基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统设计与开发

为满足从微观尺度研究沉积物孔隙中水合物分布对电阻率响应特性影响的需求,设计开发了基于CT的含水合物沉积物电阻率测量系统,包括天然气水合物实验模拟部分、电阻率测量部分和CT扫描部分,实现了水合物原位生成过程中电阻率和CT扫描图像的同时监测。通过开展甲烷水合物生成实验,验证了系统的可用性。实验结果表明：（1）电阻率随通过CT图像计算的水合物饱和度呈指数规律上升;（2）水合物饱和度为17.13%~30.72%时,阿尔奇公式中饱和度指数在1.57至2.48之间。所开发的测量系统为进一步开展不同环境条件下水合物生成分解实验提供了技术保障,为研究水合物微观分布对电阻率的影响以及优化水合物饱和度计算模型提供了数据支撑。     

基于电阻抗谱特性与集成神经网络的天然气水合物饱和度软测量模型

含天然气水合物饱和度的计算是储层优选和资源量评估的关键参数,针对目前数据解释模型计算精度低以及模型输入参数少等问题,提出了一种基于电阻抗特性参数和集成神经网络的软测量模型建立方法。在对电阻抗谱数据进行预处理、特征参数提取以及选择的基础上形成了样本集,针对四对传感器分别设计了BP神经网络,采用平均法作为集成策略将四个BP网络作为子网络进行集成得到集成网络模型。模型测试结果表明：通过集成网络模型计算得到的含水合物饱和度值平均相对误差3.33%、平均绝对误差0.0014、均方根误差为6.56%,三项误差指标均低于各个子网络的计算误差。在宽频范围内对含水合物沉积物进行电阻抗谱测试能够获得沉积物的频率响应特性以及特性描述参数,可为神经网络模型提供大量的输入参数;利用集成神经网络能够综合应用位于不同测量方位的多个传感器的测量数据,通过采用适合的集成策略能够克服水合物空间分布不均匀对饱和度计算准确度的不利影响。     

基于含水合物多孔介质复电导率的渗透率测试有限元仿真研究

渗透率是影响天然气水合物储层产气效率的关键参数，野外尚缺少实时监测水合物储层渗透率动态变化的技术，实验室内测试渗透率的方法存在成本高、周期长、可靠性低等问题。研究了一种基于复电导率的含水合物沉积物渗透率测试新方法。首先，针对含水合物多孔介质建立了能够计算其渗透率和复电导率的有限元数值模型，然后开展了不同水合物饱和度条件下的仿真实验，获取了0~40%水合物饱和度时多孔介质的流场和电场响应参数，分别探讨了孔隙中水合物及其饱和度变化对复电导率虚部和渗透率的影响规律和机理，最后建立并验证了基于复电导率虚部的含水合物多孔介质渗透率评价模型，为深入研究基于激发极化原理的含水合物沉积层渗透率测试新技术提供了理论和模型基础。     

透地通信系统天线小型化设计与测试

针对现有透地通信系统天线尺寸较大、可移动性差、无法实现双向通信的问题,设计了中心频率为500kHz的中波小型方环天线,并对天线的阻抗特性、匹配性能及通信距离进行了理论分析及测试研究。测试结果表明,天线与信号源之间实现了良好的阻抗匹配,匹配网络效率近似为1;天线工作带宽约为8kHz,天线效率为6.1×10-5,与理论计算结果近似相等;天线具有良好的辐射特性,在输入功率为0.25W时有效传输距离为30m。     

多频多段人体生物电阻抗测量系统

人体生物电阻抗是人体体成分的重要组成部分,在一定程度上反映了人体组织的生理状况。基于此,设计了一套基于八电极的多频多段人体生物电阻抗测量系统。测量系统由单片机系统、正弦交流激励电流源、有效值检测电路等组成,实现了5～500 kHz频率范围的左右上下肢及躯干的5段测量。测试结果表明,测量系统实现了人体生物电阻抗的幅值和相位的高精度测量,幅值相对误差小于0.7%,相位绝对误差小于0.8°。     

基于分段涂层TDR探针的含水合物多孔介质电学参数测量仿真研究

针对海洋沉积物中天然气水合物饱和度评价需求，提出了基于分段涂层TDR探针的沉积物介电常数和电导率同步测量新方法。针对无涂层探针、全涂层探针以及分段涂层探针分别建立了模拟TDR测量响应的有限元数值模型，仿真研究了涂层参数对介电常数和电导率测量性能的影响规律，继而应用于含水合物多孔介质的测量并对误差进行了分析与校正。研究结果表明：探针涂层的厚度和介电常数直接影响采集电压信号的衰减程度，因此需根据被测介质的电学性质对其进行优化设计；在涂层厚度和介电常数已确定的条件下，通过改变涂层间隙长度可以调节探针所适用的电导率测量范围；当测量非均匀介质时，可以通过增加涂层间隙的个数来提高电导率测量的准确度；采用分段涂层探针测量含水合物多孔介质的介电常数和电导率时，需要对涂层引起的误差进行校正。     

基于TDR的多孔介质中含水/水合物饱和度测量方法仿真研究

为了优化设计时域反射技术（TDR）中的探针结构,建立基于TDR响应的含水/水合物测量模型,利用有限元数值模拟方法建立了TDR测量过程数值仿真模型。分别以空气、不同浓度氯化钠溶液以及不同水合物含量的石英砂为被测介质验证了模型的正确性、研究了被测介质电导率和介电常数对反射波形的影响规律。通过改变被测介质的介电常数来模拟含水/水合物饱和度不同的石英砂,随着石英砂中水合物含量的增加,含水量逐渐降低,表观介电常数随之减小,电磁波传播速度随之以非线性形式增加;与理论值相比较,仿真计算所得到的传播速度最大误差处于5%以内。下一步需要在数值模型中的被测区域中填充各相异性材料来更加真实地模拟含水合物沉积物被测介质。     

同时多频生物电阻抗测量系统解调电路的设计

为获得生物体内不同组织、器官同一时间的阻抗值,设计了一套用于同时多频生物电阻抗测量的解调电路系统,系统包括选频模块、模拟乘法器模块等主要硬件电路.将各模块集成,经测试:解调系统工作频率10Hz～1MHz,在500kHz时,系统仍具有80dB的共模抑制比,系统对阻抗模型的测量结果能以不超过1.92％的误差准确反映模型内阻抗实部、虚部的参数信息;实验结果表明:该解调系统共模抑制比高、测量准确度好,满足同时多频生物电阻抗测量系统的要求.     

基于线性度校验的电力系统谐波阻抗估计仿真北大核心

电力系统谐波阻抗随电流幅值变化出现电力波动特性干扰,导致估算精度下降。提出基于线性度校验的电力系统谐波阻抗估计方法。分析电流幅值随时间的正弦波动值、线性波动值与随机波动,获取电力波动特性对谐波阻抗估计的电力波动特性干扰因素,收集谐波阻抗数据,构建系统谐波阻抗估计的极大似然模型,获取谐波阻抗的元复正态线性度变量独立分布采样,计算线性度变量服从几率密度函数值,组建极大似然估计函数,估算谐波阻抗的极大似然模型,得到电力系统的谐波阻抗估计值。仿真结果证明,估算精度与稳定性得到提高。     

输入阻抗谱分析的电力电缆故障自动测距方法

现有的测距方法相对误差大,为此,本文提出了一种输入阻抗谱分析的电力电缆故障自动测距方法。首先,通过测量电缆阻抗谱,诊断电缆运行状态及阻抗幅值频谱极大值附近的过零点相位频谱表征电缆状态,计算电缆阻抗相位谱第一个过零点的频率;其次,单独取样测量每层绝缘介质的介电参数,获取电缆分布电容结果,并在反射波开始前对信号去噪;再次,划分信号时频空间,分解高低频,计算固定阈值,对最优小波包基系数进行软阈值处理,使得故障行波信号去噪后重构;然后,在电缆的一端注入脉冲形成反射脉冲,在不同脉冲之间产生时延,提取信号中的奇异点,将奇异值点带入拟合曲线;最后,计算2个脉冲之间的时间差,代入测距公式得到故障点之间的距离,完成测距。结果表明,实验组相对误差为0%,为6组的最小相对误差,达到了精准测距,提升了测距方法的有效性。     

硅谐振式压力微传感器模型与开环特性测试

基于谐振式硅微结构压力传感器幅、相频率特性的分析,利用北京航空航天大学微传感器实验室研制的谐振式硅微结构传感器开环测试系统的测试实验结果和Matlab实验数据处理与拟和分析计算,建立了微传感器的二阶模型.该模型排除了未知相位延迟的影响,从幅值和相位混合的测试数据中精确计算出谐振频率、品质因数以及相位特性,为闭环测试系统的研制提供了依据.     

三种PZT薄片粘贴状态的导纳理论模型的适用性分析

因粘贴状态PZT薄片的导纳理论模型中结构变量难以量化,通过理论计算与实验对比来评价各模型的适用性较为困难。首先从各模型对结构变量定义的角度对比了三种理论模型的差异,然后通过把相同PZT圆片粘贴到不同材料板上,得到粘贴前后导纳曲线会发生的频移和幅值变化规律,并使用该规律定性地分析了三种理论模型的适用性。结果表明,等效电压模型和机械阻抗模型不能体现粘贴后导纳曲线的一致频移,动刚度模型能较好地体现频移和幅值减小,与实验更加相符。     

一种利用混沌测量低频频率的新方法

非线性Duffing方程在从混沌状态到大周期转变时，表现出良好的等Q共振锁频特性。本文研究了在不同谐振频率下，系统从混沌状态到大周期状态时驱动力信号的幅值及频率条件，指出不同的驱动力幅值，存在着相应的锁频范围。当驱动力幅值大于阈值的余度越大，则相应的锁频范围越宽。进而通过虚拟仪器的实现方式，将被测信号的幅值做不同程度的归一化，利用混沌阵列进行了精密测量频率。实验测试表明，该方法可达到较高的精度，不足之处在于由于计算机要完成不同程度的归一化，同时需要人工判别相图是处于混沌还是大周期状态，所以需要测试时间较长。由此可知该方法特别适合于低频、单次信号的高精度测频。     

振镜扫描系统的特性研究

通过实际测试，求出振镜扫描的幅值与频率和幅值与电流的关系曲线。综合分析了振镜扫描的特性，为振镜扫描器的研制和应用提供依据。     

基于最小均方差的无线通信信道估计算法仿真

无线通信信道中导频噪声过大会影响信道的估计效果，降低通信质量，为此提出导频干扰下无线通信信道估计算法。基于无线通信的信道特性分析结果获取信道中的导频噪声信号，并对其实施噪声滤除处理；依据噪声滤除结果获取无线通信网络的频率冲击响应值，建立导频频域接收信号模型；利用基于最小均方差的信道估计方法对模型求解得出信道频域冲击响应估计值；将计算结果与线性插值方法结合，完成无线通信信道精准估计。实验结果表明，使用上述方法开展信道估计时，误码率较低，信道幅度响应值与实际信道幅值较为接近，说明信道估计效果较好。     

高精度电阻抗断层成像数据采集系统

针对电阻抗断层成像技术对电阻抗信号采集精度的要求,建立了一个高精度的数据采集系统.该系统主要由一个基于数字合成技术的可编程激励电流源和一个基于正交序列数字解调法的边界电压采集模块共同构成.系统可以在1～190 kHz之间编程选择激励电流的频率,并可在0～1.25 mA之间编程设定输出幅度以满足人体测量的安全要求.系统可同时检测出边界电压的幅值和相位信息.工作频率范围内,系统的共模抑制比高于75 dB,相对测量精度优于0.02%.     

配网线路空间分布参数计算方法研究

为了提高配网线路分布参数的计算精度，本文提出一种有效的雷电环境下线路经过非理想大地时的分布参数计算方法。首先针对雷电流的高幅值、高频率特性带来的电晕问题和集肤效应问题，分析了传输线的起晕特性和集肤效应特性，建立了相应的输电线路等效模型；其次针对线路经过非理想大地的问题，本文利用复镜像法对线路的分布参数，包括分布电容和分布阻抗，进行了分析计算；最后为了研究集肤效应对线路分布参数的影响，本文还分析计算了复镜像深度算法下线路电阻和电感随频率的变化关系。文章的分析表明，基于复镜像深度算法的线路分布参数计算方法具有更高的精确性，同时在集肤效应的作用下，随着频率的增加,线路的分布电阻随之增加而分布电感则随之降低。     

光纤声传感器特性的实验研究

光纤传声器是一种由探头和光纤组合成的Y型声传感器,这种传感器在完成声光转换的同时对声频信号进行了滤波处理,可用在强电磁干扰等一些特殊的环境中.本文对研制的实验型光纤声传感器系统的响应特性进行了测试.当固定光源为50 mA,输入信号200 mV的正弦波,频率为1 kHz时,探测到的信号波形与输入信号波形完全吻合;然后,保持输入信号的电压幅值不变,频率从1 kHz开始分别测量传声器的高频响应和低频响应,发现传声器响应特性比较好,但低频响应特性不如高频响应特性理想,分析原因并给出设计更好的实验型光纤传声器的解决办法.     

锁相环环路特性新型分析和优化方法研究

在分析Ⅱ型整数分频锁相环稳定性、锁定时间、相位噪声和参考杂散等特性的基础上,推导了锁相环的最优稳定条件,提出了一种基于环路非线性特性的新型锁定时间模型并推导得出对应的锁定时间公式,分析了锁相环中的相位噪声和杂散与环路特性之间关系。为验证理论分析结果,利用MATLAB软件完成了锁相环建模仿真,设计了基于ICS663和ICS674的Ⅱ型整数分频锁相环电路并完成了相关测试工作。仿真及测试结果均与理论分析相吻合,表明了锁相环锁定时间与初始频率差成正比而与其环路截止频率ωC的平方成反比,杂散噪声贡献与锁相环参考频率ωREF和ωC之比的平方成反比,在压控振荡器噪声贡献占主导的情况下输出相位噪声性能只由ωC决定而与其他环路参数无关。     

MEMS石英振梁高增益谐振电路的设计与分析

介绍了一种基于新型高阻抗QVBA的高增益谐振电路设计和谐振电路的分析测试实验。利用阻抗分析仪4294A测得石英振梁的等效参数,对石英振梁的电气特性进行分析,发现高阻抗石英振梁起振比普通晶振需要更高增益。基于双门振荡电路,利用运算放大器在开环系统中具有无限增益的理论,提高谐振电路的驱动能力。同时采用谐波抑制网络,指出谐波抑制网络可以抑制无用的频率避免传感器输出信号出现泛音频率,并提高谐振电路的稳频速度。考虑电噪声对输出波形质量的影响,在电路的输入部分采用滤波电容,并在电路的输出部分采用反向器整形,使电路输出标准的方波信号。最后利用安捷伦DSO5012A型号示波器和频率计对高增益谐振电路和石英振梁组成的谐振系统进行测试,测试结果表明本文设计的谐振电路与石英振梁组成的谐振系统可以输出标准的方波信号,输出频率精度达到10-5 kHz,在振动稳定以后频率变化小于0.1 Hz,无泛音频率出现,对研究高精度MEMS加速度计传感器具有重要意义。