法能够准确的分析出误差产生的原因并对其进行修正.     

一种多源信息融合方法及其应用

介绍了一种多传感器数据融合的新方法。对于一个传感器无法准确测量的场合,加入一个辅助传感器,能够比较全面地反映对象或目标的全部信息。使用模糊理论,将测量信号模糊化,使得对信息量的“依赖程度”减轻。根据传感器作用域的不同,使用信息补充和证据增强（或削弱）原则,将两个信号进行融合。仿真结果表明,这种多传感器数据融合的方法,能够较好地解决仅使用一个传感器难以实现的问题。     

电涡流测距传感器信号的微机处理

通过理论分析和实验研究，找出了电涡流测距传感器的输出信号与被测距离、金属材料的性质及环境温度之间的关系，提出用单片机进行修正的方法，克服了现有电涡流测距传感器不能直读距离、通用性差、测量不准确的缺点。     

小型风洞的设计与实验

风洞试验是进行汽车、飞机空气动力学研究的重要手段.本文利用ARM STM32与微型拉压力传感器、气压压力传感器、风速传感器,以及变频风机、洞体设计出一种小型风洞.通过风洞对3种不同形状汽车模型进行测量,得出了它们的风阻系数(轿车0.26,SUV车0.36,卡车0.43);通过对飞机模型的测量,得出了飞机升力及俯仰角的关系.实测证明,该风洞可以较准确地对模型的空气动力性能进行定量及定性分析.     

基于激光测距的非接触式齿轮倒角轮廓测量系统

为了满足倒角齿轮的倒角轮廓测量需求,采用先进的计算机检测与控制技术及现代化的传感器技术,研制了一种非接触式齿轮倒角轮廓激光测量系统.测量系统以计算机为控制中心,用激光位移传感器和光栅尺获取数据,利用X-Y精密移动平台实现测量位置的准确定位,实现了倒角轮廓的测量.实验表明,测量系统精度满足倒角齿轮测量的工业应用要求.     

换能器与作动器同层布置时的无能源主动控制

提出一种将换能器与动器布置于结构中同一层的无能源主动控制方案,建立了数学模型,并提出相应的控制策略,这种控制方案继承并发避孕药了无能源主动控制的思想,使得在配备合适的蓄能器的条件下,能达到或接近主动控制的效果,其原理是当主动控制力由变阻尼控制力实现时,利用“换能器”实现该控制力,同时将结构 一部分振动能量转换为液压能,并储存于蓄能器中,当主动控制力不能由变阻尼控制力实现时,由作动器利用存于蓄能器中的高压油作为能源,进行主动控制,对一个8层结构进行了数值仿真,结果表明,无能源主动控制在不配备外部能源的情况下,可以达到或接近主动控制的控制效果。     

垫圈式力传感器研究

目的　针对发动机试验的需求 ,在保持原垫圈特性的同时 ,将垫圈设计成为一个力传感器 .方法　利用应变片将力信号转化为电信号 .结果　给出了力传感器的校准曲线 .结论　该传感器不仅可以测量安装过程中的预紧力 ,而且可以反映柴油机工作状态下动态载荷情况 .     

三向压电晶体力传感器的研究

三向压电力传感器是三向动态测力系统最基本的传感元件,它可以对空间任一个或多个力同时进行测量,分解并合成到三个座标轴上输出。若用几个三向力传感器按不同情况组成测力系统,可以对更复杂的力系进行综合动态测量。本文简要介绍了三向压电力传感器的原理及其结构形式,在此基础上设计了三向压电力传感器,并从刚度的观点指出了传感器设计的关键。在传感器制造过程中,对其制造工艺进行了探索。实践证明:所采用的工艺路线是合理的,所研制的三向压电力传感器的性能指标达到国际同类产品的水平。     

大尺寸板状构件超声阵列悬浮技术

为了提高超声悬浮性能及其柔性化应用能力,满足包括集成电路硅片和太阳能电池极板等构件的非接触抓取和输运的应用需求,开展基于换能器阵列的大尺寸板状构件超声悬浮技术研究. 采用空间脉冲响应函数法,建立换能器阵列非自由超声场的声压分布及该声场内悬浮体所受声辐射力的理论表达式,结合COMSOL软件进行仿真研究,验证该理论表达式的正确性. 搭建基于换能器阵列的超声悬浮实验装置,分别开展同一激励电压不同尺寸硅片以及同一尺寸硅片不同激励电压下的声悬浮实验. 结果表明：该技术可以实现对尺寸远大于波长的物体在稳定高度的超声悬浮,且当悬浮体的重量小于超声阵列的最大负载能力时,悬浮高度随物体尺寸和激励电压的变化不明显.     

智能采油控制系统研究

为了降低石油抽取过程中的吨油耗电量，给出了一种利用IPR曲线(流入动态曲线)和全自动油井计量装置所采集的实测数据及采用模糊规则来控制抽油机的冲程次数的方法.简略介绍了系统所选用单片机C8051F015的特点，重点阐述了如何利用A/D和485总线采集到的数据，通过运算输出一个合适的值并通过D/A输出控制变频器来达到控制抽油机的冲程次数的目的.实验数据表明了该方法的有效性，最终将把抽油机的冲程次数调节到一个合理的范围，在不影响原油产量的情况下达到节能的目的.     

基于弦振测频的精密压力计设计

弦振传感器的工作原理是传感器内部钢弦的弦振频率与其受力大小存在一一对应关系,通过监测其受到激振时的弦振频率就可以监测其受力大小.以新型微控制器为核心,利用数字温度芯片DS18B20的唯一系列号,实现了弦振传感器自动识别和多机循环测量功能;通过软件编程实现了温度测量和非线性补偿;基于等精度测频原理,提高了测量精度;通过增...     

防撞梁受冲击载荷的试验研究

为了解决防撞梁受冲击载荷时强度计算问题,首次在自制的提升机模拟试验台上研究了提升容器对防撞梁的冲击过程,得到了不同工况条件下的防撞梁瞬态冲击力变化曲线。对不同工况下的曲线进行线性回归,得到对应的拟合方程。结果表明:防撞梁的瞬态冲击载荷不仅与冲击距离呈线性关系,而且和提升容器下降侧与上升侧的张力差、提升钢丝绳的弹性系数有关。因此,为了保证提升系统安全可靠的运行,必须有效地降低过卷时的冲击速度。     

高压注气井套管强度的安全校核

结合某油田一口注水井(拟转为高压注气)实钻井眼轨迹以及注气时的实际工况,提出了应当建立三维轴向力模型,按工况分析内压和外挤力,充分考虑轴向力、外挤和内压力对套管强度的影响,进行三轴应力强度校核的思想.进行了具体的套管柱强度校核.所提出的校核方法得到了现场应用的证实,同时也可应用于新钻注气井的套管设计.     

基于交流-直流变换的光电式电流有效值传感器

提出一种基于交流－直流变换器的光电式电流传感器,可用于工频电流有效值的测量。传感器的组成主要包括铁芯（或空芯）电流互感器、交流－直流变换器、分流器、发光二极管及其驱动电路、塑料光纤和光电检测与放大电路。对 ５～ ４００ Ａ工频电流进行实验测量,并采用含有自然对数的拟合函数对测量数据进行非线性拟合,得到传感器标定曲线的最大引用误差低于１．５％。