基于GIS的复合海缆监测系统设计与实现

海底电缆在远程供电、高压输电、通信、传输信号、保证海上平台正常工作方面起到关键作用。海底电缆一旦发生故障,将对海上钻井平台的生产与通信造成很大的影响。利用地理信息系统(GIS)和布里渊散射原理建立分布式海底电缆监测系统,可以实现故障位置的快速准确定位,同时给出故障电缆周边的相关信息,并给出故障原因和初步处理故障的方案,进而实现海底电缆的实时监控,有益于减少海底电缆故障带来的重大经济损失。     

具有相位补偿的全光纤弱磁场传感仪

本传感仪可用于低频弱磁场或静态场的测量。本系统利用敷置在光纤上的磁致伸缩材料作为敏感元件,把磁场信号转变为光相位信号,然后采用具有相位补偿的全光纤Mach Zehnder干涉仪将相位调制转换为振幅调制;使用零差检测跟踪相位即可得到被测信号。本系统可探测到的最小场为10~(-9)T/m。     

发射车调平油缸结构损伤弱磁探测仿真分析

调平油缸是某型发射车的主要承力部件,利用弱磁探测技术对其应力集中区和结构损伤点的原位识别具有十分重要的意义。本研究首先构建了调平油缸的三维结构模型和磁场环境模型,进行静态受力分析,然后分别开展调平油缸应力集中、应力释放、损伤裂纹深度、腐蚀损伤程度以及损伤类型与弱磁检测信号的ANSYS有限元仿真实验。结果表明,利用弱磁无损探测技术能够有效检测出调平油缸结构中出现的应力集中和结构损伤情况,并可确定缺陷的类型与大小。     

海底管道缺陷在线智能检测机器人

分析了用MFL法检测管道缺陷时缺陷漏磁信号分辨率的特征,设计计算机控制的管道漏磁场分布测试系统检测、分析管道内漏磁场,优化设计用于小管径、厚管壁海底管道(ф273×12.7)缺陷检测的磁铁节,在此基础上设计制造了海底管道缺陷在线智能检测机器人,实验验证了机器人对人工模拟缺陷的检测能力.     

基于地磁场扰动探测的巡航导弹定位系统设计

为了大范围探测、准确识别、精确定位巡航导弹,提出一种基于地磁场扰动探测的巡航导弹识别定位系统。根据毕奥—沙伐尔定律和电磁感应定律,设计了通过磁场扰动反演巡航导弹位置、距离等特征信息的方法,建立了相应的数学模型。通过仿真分析可知,磁场扰动强度主要取决于被测物与磁探测器的距离、被测物的尺寸以及被测物的速度。通过Matlab仿真,分别给出了3个参数与磁场扰动强度的函数关系图。实验采用金属柱等比例模拟巡航导弹飞行穿过恒磁场的物理过程,得到了不同距离、不同速度条件下被测金属柱产生的磁场扰动强度,从而反演被测物的特征信息。实验证明其原理可行,探测范围和精度可以根据具体要求调节。     

超磁致伸缩薄膜/光纤的制备及其磁探测性能

采用磁控溅射工艺在光纤表面制备了厚度均匀的TbDyFe超磁致伸缩薄膜。利用马赫 曾德尔干涉仪对TbDyFe超磁致伸缩薄膜/光纤传感器的磁探测性能进行了实验测试。结果表明:在调制频率f=1kHz附近,传感器对磁场具有最大的信号响应;在恒定直流磁场及调制磁场强度小于1kA/m的条件下,输出信号大小随调制磁场强度线性增加;在35～50kA/m的直流磁场范围内,传感器(对应1m长传感臂)可探测的最小磁场变化Hmin=8.6×10-2A/m,若采用分辨力为10-6rad的干涉仪并增加镀膜光纤的长度和薄膜厚度,则可进一步提高传感器的磁探测灵敏度。     

胶囊内窥镜倾角传感式磁跟踪系统的设计

为了提高胶囊内窥镜的跟踪精度,增强实时性,提出了倾角传感与磁场传感相结合的无线跟踪方法。推导了倾角传感模块在跟踪系统中的角度测量原理,基于坐标旋转和空间磁场理论,建立了倾角传感式磁跟踪数学模型,获得了胶囊方位与磁场信号的数学关系式。根据倾角传感的磁跟踪方案,设计开发了系统样机,包括:磁场发生装置、倾角式无线磁传感模块、无线数据接收装置、数据处理平台。跟踪实验表明,角度跟踪平均误差为4.2°、4.5°,标准偏差为2.2°、2.4°;x分量、y分量、z分量的平均位置误差为0.011 3 m、0.012 1 m、0.010 4 m,标准偏差为0.008 2 m、0.007 5 m、0.006 8 m。倾角传感器的引入减少了励磁源的个数,减小了每轮跟踪的采样数据量和采样时间,简化了非线性方程组的求解,进一步提高了跟踪精度。     

基于PXI总线的海底管线检测系统

浅海海底管线检测系统的研究是“国家863计划”海洋领域820专题的子课题之一。是研究和解决高精度海底管线电缆检测与精确定位技术的高难度技术。通过对虚拟仪器与全新的开放性，模块化仪器总线规范－PXI技术和特点的分析，提出了基于PXI的海底管线检测的虚拟仪器系统集成方案，并对其硬件方案与软件方案进行了设计，同时LabWindows/CVI对该系统进行了编程。     

应用于无屏蔽环境的心磁测量系统研究与设计

设计了一种基于高平衡性二阶梯度仪的9通道心磁图仪并对其进行了系统的性能测试，证明其实现了无需磁屏蔽室即可进行的高精度心脏磁场测量。本系统的探测端由9个以碳纤维复合材料作为基底的探头组成，通过自主定位，可在胸前4个方形区域以1 000 Hz的采样率采集36点的心磁信号，同时软件端对采集到的数据进行处理，得出电流密度矢量图、等磁图等一系列图形。主要基于该系统进行了多方面的性能测试，测得定位精度、磁场-模数转换器采样率传输系数、磁场分辨率等。并且对两名志愿者进行了实际测量，记录其心磁信号并生成等磁图，并根据等磁图进行了心脏健康程度判断，结果与志愿者病史相吻合。     

海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统的设计

基于漏磁检测原理，以高性能数字信号处理器为核心，设计了一种海底输油管道缺陷漏磁检测信号采集与处理系统，具有检测速度快，精度高等特点。介绍了系统的硬件组成和软件流程，高速A／D转换器和DSP、PCI总线的应用。设计的系统能够实现缺陷的定位检测，精度达到了设计要求。     

强磁场下微弱信号检测系统设计

摘要：强磁场环境下微弱信号的检测是利用硬件及软件对极易被噪声淹没的小信号进行提取。为了能在强干扰环境中,完成铝电解槽母线上的小电压信号的获取,从而设计了一套小电压信号检测的系统。系统分为硬件和软件两部分。论文从微小电压信号检测电路的硬件设计,软件设计和实验测试几个方面对检测系统进行介绍。硬件电路包括信号的放大电路,滤波电路。软件设计包括数据转换部分和人机界面编程部分,并通过实验验证系统的精度和实时性。     

煤矿井下动力电缆绝缘在线监测的研究

在分析比较现有动力电缆绝缘监测方法的基础上,针对煤矿井下电缆线路运行的特点,设计出了井下动力电缆绝缘在线监测系统。该系统采用低频信号注入法,即通过电抗器中性点对电缆注入低频信号,使低频信号源、电缆的对地绝缘电阻和大地构成回路。在注入低频电压一定的情况下,通过检测注入低频电流的大小,实现对电缆绝缘情况的在线监测,较好地解决了动力电缆绝缘在线监测可靠性差和灵敏度低的问题。通过模拟试验表明,该方法具有检测误差小、准确性高的特点; 既可对单条电缆绝缘进行监测,又可对多条电缆绝缘进行监测; 不仅可监测主电缆电路,同时还可监测多个分支电缆电路。     

基于嵌入式的电量计量采集系统研究

考虑到目前电量计量采集系统线路布置复杂,针对窃电行为的监测和判断能力弱,本文研究一种基于嵌入式的电量计量采集系统。嵌入式电量计量系统的构成有两部分：高压侧用电信息无线监测装置和低压侧用电信息远程监测装置。高压侧用电信息无线监测装置的工作原理为对高压侧的电路信息进行采集,之后通过发射模块将信息传递至远程监控单元,监测人员可通过监控中心直接对电路信息进行远距离实时读取。低压侧用电信息远程监测装置对各个用电用户的用电信息进行直接识别,而后将识别分析结果输送到监控主站的信息库中。实验结果表明：高压无线检测装置检测到的数据通过换算后得到的用户用电情况曲线却不能和低压侧无线检测装置得到的数据曲线重合,说明该装置能够检测到人为窃电操作,验证了本文研究的嵌入式电量计量采集系统能够实现窃电的精确识别。     

高压带电体温度检测装置

针对传统高压带电体测温方法存在的难以实现电气绝缘、精度低等问题,介绍了一种新型高压带电体温度检测装置的设计方案。该装置采用传统接触式测温方式下的温度传感器采集温度信号,采用可调电流源+感生电源方式实现供电,各感生电源与可调电流源通过高压线连接,不同测温点的感生电源之间没有电气连接,且采用光纤传输温度信号,从而很好地实现了电气绝缘。实验结果表明,该装置的感生电源电压稳定,测温精度高,抗干扰能力强。     

基于GIS的工程测绘机器人自动定位系统设计

根据传统定位系统在传递信息时采用惯性传感器,导致调试结果误差大的问题,设计了基于GIS的工程测绘机器人自动定位系统。根据工程测绘机器人自动定位系统总体结构,将系统分为硬件系统和软件系统两部分。通过s2c2440微处理器向ONPYHON480图像传感器中发送采集图像信号,经过135mm/F2.8全面幅远摄定焦光学镜头将图像信号转换为电子信号,通过直接内存存取系统传送到存储单元之中。设计电源电路为工程测绘机器人自动定位系统提供设备电力供应,避免电源本身所产生杂波对系统产生干扰。选择PDU模式收发短信息,利用GIS技术开发电子地图,实现工程测绘机器人自动定位。调试结果表明,该系统具有定位结果误差小的特点,静态测试点定位误差在3mm以内,动态测试点定位误差在6mm以内,辅助提升系统自动化程度。     

基于联合压缩感知重构的网络通信故障检测系统设计

针对当前故障检测系统检测网络通信故障信号时存在不精准的问题,设计了基于联合压缩感知重构的网络通信故障检测系统。结合联合压缩感知理论,设计系统总体结构。选用光时域反射仪F7高端电信级光缆故障光纤测试仪OTDR作为系统硬件,依据工作原理,判断通信网络传输特性,设置菜单按钮,缩放、等比、还原检测出的波形。采用AD8066型号低噪声放大器,设计电流电压转换电路,在反馈电阻两端并联一个电容以抑制噪声,并利用单色驱动器24-40W激光驱动器为激光电源提供电流,使脉冲信号转换为电信号。在J2SE平台下,设计中心服务功能,通过激光驱动发射正脉冲,使格雷互补码偏置到峰值的一半左右,实现格雷互补码在OTDR中应用,依据系统检测流程,完成网络通信故障检测。系统性能测试结果表明,基于联合压缩感知重构检测系统对网络通信故障信号检测结果较为精准,误差最大为0.3dB,为网络运行维护奠定基础。     

基于ZigBee技术高压开关柜温度在线监测系统研究

为了解决高压开关柜触头温度在线监测的实时通信、远程测控、低功耗和低成本等问题,以荧光式光纤测温传感器为基础,结合ZigBee短距离无线通信及RS485总线网络,设计一种高压开关柜温度在线监测系统。通过温度传感器分节点、ZigBee协调器节点和远程监控主站的软硬件设计,实现了温度数据的实时采集、无线传输和集中控制等功能。实测数据对比分析表明,在线监测系统实测数据的误差和温升变化率均满足高压电气设备温度监测应用需求,系统集成封装功能完备,应用效果好。     

航空多芯电缆检测系统设计

介绍了航空多芯电缆通断测试、耐压绝缘阻值测量和漏电故障检测的原理和方法,并采用凌阳SPCE061A单片机和CPLD系统相结合,设计出一种实现对航空多芯电缆进行准确、高效、便捷测量的系统.该系统可快速对航空多芯电缆进行离线检测,准确测量电缆的通断、耐压绝缘阻值和电缆漏电点距离, 并实时显示测试结果.系统具有操作简单,运行可靠,测试精度高等特点.设计完成后经调试与运行,系统工作效果良好,并能准确实现各项电缆测试.     

轨道交通供电系统电缆故障在线定位技术研究

传统的电力系统中,电缆故障定位技术主要是通过离线定位实现,导致电缆故障定位误报率较高,基于此,设计出新型电缆故障在线定位技术;利用傅里叶变换公式,采集供电系统电压脉冲,并对异常脉冲进行记录;通过异常脉冲分析结果与供电系统导体数据变化,完成电缆故障类别判定;根据电缆故障类别判定结果,采用行波计算法对故障点到电缆端点的距离展开计算,完成电缆故障定位;实验表明,该故障定位技术误报率较低,使用效果好。     

基于低功耗蓝牙的室内定位技术研究

针对室内定位与导航服务的迫切需求,使用iBeacon信标节点,设计了一种基于低功耗蓝牙的室内定位系统.采用接收信号强度模型进行测距,对信号强度进行了滤波处理,用于增强稳定性.室内电磁波衰减模型选择对数常态模型,定位算法采用LANDMARC系统定位算法.研究结果表明:本文的定位方案在15 m×5.4 m的室内环境下,定位误差小于2.5m,具有布设简单、低功耗和绿色环保的特点.