投入式水位检测系统在煤田及水文勘探中的应用

由压力传感器、温度传感器、流量传感器、单片机和计算机共同组成投入式水位检测系统。在抽水试验过程中,单片机自动化采集各传感器传输来的数据,并根据压力传感器测得的压力数据运用水静力学基本方程式计算出动态水位;利用超声波流量计和热电偶一体化温度变送器测得瞬时流量和水温的变化情况;测试全过程实现了自动化动态采集试验数据,达到无人值守的目的。投入式水位检测系统克服了以往采取的响钟法等方法的操作繁琐、劳动强度大、测量误差大等缺欠,解决了大降深抽水试验水位监测的难题,使得几个人就可完成群井抽水试验,形成水位、流量和水温变化的数据库。现场应用表明,该系统测量精度高,运行状态良好,有一定的发展前景。     

新的锚固体抗拔力测试系统及应用

针对我国锚固体抗拔力现场检测方法中的不足,借助压力传感器、位移传感器、数据采集盒等电子元件,建立了一个新的抗拔力测试系统。该测试系统首先利用数据采集盒将传感器传递过来的反映压力和变形的电流信号转换为数字信号,再由相关程序对数据进行降噪处理并绘制测试曲线。系统实现了测试过程中数据的自动采集和成图,有助于测试人员及时了解锚固体的受力状况,避免了锚固体张拉破坏。以惠莞高速公路ZK26+231～ZK26+520压力分散型锚索抗拔力检测情况为例,验证了该系统的实用性和可靠性。     

位移、速度双输出传感器的试验研究

位移、速度双输出传感器系用65型速度传感器改制而成,这种传感器能在同一瞬时输出位移、速度两种不同的信号。位移信号通过差动变压器产生,而速度信号通过磁蕊和线圈的相互作用产生。本传感器可用于土中振动位移、速度等参数的测量,它具有高的灵敏度,使用频率范围为2～50赫兹,经现场实测,效果良好。     

DWZY-1型位移智能仪

DWZY—1型位移智能仪是我所的最新研究成果之一。它通过各种相应的传感器,把位移、荷重、压力、振动,应变等物理量转变为数字信号输出。它一机多能,是自动分析、处理、控制、打印、绘图的现代化测试设备。     

光纤布拉格光栅在季节冻土路基应变检测中的应用

介绍了现行光纤布拉格光栅（FBG）测试技术的应用领域、传感原理以及常用的封装方式,探索将FBG用于季节冻土路基这种隐蔽工程应变检测中的适应性。主要工作有：（1）基于FBG测试技术的植入梁方法,在传感器布设方面,根据不同测试对象提出了两种封装布设方式：浅置短距离半柔性探测杆和深置长距离半刚性探测杆两种封装布设方式;（2）针对现场测试需要,对电源、光纤传感器、数据采集及分析等整套现场测试系统进行了比较优选;（3）选择两处季节冻土路基作为埋设场地并开展为期1 a的观测。测试结果表明：FBG在-20～30 ℃的温差范围内保证了很高的存活率,所提出并实现的季节冻土路基应变测试系统具有较高的测试灵敏度和可靠性。该套测试系统为隐蔽工程的物理性质指标测试提供了新的技术手段。     

转矩转速传感器及其在钻机功率测试中的应用

介绍了一种用于钻机功率测试的转矩转速传感器，论述了该类传感器的基本工作原理、标定装置、校验方法以及测试系统的组成等问题。     

基于摩擦纳米发电机的耐高温井下振动传感器研制

过激的振动频率将损坏钻具、影响效率、甚至造成井下事故,因此有必要对井下钻具的振动频率进行实时测量。本文基于摩擦纳米发电机提出了一种耐高温的井下振动传感器,该传感器不仅具有振动测量功能,也具有发电功能。当该传感器测量振动频率时,试验显示其测量范围为0~8 Hz,测量误差<4%,信噪比高,抗干扰能力强,且输出信号幅值与传感器和振动源的距离成反比。当该传感器用于发电时,试验显示振动频率越高其发电量越大,其在8 Hz工况下的输出电压、输出电流和输出功率分别为70 V、12 ×10^-7 A和4.2×10^-5 W,展示出了其作为井下分布式发电机的潜能。此外,该传感器可在温度<180 ℃以及相对湿度<90%的环境下正常使用,具有很强的适应性。     

固态压阻式传感器及其应用

一、传感器概述能把物理量或化学量转换为与之有确定对应关系的电量输出的完整测量系统,称之为传感器。它是由敏感元件、传感元件和测量电路等三部分组成。传感器按用途分,有下述种类:力传感器<含压力、拉力、差压、加速度……)、光传感器、热传感器和磁传感器等等。传感器按其原理可分为。     

离心模型试验中微型土压力盒土压力测定

土压力作为离心模型试验中重要的测试参数,受土压力盒的性能、离心机数据采集系统稳定性及外部环境等诸多因素的影响,准确地测量土压力较为困难。土压力盒作为土压力测试元件,其性能对土压力测量准确性有直接影响。为获得较为准确的土压力测试数据,结合离心机数据采集系统,选择两种常见的电阻应变式土压力盒。通过标定试验得出两种土压力盒砂标系数均小于出厂标定系数,Ⅰ型偏小64.75%,Ⅱ型偏小18.77%,Ⅱ型土压力盒与出厂数据的重合度比Ⅰ型好;在研究墙高10～30 m类扶壁式挡墙侧向土压力分布的离心模型试验中,与Ⅱ型土压力盒相比,Ⅰ型存在按出厂系数测得数据失真、灵敏度低和稳定性差的缺点。标定试验和离心试验结果表明,接入自行组建的数据采集系统的Ⅱ型土压力盒比接入静态应变数据采集系统的Ⅰ型土压力盒性能更佳。     

环境湿度可控的土体小应变刚度试验系统

为研究脱湿过程中饱和度改变对土体小应变刚度的影响规律,自主研制了一套非饱和土小应变刚度试验装置。该装置由3部分构成：相对湿度控制系统、变形测试系统和波速测试系统。相对湿度控制系统可分级提供环境室内相对湿度,通过称重模块记录土样质量变化;变形测试系统利用图像采集结合数字图像处理技术获得土样体变;波速测试系统采用压电陶瓷元件制作的波速传感器,可同时测试土样脱湿过程中压缩波及剪切波波速。试验结果表明：该装置能够分级稳定控制相对湿度环境、间接测量土样体积变化及实时测试弹性波波速,进而研究波速表征的小应变刚度随饱和度的变化规律;土样剪切波速及小应变剪切模量随饱和度的降低逐渐增加,压缩波速及小应变体积模量随饱和度的降低先减小后增加。该装置结构简单,便于操作,为研究非饱和土小应变刚度特性提供了科学有效的测试方法与试验手段。     

立轴式岩心钻机转速检测方法的改进

立轴式岩心钻机是岩心钻探工程中应用最广泛的钻机。对立轴式岩心钻机转速检测方法进行改进,并且研制了以传感器、计数器模块和采集机为核心的钻机转速检测系统。对转速检测系统中的计数器模块进行优化设计,提高了转速测量的准确性。经漠河盆地天然气水合物钻探试验井的应用,系统工作准确可靠,满足使用要求。     

基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统研究

BOTDR是一种新型的分布式光纤传感监测技术,其分布式、高精度、长距离、实时性、远程控制等特点,已逐渐受到工程界的广泛关注。本文结合工程实践中遇到的具体问题,研发了一套基于GIS的大型工程分布式光纤传感监测系统,讨论了系统的设计要求。并结合某隧道BOTDR监测工程实例,开发了一套相应的监测数据管理系统。该系统集工程监测数据的采集与管理、监测结果的可视化、监测信息的对比查询等功能于一体,是一套集智能化分析与决策化管理为一体的多功能管理系统。     

无线传感网络在矿井物探仪器中的应用

针对煤矿井下数据采集采用有线连接方式给勘探工作带来了不便的问题,开发了无线传感网络系统。介绍了节点分类、硬件构成及软件工作流程,并做了系统的自动组网、通讯距离及同步测试试验。试验结果表明,设计的无线传感网络系统可满足设计要求,给井下数据采集带来了方便。      

基于导电塑料传感器的连续测角系统设计

介绍了一种基于双联导电塑料传感器可连续测角的数据采集系统,理论角分辨率可达0.1?。系统主要由低功耗单片机、0功耗串口电路及显示部分组成。单片机控制自带ADC12模块进行数据采集,采集完毕即进入低功耗休眠状态,并可由定时中断唤醒。通过对双联导电塑料传感器进行双通道数据采集及算法设计,不仅避免了传统光电编码器存在体积、质量大,对灰尘,电磁环境等条件要求高的问题,而且解决了传统导电塑料传感器无法实现0?～360?连续测角的难题。该系统具有精度高、功耗低、体积小、扩展性强的特点,在工业控制、智能机器人和状态监测等领域的角位移量测量中有重要的应用价值。     

基于无线传感网的煤层气排采实时监测监控系统设计

针对煤层气排采现场分散、实时通信和生产数据采集困难等问题,提出用无线传感网技术实现对现场数据采集、数据传输、实时监测监控、指令下达、指令执行等管理工作的系统设计。针对无线传感器网络通信易受干扰、通信距离受限、无线传感器节点寿命有限等问题,提出采用我国自主研发的龙芯CPU、C-MAC协议及基于该技术的通用无线传感器节点、无线网关、中继器等产品作为本设计的主选产品,解决无线传感网络应用存在的问题。针对排采现场需采集的数据较多且各异,设计时在叶节点无线传感器中配置串口、并口、USB口等通信接口。在设计后台管理系统时引用冗余技术和概率统计理论算法提高系统可靠性。      

拉线式滑坡地表位移实时监测系统应用实例

拉线式滑坡地表位移实时监测系统是测量地表相对位移的监测仪器,在很多滑坡中已得到实际应用。该系统的特点是将传统的拉线式测量原理与现代通讯技术有机结合,由数据采集系统,数据处理中心和客户端这三大部分组成。当测点发生位移时,所连接的钢丝线将随之移动发生变化,这一信息由角位移传感器记录并转化为相应的电信号,数据采集系统将电信号转换成数字信号,并利用现有的移动通信网络将信号传输到数据处理中心。最后利用编制的软件进行数据分析,给出被测点的位移随时间变化的规律。同时,数据处理中心可以根据现场情况,对现场的数据采集频率进行更改。通过对凉水井滑坡实时监测数据的分析和对比,对该滑坡的危险性等级进行了评估和险情预警,证明该系统不受地理环境、气候等因素的限制,并说明了此种监测方法运用于滑坡实时监测具有很高的实用价值。但是该系统还需要作进一步改进,以克服自身存在的一些缺陷。     

空心包体应力计温度补偿元件的设计及应用

空心包体应力计广泛用于测量地应力,目前采用热敏电阻进行完全温度自补偿。通过对热敏电阻和DS18B20温度传感器进行综合比较和分析,发现采用DS18B20测量工作应变片的温度变化更有优势。设计了一种使用DS18B20作为敏感元件的测温电路系统,采用单片机进行控制,数码管进行显示,经实验室试验校核及在煤矿现场应用,证明了其可靠性和可行性。      

GMM—a gas monitoring module for long-term detection of methane leakage from the seafloor

A new seafloor lander module, the Gas Monitoring Module (GMM), has been developed for continuous and long-term measurements of methane concentration in seawater at the benthic boundary layer, as a result of marine environmental geology and technology synergy. The module is designed to host a series of sensors controlled and managed by a data acquisition and control system able to perform first-level data quality checks. The prototype includes semiconductor methane sensors, an H₂S sensor and a CTD for temperature, salinity, pressure recording, as well as interfaces for additional sensors. The GMM can be linked to submarine cables for real-time data transmission to onshore operators and is suitable for long-term monitoring of natural gas emissions from seafloor or leakages from pipelines and boreholes.     

郑州地下水均衡试验场的改建工程——主要测试设施与数据自动化采集

郑州地下水均衡试验场的改建,是由中国地质环境监测院主持的国家地下水监测工程中地下水均衡试验场的改建项目之一,由河南省环境地质监测院具体负责实施。科学技术的发展,为试验场观测数据采集的自动化奠定了良好基础。试验场数据采集需要自动化的有:3m高主杆气象站测试系统;太阳全辐射、太阳净辐射、太阳直射观测仪,E—601蒸发仪,5TM含水率、温度传感器,自动补水仪,负压测量仪。除后两项外,其他需要数据采集仪器已经市场化。后两项是作者的发明与实用专利。自动补水仪是用来模拟地下水位埋深的设备,它是以传统的马里奥特瓶补水原理为基础,采用控制电路使其可以自动补给因蒸发而消耗的水量,同时还可以记录降水的历时过程。负压测量是利用空气运动黏度约大于水运动黏度的15倍这一特性,即当水刚通过多孔瓷头时,气体不能通过多孔瓷头,据此设计了在包气带中能测定负压的传感器。数据采集则应用了惠斯登电桥平衡的补偿原理。由于控制、供电、采集数据的电缆过多,因此数据自动化采集系统应用了三级采集、逐级集成的方案。     

地铁车站下穿既有线隧道施工中的远程监测系统

为确保北京地铁5号线崇文门站施工期间其上方既有地铁隧道的运营安全,采用远程自动监测系统对既有地铁结构的动态变化进行了实时监控。该监测系统由传感器子系统、数据采集与传输子系统和数据管理子系统构成,可以最大限度地降低监测与运营的相互影响。传感器子系统包括静力水准仪、梁式倾斜仪、位移计和测缝计,分别监测隧道沉降、道床沉降、两走行轨横向高差和水平间距以及结构变形缝的变化;数据采集与传输子系统将采集到的数据以有线方式传输至信息中心;信息中心的数据管理子系统对接收到的数据进行处理,并通过公共网络将监测信息及时反馈给相关单位。该系统在北京地铁5号线崇文门车站下穿环线地铁隧道施工期间对既有地铁结构的变形实施了有效监控,有关单位根据监测系统反映的异常情况及时调整了施工措施,取得了理想的控制效果,保证了施工期间既有地铁线路的安全运营。