基于STM32和LabVIEW的埋地钢质管道杂散电流检测系统

杂散电流干扰是影响埋地钢质管道安全运行的重要因素。针对现有杂散电流检测设备功能单一,精度不高,配置软件易用性差等问题,设计了一种基于STM32和LabVIEW的埋地钢质管道杂散电流检测系统,能够同时测量多种杂散电流干扰评价指标。该系统由采集系统和上位机两部分组成,采用模块化方式设计采集系统硬件电路,采用LabVIEW软件和MATLAB软件联合编程搭建上位机。实验结果表明,系统测量误差小于0.1%,满足标准要求。该系统具有现场应用推广的可行性。     

埋地长输管道防腐层综合检测技术

通过对电磁电流衰减法、直流电位梯度法、密间距电位测试技术、杂散电流测试仪在埋地长输管道外防腐层检测上的应用研究，并根据山东省埋地长输管线的分布特点，提出了联合检测方法。该项技术可以对管道外防腐层整体状况进行评估、判定破损点处管道腐蚀状况、破损点的定位及面积大小的估算，评价阴极保护效果，确定管道的维修次序。     

埋地金属管线的杂散电流防护方案

采用接触网供电、走行轨回流方式的地铁线路,走行轨无法与道床完全绝缘,导致回流电流通过走行轨泄漏至大地,形成杂散电流。当杂散电流泄漏量超标,会对城市轨道交通系统内外的金属管线产生一定的危害和影响,严重情况下,埋地金属管线腐蚀穿孔,造成漏水或煤气、燃气泄漏。因此,需要加强对杂散电流的防护与监测。现结合工程实际,在地铁常规杂散电流防护方案基础上,提出了两种杂散电流加强防护设计方案,通过详细的分析对比,提出了最优防护方案,为设计、建设部门的地铁线路内外部埋地金属管线的杂散电流防护提供参考。     

交流杂散电流对机场供油管道影响的实验研究

结合电气化铁路系统结构的特点,设计室内外埋地管道受交流杂散电流干扰实验,数据显示:并行长度L等于1.5m是一个管地电位变化的转折点,小于1.5m之前,管道上交流电位增大的速率大,而并行长度大于1.5m之后,电位变化缓慢;管轨并行间距影响杂散电流干扰的强弱,管轨间距越大,则电位越小,反之亦然;与铁路交叉的管道在交叉点处受到干扰最大,且交叉角度越小,干扰的影响越大;管道上交流电位随着杂散电压的增大,电位不断增大。     

城市轨道交通设施杂散电流的防护

针对杂散电流对地铁(或轻轨)设施、附近公用设施管线和其他埋地金属结构物的电化学腐蚀等问题,分析了地铁杂散电流的产生、影响因素及危害,总结了目前地铁(或轻轨)中所采用检测和防治地铁杂散电流腐蚀的主要措施和方法;分别从减少地铁杂散电流泄漏和降低杂散电流腐蚀程度两个方面分析了当今主要杂散电流腐蚀防治和监测方案的利弊;着重介绍了杂散电流腐蚀的防护和排流柜的设计原理及运用。研究结果表明:对地铁(或轻轨)设施的杂散电流防护应遵循"以防为主,以排为辅,防排结合,加强监测"的原则,并通过建立一套杂散电流综合监测与防治系统实现最佳的排流效果,彻底消除杂散电流对轨道交通系统的损害。     

电感强制吸流电路对地铁杂散电流抑制作用的研究

为了抑制地铁杂散电流溢散到大地严重腐蚀埋地的金属管道、线路与钢筋结构带来的危害,分析了一种电感强制吸流电路（以下简称IFACC）,使牵引电流通过增设的回流线流回牵引变电所,以降低钢轨电位,从而达到抑制杂散电流泄漏的目的。在此基础上设计了“钢轨-埋地金属-大地”的三层回流模型和可模拟列车运行工况的牵引负载模型,基于电路数学模型,对杂散电流及IFACC工作原理进行分析,并通过MATLAB对IFACC的功能在地铁牵引供电系统模型中进行验证。研究结果表明：在装有IFACC的牵引供电系统中,相比未加装IFACC的情况,钢轨电流明显减少,使得大部分电流通过回流线进行回流,验证了IFACC具有较好的抑制杂散电流的效果。     

基于COMSOL Multiphysics的杂散电流腐蚀仿真分析

对于埋在地下的钢制输气管道,若不采取适当的防腐措施,或者防腐涂层出现破损,在运行一段时间后,短则几个月,长则几年,都会因为腐蚀穿孔而泄漏。天然气管道泄漏所带来的后果是无可估量的。散流于大地中的电流对管道所产生的腐蚀(称杂散电流腐蚀)是一种由外界因素引起的强度较高的电化学腐蚀,杂散电流时可导致地下金属设施严重腐蚀破坏,其所引起的腐蚀比一般的电化学腐蚀要强烈得多。本文通过COMSOL Multiphysics仿真软件,实现对油气管道杂散电流腐蚀动态的仿真,分析计算出杂散电流在埋地钢制管道防腐涂层破损处的分布规律和强度变化,为检测和防范杂散电流提供理论支撑。     

基于ANFIS的地铁杂散电流腐蚀预警系统

地铁杂散电流腐蚀的影响因素很多,利用测量得到有限的数据进行杂散电流腐蚀分析是比较困难的,因此需要采取可行的方法来预测地铁杂散电流腐蚀。文中通过建立ANFIS模型,进行杂散电流腐蚀危险性等级的预测。通过对广州地铁杂散电流数据的分析预测,结果表明ANFIS预测模型具有很强的适用性,并在此基础上建立预警系统。     

基矛COMSOLMultiphysics的杂散电流腐蚀仿真分析

对于埋在地下的钢制输气管道,若不采取适当的防腐措施,或者防腐涂层出现破损,在运行一段时间后,短则几个月,长则几年,都会因为腐蚀穿孔而泄漏。天然气管道泄漏所带来的后果是无可估量的。散流于大地中的电流对管道所产生的腐蚀（称杂散电流腐蚀）是一种由外界因素引起的强度较高的电化学腐蚀,杂散电流时可导致地下金属设施严重腐蚀破坏,其所引起的腐蚀比一般的电化学腐蚀要强烈得多。本文通过COMSOLMultiphysics仿真软件,实现对油气管道杂散电流腐蚀动态的仿真,分析计算出杂散电流在埋地钢制管道防腐涂层破损处的分布规律和强度变化,为检测和防范杂散电流提供理论支撑。     

漏磁检测剩余磁场对油气管道直流杂散电流腐蚀行为的影响

为探究管体磁化产生的磁场对油气管道直流杂散电流腐蚀行为的影响,采用自行设计试验装置模拟管道真实漏磁场,以恒电位阳极极化、电化学阻抗谱、表面分析技术及失重法研究了库尔勒土壤模拟液中磁化及未磁化的L360管线钢试样在0.5 V恒定阳极极化电位下的极化腐蚀电流、腐蚀失重、腐蚀产物和腐蚀形貌的差异。试验结果表明,磁化管体的磁场使干扰电位强度为0.5 V的直流杂散电流腐蚀速率增加21%,但对腐蚀形貌影响不明显。磁场作用机理分析表明,磁场产生的洛伦兹力驱动反应界面附近腐蚀介质旋转运动,从而增大反应物的扩散速率,减小反应界面铁离子浓度及界面扩散层厚度,从而增大腐蚀速率;磁场梯度力作用下,腐蚀坑内聚集更高浓度的Fe²⁺使腐蚀受到一定程度抑制。磁场使管线钢直流杂散电流腐蚀速率大幅提升,应提高开展过漏磁内检测的油气管道直流杂散电流评价标准。     

固体电介质空间电荷与电流和电位的 同步联合测量系统

为了综合、全面地获取固体电介质的介电响应信息,准确表征固体电介质的介电性能,提出了一种基于“分区同时” 测量策略的空间电荷与电流以及空间电荷与开路电位的同步同时联合测量方案。 该联合测量方案基于现有的电流测量单 元、电位测量单元以及空间电荷测量单元,通过 T 型滤波器和阻交电感对测量单元进行合理组合,保证测量过程中各单元之 间无互相干扰,从而实现电流、开路电位和空间电荷的同步联合测量。 以碳化硅( SiC)掺杂的低密度聚乙烯( LDPE)试样的 电流、电位和空间电荷同步联合测量结果为基础,对测量系统进行了校验。 研究结果表明,电流测量基础噪声在 pA 数量级, 在 1 ~ 10 kV 电压测量效果良好,空间电荷测量精度并未受到影响。 联合测量方案在技术上简单易行,能够实现对固体电介 质的电流、电位和空间电荷同步同时联合测量,同时该联合测量系统具有进一步扩展的空间,为后续多种测量技术的同步联 合应用提供参考与基础。     

基于模糊PID控制的阴极保护恒电位仪设计

由于恒电位仪防腐涂层存在着老化、磨损等问题,常加入阴极保护措施.阴极保护恒电位仪常运用于山地的长距离埋地输油管道的检测,其所处的环境比较复杂,检测效果常受复杂环境因素影响,为克服阴极保护极化的高阶延迟性和不精确性.采用控制精度更高、抗干扰能力更强的模糊PID算法对恒电位仪系统进行设计.主要是通过预存知识库对输入量进行模糊推理,再结合模糊决策生成PID控制参数的调节量,以此实现PID控制器控制参数的自动整定及控制量调节,从而达到控制的目的,有效提升系统的控制精度和可靠性.通过模拟测试验证,模糊PID控制相对于传统PID控制对系统的输出量调控更加稳定.     

埋地管道气密性试验过程温度场的理论模型及试验研究

为得到埋地管道气密性试验过程管道内介质和管外壁温度的关系式,降低管内温度测量不准确对气密性试验结果的影响,建立了埋地管道气密性试验过程温度场的物理模型和数学模型,全面考虑了埋地管道对土壤温度场的水平影响范围,分析了土壤恒温层深度及温度、土壤自然温度场及大气温度突变等对埋地管道温度场的影响,模拟得到了埋地管道气密性试验过程的温度场分布,拟合得到了管内外温度的关系式。根据《城镇燃气输配工程施工及验收规范》对埋地管道进行了气密性试验,对试验得到的温度数据进行了处理,拟合得到了管内外温度的关系式。将试验与模拟得到的管内外温度关系式和实际测得的管内外温度进行了全面比较。研究结果表明,数值模拟的结果准确合理,且试验得到的计算公式具有较高的可靠性与准确性,有利于提高管道气密性试验的准确度。     

基于杂散磁场感知与NBCNN-LSTM-Attention深度回归建模的永磁直线电机气隙磁密测量研究

本文提出一种基于隧道磁阻(TMR)传感器和噪声注入卷积神经网络(NBCNN)、长短期记忆网络(LSTM)、注意力机制动态集成神经网络预测模型(NBCNN-LSTM-Attention)的双边永磁同步直线电机气隙磁密新型非侵入式测量方法。首先，建立直线电机气隙磁场的解析模型和有限元模型作为数据基础，探寻直线电机的外部空间杂散磁场和内部中心气隙磁场存在非线性映射关系。其次，引入TMR传感器测量直线电机外部杂散磁场信号，并对传感器的安装位置进行优化，将内外一维磁密信号进行相似度特征匹配，以获取传感器最优测量位置。然后，将电机外部杂散磁场数据作为输入，内部气隙磁场数据作为输出，建立NBCNN-LSTM-Attention网络的内外磁场高精度映射模型，实现“用外代内”的非侵入式气隙磁密高精密测量。最后，搭建直线电机气隙磁密测量实验平台和高斯计对比测量实验平台，验证了本文所提方法的先进性和优越性。     

基于正面光激励的LAPS控制和测试系统的研究

光寻址电位传感器(LAPS)是一种用于进行生物化学多参数测量的传感器系统.介绍一种采用激励光源正面照射的电化学三电极测量的LAPS控制和测试系统.该系统采用新型的可替换式LAPS芯片和新型的流通池;巧妙地在光输入窗内表面引入网格状Pt薄膜,起着与芯片平行的辅助电极以及耦合阵列光源的光栅作用.实验结果表明正面光照的光电流是背面光照的4倍,文中还讨论了光电流回路阻抗对光电流的影响.     

杂散电容对交流法微电容测量电路噪声特性影响的分析

对电容成像交流法微电容测量电路由杂散电容导致的测量噪声进行了研究.利用运算放大器的噪声模型,对运算放大器输入电压噪声、输人电流噪声以及周边电阻元件的热噪声通过杂散电容作用于交流法微电容测量电路输出的影响进行了理论分析,给出了测量电路输出中噪声峰峰值的理论计算公式并进行了实验验证.理论分析及实验结果表明:交流法微电容测量电路前级运算放大器输入电压噪声通过测量端与地之间的杂散电容形成的噪声是该微电容测量电路输出噪声的主要来源.最后给出了电容成像系统前级运算放大器选型的指导原则.     

埋地管道剥离涂层下氯离子测试传感器研制

在油气输送中,埋于地下的管道通常选用防腐涂层与阴极保护联合来减缓管线钢腐蚀的发展。在埋地管线防护中,涂层能有效地隔离管道与土壤介质,起到很好的防腐效果,工程实际中,90%的金属管道都靠防腐涂层保护。涂层施工过程的质量问题、阴极保护引起的阴极剥离、长期使用后外界环境的影响等,均可能造成涂层与金属管道剥离,使得防腐层与管道金属形成缝隙环境,周围的电解质会沿着这些缝隙渗入到缝隙内,在一定条件下使得剥离涂层下的金属发生严重腐蚀同时加速防腐层的剥离。土壤含离子的类型和数量是影响土壤腐蚀性的重要因素之一,多数试验结果表明在各类离子之中,以氯离子(Cl-)的影响最为重要,氯离子的渗入涂层会破坏金属表面的钝化膜,因此氯离子会对金属机体的腐蚀造成较大影响。本项目拟研制能测试剥离涂层下氯离子含量的传感器一套,为剥离涂层下金属腐蚀行为的研究做好前期准备。     

土壤声学特性的超声导波测量

土壤的声学特性对地埋管道中超声导波传播有重要的影响。在空气和地埋情况下,通过典型波导(细钢杆)的超声导波检测试验的方法来测量土壤声学特性。基于超声波的衰减特性,通过将试验获得的杆中L(0,1)模态导波的衰减曲线,与理论衰减曲线进行比对的方法,得到土壤的声学特性参数—纵波和横波波速。在该土壤声学特性条件下,研究土壤对管道中超声导波传播影响。研究发现,此种土壤介质对管道中超声导波传播有很大影响,在低频处产生了新的轴对称模态：a1和a2。     

星载大气痕量气体差分吸收光谱仪杂散光抑制

考虑杂散光对星载大气痕量气体差分吸收光谱仪测量精度的影响,设计了遮光罩和其他消杂光结构来抑制杂散光,并对杂散光进行了分析。利用TracePro软件分析了系统紫外通道1(240～315nm)的杂散光水平,确定了杂散光传输的一次、二次散射路径。根据杂散光传输路径,计算了杂散光评价指标点源透射比(PST)曲线,结果显示杂散光抑制措施效果明显,PST小于3×10-5,中心视场杂散光照度水平为5.472×10-4,最终杂散光水平达到了设计指标要求。采用截止滤光片法测量了系统的杂散光水平,结果表明:中心视场杂散光比值为8.167×10-4,和仿真结果接近,验证了仿真过程的准确性,说明设计的消杂光机构能够满足抑制系统杂散光的要求。     

基于交流场指纹法的金属管道缝隙腐蚀监测方法

场指纹法(FSM)是一种基于电位阵列的金属管道在线腐蚀监测方法。传统的直流FSM(DCFSM)是在管道中通直流电流激励,通过监测电极间的电压变化推算出管道内部腐蚀。DCFSM在缝隙腐蚀监测方面,侧重于监测缝隙的起始及扩展方向。而在深度检测方面,由于DCFSM每个电极对间仅有一个电压值用于求解腐蚀,因而只能使用经验公式,检测精度低。交流场指纹法(ACFSM)核心是将现有的DCFSM的电流激励换为交流,通过变频获得电极对间多个频率点的电压值;利用多个电压值求解缝隙腐蚀深度,提高缝隙腐蚀深度检测精度。ACFSM依据交流电流在管道内分布满足趋肤效应,不同频率的电流在金属中的渗透深度不同,测量电极间的电压也不同。本文在介绍ACFSM原理基础上,创新地提出了一种依据多频电压值求解FC值随频率的变化曲线,利用曲线导数值来计算管道内缝隙腐蚀深度的方法。理论分析和实验表明,本文提出的方法可以精确地检测缝隙腐蚀的深度,弥补了DCFSM在缝隙腐蚀监测精度上的不足。