The Application of Optical Imaging Technology in Large Diameter Borehole in a Project

相对小口径钻孔,对大口径钻孔进行全孔壁光学成像存在困难.为了对大口径钻孔进行全孔壁光学成像,分别设计了干孔和水下两种方案.干孔方案采用数码相机对孔壁进行分幅采集,水下方案采用全景成像系统全孔壁一次成像.分别从方案设计、仪器设备设计及实现等方面阐述了将光学成像技术拓展应用到大口径钻孔中,最终实现了对全孔壁的光学成像.成像效果清晰,满足工程要求,为工程勘察提供了技术支持.     

响洪甸电站进水口水下岩塞爆破掏槽试验研究

水下岩塞爆破是修建地下进水口的快速有效的方法 ,在国外已被广泛应用 .安徽省金寨县响洪甸混合式抽水蓄能电站发电进水口采用岩塞爆破形成发电进水口对该工程是唯一的 ,拟采用排孔爆破方案爆破的该水下岩塞是目前国内最大的岩塞 ,而采用排孔爆破方式爆破大直径的水下岩塞 ,掏槽孔的设计是成败的关键 .因此提出了一种新的掏槽设计方案 ,并通过两组现场掏槽试验验证了设计的正确性 .     

跨孔电阻率CT在防汛墙抛石探测中的应用

抛石范围的探测对于港口建设、防汛墙加固改建、滨江改造等工程都具有重要意义。由于探测对象抛石位于水下,常规的地面探测手段难以实现或取得理想的探测效果。为解决上海市黄浦江沿岸某处水下抛石的探测问题,本文采用了跨孔电阻率CT方法开展探测试验,即通过在水域设置钻孔、并将电极放置入测孔中,充分发挥该方法传输路径简单、信号保真度大的特点。通过现场试验,在六个钻孔内采集了二个断面的视电阻率数据,并采用最小二乘方法对采集数据进行反演成像,获得了探测区域内的电阻率分布。在其它验证钻孔的约束下,对探测区域内的抛石分布范围和埋深进行了合理的解释。探测结果表明,跨孔电阻率CT法可以有效地对防汛墙抛石范围进行探测,可以提供水域内抛石分布范围及顶、底界面等信息。     

采用AMMDFM方法对水下微光图像进行增强处理

论述了水下低照度条件下微光成像过程及其特点．提出像增强器电噪声和光学噪声是导致成像质量恶化的主要原因．设计了一种针对水下微光电视图像增强的新的处理方案。在用帧积分法消除像荧光屏的低通特性、光源电压纹波造成增强器光学噪声的基础上．用提出的多模型数据融合方法（AMMDFM）。达到突出景物边缘、改善图像对比度的目的．     

复消色物镜的波差法光学设计

采用波差法进行复消色物镜的光学设计。以球差与波差、色差与波色差的关系为基础,推导出了波差与结构参数之间的关系方程式。运用得到的方程式来计算初始结构,可以充分发挥用计算机编程处理复杂问题的优势,使复杂的计算问题能够快速解决。针对光学设计中的两大难点之一——复消色大口径长焦距平行光管物镜的设计,利用自行编写的光学设计程序,采用低价的国产玻璃成功地设计出高质量的复消色大口径长焦距平行光管物镜。同理,选取不同的玻璃组合,也能设计出高质量的复消色摄影物镜。最后给出多个设计实例对采用的设计方法进行了验证,结果表明,采用波差法进行复消色物镜的光学设计简单易行,且设计的物镜质量高,成本低。     

基于双波段共口径的弹着点位置检测光学系统设计

针对远距离大范围复杂环境下弹着点目标的探测识别受限问题,设计了一款双波段共口径连续变焦光学系统.选择折射式光学系统,采用共口径、棱镜分光设计方法,可见/长波红外双波段系统共用同一入射窗口,通过棱镜分光,实现可见光与长波红外同时成像.光学系统在0.38～0.76μm波段内实现18～180 mm的10×连续变焦,在8～14...     

一种高稳定性次镜支撑结构的优化设计

空间光学设备通常具有大口径、长焦距等特点,支撑结构的稳定性对成像质量至关重要。以激光通信终端天线系统为对象,设计了次镜支撑结构,并通过有限元分析检验了设计的合理性和结构的稳定性。根据光学设计结果,针对次镜的设计要求,对不同设计方案进行了分析对比,选择了合理的支撑方案;对比并选择了合适的支撑结构材料,并以分析比较为基础设计了具体结构形式;设计了整体支撑结构并进行了整体模态分析和光学面型误差分析。分析结果表明,次镜支撑结构的基频300Hz,温升与重力作用下面形误差RMSλ/200,主次镜之间的角度变化量10",满足设计指标要求。     

基于光学非球面的大尺寸精密检测平台技术

针对光学非球面元件精密面形测量的需要,提出了一种大尺寸精密检测平台的测量与控制技术。通过讨论检测平台离线测量原理,采用高精度直线电机、0.1μm接触式/非接触式测量传感器以及自主开发测量评价软件为核心的软硬件控制方案,完成了大尺寸精密检测平台的设计与搭建,并针对光学非球面元件的测量特点,开发了配套的测量软件,以实现大口径光学非球面元件的面形测量与评价。光学非球面元件的测量实验结果表明:该检测系统可以有效地应用于非球面表面形貌的精密测量。     

水下专用成像物镜的设计

随着水下摄影的广泛运用,对大视场大相对孔径的成像物镜的需求也显得极其迫切,而目前国内外报道的水下成像物镜还不具备此特点。因此本文分析了大视场大相对孔径水下专用水下成像物镜的设计特点,运用ZEMAX软件进行模拟优化,得到了相对孔径为1/1.6,水下全视场72°,焦距8.96mm,光谱响应范围436～656nm,采用平行水密壳窗的水下专用摄影物镜。全视场MTF在空间频率46 lp/mm时高于0.3,在半径为10.8μm的圆内,能量集中度为80%,全视场畸变小于2%。能够满足深水微光摄影物镜对大视场、大相对孔径的需求。     

基于均匀照明的光学器件研究

采用非成像和自由曲面设计方法,对反射器和透镜这两类光学器件进行了二次光学设计和研究,获得了具有均匀圆形照明特性的光学器件.通过编程计算构造出光学器件的几何轮廓,并对光学器件模型进行了模拟仿真,获得了良好的均匀圆形照明光斑.设计出的二类器件其圆形照明面照度均匀性均达到90%以上,适合于对均匀性要求较高的室内照明.该设计为实现大功率LED均匀照明提供了一种有效的设计途径.     

基于孔内立体像对成像的地应力方向测量方法研究

深部岩体地应力的测量对岩土力学与工程地质具有重要的意义。由于传统的地应力测试过程较为复杂,在深孔中更是难以实现,因此,本文提出了一种利用全景立体钻孔成像技术和受力状态下钻孔形态特征来快速、有效、准确地确定地应力方向的测量方法。该方法利用基于双锥镜成像原理的全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁同一位置不同视角的两幅立体像对图像,通过对像对图像构建钻孔孔径形态数值,进而刻画钻孔孔壁的几何形态特征。再根据地应力的作用下圆形钻孔孔壁变成椭圆形孔壁,进而推导并给出了圆形孔壁变成椭圆之后的标准椭圆方程,并建立了椭圆形态参数与地应力方向的关系。据此,再结合全景立体钻孔成像技术获得钻孔孔壁的几何形态（椭圆形孔径）,从而计算出椭圆长轴与坐标轴的方向,进而测得了孔内的地应力方向。最后利用标准模型进行模拟测试,结果表明该方法测量的钻孔几何形态方向与实际的应力方向保持一致,验证了该方法的正确性和可靠性。该方法应用了最新的钻孔成像技术,在不依赖于岩体物性参数的前提下,实现了基于钻孔形态的地应力方向的直接获取,为深部岩体地应力的测量提供了一种新的途径和测试方法。     

Experimental and measured research on three-dimensional deformation law of gas drainage borehole in coal seam

Using self-researched gas drainage borehole stability dynamic monitoring device, three-dimensional deformation characteristics of borehole under steady vertical load were researched experimentally and systematically. This research indicated that under the action of steady loading, the mechanical deformation path of the simulated gas drainage borehole is gradually complicated, and the decay of the borehole circumferential strain is an important characterization of the prediction and early warning of borehole instability and collapse. The horizontal position of borehole occurs compressive strain, and the vertical of which occurs tensile strain under the action of vertical stress. At the initial stage of loading, the vertical strain is more sensitive than that in the horizontal direction. After a certain period of time, the horizontal strain is gradually higher than the vertical one, and the intersection of the borehole horizontal diameter and the hole wall is the stress concentration point. With the increase of the depth of hole, the strain shows a gradual decay trend as a whole, and the vertical strain decays more observably, but there is no absolute position correlation between the amount of strain decay and the increase in borehole depth,and the area within 1.5 times the orifice size is the borehole stress concentration zone.     

粘纤用喷丝板堵孔状态自动检测系统

提出了一种粘纤用喷丝板堵孔状态自动检测系统。系统由平行光透射照明喷丝板,经光学系统放大成像至CCD,通过数据采集卡被计算机采集。采用可变步长拉普拉斯聚焦评价函数实现系统的自动聚焦;利用光强调节方法,实现光强的自动选择,最大程度消除了由于衍射所产生的测量误差;利用自主研发的图像处理软件,判断图像上的喷丝孔的形态,对未堵塞喷丝孔测量其直径,对堵塞的喷丝孔求其堵塞面积比,给出判别结果。整个喷丝板检测时间小于10s,系统检测精度高于2μm。适用于化纤企业粘纤用喷丝板堵孔状态的检测。     

声学钻孔电视及在地下建筑物选址调查中的应用

声学钻孔电视(BHTV),又称超声波成像测井,是一种能获得钻孔孔壁定性图像的地球物理测井方法,可以直接对钻孔进行岩性观察。该方法具有测试速度快、精度与分辨率高、成果形象、直观可靠、数据处理和分析过程相对较简单等众多优点,在某些情况下可以代替钻孔取芯。在地下建筑物选址调查项目中,中深部岩体的结构面特征参数是场址性能评价的基础数据之一,采用声学钻孔电视测试,并借助相关专业软件,可以获得中深部岩体的结构面(包括节理裂隙和断裂构造)特征和分布规律。实践证明,声学钻孔电视是一种精细评价岩体结构面特征的有效手段。     

大口径瓦斯抽排钻孔套管稳定性分析

为了研究大口径抽排钻孔套管的稳定性,在总结套管抗挤强度计算方法的基础上,分析了地层流体压力、固管质量、表土层沉降、爆破震动及巷道开挖引起的围岩次生应力等因素对大口径瓦斯抽排钻孔套管的稳定性的影响。结果表明：表土层沉降产生的负摩阻力增加了套管轴向应力,进而减小了套管的抗挤强度;爆破震动产生的应力波的衰减特性与套管距炮心的距离有关,当套管处的径向应力峰值大于套管的动抗挤强度时,套管发生失稳;巷道开挖产生的围岩次生径向应力值一般小于原岩径向应力值,对套管稳定性的影响较小。     

Short-working-distance optical imaging system and method for surface detection of underwater structures

In the surface imaging of underwater structures, long working distance will reduce image quality due to the turbidity of water. To acquire high definition and large field of view (FOV) images for surface detection, a short-working-distance underwater imaging system is proposed based on camera array. A multi-view calibration and rectification method is developed. A look-up table (LUT) method and a multi-resolution spline (MRS) method are applied to stitch array images real-time and seamlessly. Experiments both in the air and in the water are conducted. Strength and weakness of the LUT and MRS methods are discussed. Based on the results, the effectiveness in surface detection of underwater structures is verified.     

Analysis on the multi-phase flow characterization in cross-measure borehole during coal hydraulic slotting

Hydraulic slotting in a gas drainage borehole is an effective method of enhancing gas drainage performance. However, it frequently occurs that a large amount of slotting products(mainly the coal slurry and gas) intensely spurt out of the borehole during the slotting, which adversely affects the slotting efficiency. Despite extensive previous investigations on the mechanism and prevention-device design of the spurt during ordinary borehole drilling, a very few studies has focused on the spurt in the slotting process. The slotting spurt is mainly caused by two reasons: the coal and gas outburst in the borehole and the borehole deslagging blockage. This paper focuses on the second reason, and investigates the hydraulic deslagging flow patterns in the annular space between the drill pipe and borehole wall.Results show that there are six deslagging flow patterns when the drill pipe is still: pure slurry flow, pure gas flow, bubble flow, intermittent flow, layering flow and annular flow. When the drill pipe rotates, each of those six flow patterns changes due to the Taylor vortex effect. Outcomes of this study could help to better understand the slotting-spurt mechanism and provide guidance on the anti-spurt strategies through eliminating the borehole deslagging blockage.     

光学拼接系统中基于模板的图像配准

为了扩大成像系统的视场,设计了一套视场拼接系统。系统中,整个像面被分割成4部分,并分别由4个图像传感器接收,将4幅图像拼接可以获得完整的图像。将基于特征点的图像配准算法应用到光学拼接系统中,实现4幅图像的配准。由于4幅图像边缘有较严重的渐晕现象,为了提高图像配准的稳定性,提出了基于模板匹配的配准算法。将模板法和直接配准法的结果进行了对比,实验表明,模板法能够给出稳定的配准结果,从而能够保证配准的精度。     

微细阵列孔的铸造法制备及表征

为了获得大深径比的微细阵列孔,以铝作为基体金属并采用铸造法制备了微细阵列孔.根据预期阵列孔的结构,编排并固定预制体的孔芯.将预制体放置在自制金属型中进行浇注,使熔融金属铝液围绕于预制体的孔芯,待铝液凝固后抽出孔芯得到微细阵列孔.利用激光共聚焦显微镜测量微细阵列孔的孔壁粗糙度,并计算微细阵列孔的形状因子.结果表明,由铸造法制备的微细阵列孔的分布十分规律密集,孔径大小基本一致.微细阵列孔的形状非常趋近于圆形,孔壁十分光滑,且深径比很大.     

快测平台SDZ5000在水平井中的应用

在大斜度和水平井环境中,由于复杂井眼结构,超深、超长裸眼井测井受到遇阻、遇卡的影响,测井时间长,仪器故障多。针对这些情况推广了快测平台仪测井工艺,应用快速测井平台测井方法和钻输测井施工优化设计,从多方面对快测平台测井工艺进行完善,使新技术在完成水平井、大位移定向井等复杂结构井测井中发挥作用。文中根据不同类型不同井身结构复杂井况情况,应用合理的钻输测井工艺,采用设计的施工方法,对下井仪器进行组合优化和加装辅助工具,保证测井安全又提高测井效率,解决了大斜度、超深井遇阻遇卡等复杂结构特殊井的测井任务。