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钻井现场硫化氢气体监测系统设计

仪器仪表与分析监测 2024年第2期 11-14页

作者：王心月孙士平张奕震李涛长江大学电子信息与电气工程学院湖北荆州434023 湖北师范大学电气工程与自动化学院湖北黄石435002

针对油田钻井开采过程中经常产生硫化氢气体的情况,设计了一套硫化氢气体监测系统,实现了对钻井现场硫化氢气体浓度的在线监测及数据的远程传输。本监测系统以STM32单片机为核心,使用半导体式可燃气体传感器,利用ESP8266无线通信模块,通... 详细信息

针对油田钻井开采过程中经常产生硫化氢气体的情况,设计了一套硫化氢气体监测系统,实现了对钻井现场硫化氢气体浓度的在线监测及数据的远程传输。本监测系统以STM32单片机为核心,使用半导体式可燃气体传感器,利用ESP8266无线通信模块,通过MQTT协议实现现场监测系统与管理端云平台的数据交互,达到数据远程传输和远程管理的目的。实验表明,该系统可以实现硫化氢气体浓度的远程实时监测、定期自检等功能,能够及时发现并解决问题,显著增强油田工作现场的安全性,具有较好的市场推广价值。

关键词： STM32单片机气体传感器多点监测无线通信

基于TDLAS甲烷气体浓度多点监测系统设计

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基于TDLAS甲烷气体浓度多点监测系统设计

作者：秦灿珂西安工业大学

学位级别：硕士

甲烷作为常见的清洁能源被广泛用于生产生活中,在使用过程中对甲烷气体浓度监测可以避免因气体泄露带来的危害。可调谐半导体激光器吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy简称TDLAS）,是指利用气体会对特有波长激... 详细信息

甲烷作为常见的清洁能源被广泛用于生产生活中,在使用过程中对甲烷气体浓度监测可以避免因气体泄露带来的危害。可调谐半导体激光器吸收光谱技术（Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy简称TDLAS）,是指利用气体会对特有波长激光选择吸收的特点,通过检测气体吸收前后光强的变化可实时反演得到待测气体的浓度、温度和压强等所需测量数据的技术。基于TDLAS技术检测气体浓度具有高灵敏度、响应速度快、非接触和不易被其它气体干扰等优点。基于TDLAS直接吸收法技术理论研究,自主设计甲烷气体检测装置,并利用所设计气体检测传感器,搭建多点监测甲烷气体浓度平台,其主要内容如下:分析气体分子吸收理论的基本原理,根据比尔-朗伯定律确定气体吸收系统整体结构。利用MATLAB中Simulink仿真平台,对TDLAS直接吸收法检测甲烷气体浓度进行了仿真建模,对采用不同吸收线型函数的检测系统进行仿真分析比较。进行甲烷检测装置设计及制作,设计了由信号发生电路、激光器、气体吸收池、光电探测器等主要部分组成的监测装置结构,最后利用标准浓度的甲烷对检测装置进行标定和实验验证。基于TDLAS技术的甲烷监测传感器获取节点的浓度数据,并以Zig Bee技术作为无线通信手段构建多点监测网络,利用C++编写软件通过上位机来监测甲烷浓度。进行了Zig Bee的通信测试,测试设备报警功能,验证系统的功能可行性。结果表明,基于TDLAS甲烷气体浓度检测系统采用洛伦兹线型的气体吸收率高于采用高斯线型和福格特线型的检测系统。在相同浓度下,前者气体吸收率比后两种吸收线型系统分别高出了10.77%和10.32%,设计的气体检测装置检测误差在7%以内。多点检测网络运行正常,满足甲烷气体浓度多点监测的需求,对TDLAS检测气体浓度的应用奠定了基础。

关键词： TDLAS 气体浓度吸收函数多点监测无线通信

采用ZigBee PRO无线网络技术的导线舞动多点监测系统设计

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高电压技术 2011年第8期37卷 1967-1974页

作者：周湶杨柱石陈伟根李剑马小敏重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室重庆400030

为实时监测输电导线的舞动状态,在ZigBee Pro Feature set(ZigBee PRO)无线通信技术的基础上提出了导线舞动多点监测系统的设计思想。分析了ZigBee PRO技术在导线舞动监测应用中所需要解决的关键问题,该系统采用分布式测量系统构架,对... 详细信息

为实时监测输电导线的舞动状态,在ZigBee Pro Feature set(ZigBee PRO)无线通信技术的基础上提出了导线舞动多点监测系统的设计思想。分析了ZigBee PRO技术在导线舞动监测应用中所需要解决的关键问题,该系统采用分布式测量系统构架,对系统中用于构建无线网络的协调器节点和用于监测舞动的传感器子节点在硬件和软件方面进行了分析与设计,利用三轴加速度传感器实现了对导线舞动轨迹的多点同步监测,为导线张力变化的计算打下了基础。在实验室环境下,针对加速度数据采集精度和通信质量等方面进行了实验,实验结果表明,设计开发的系统软硬件运行正常,组网和传输性能良好,能够满足实时导线舞动监测应用的基本要求。

关键词：输电线路无线传感器网络 ZigBee PRO技术舞动多点监测三轴加速度传感器时间同步

二甲苯装置吸附塔底封头焊缝缺陷现场修复技术

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金属加工（热加工） 2024年第5期 30-37页

作者：朱宁韩冰汪加将王玥瑶中石化南京化工机械有限公司江苏南京210048 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司黑龙江哈尔滨150028

焊接技术广泛应用于承压特种关键部件的连接与制作,掌握无损检测与修复技术对保障核电、水电、化工及机械等关键设备运行安全具有重要意义。对二甲苯装置吸附塔底封头焊接材料WSTE36进行特性归类、焊接环境和修复难点分析,采用TOFD技术... 详细信息

焊接技术广泛应用于承压特种关键部件的连接与制作,掌握无损检测与修复技术对保障核电、水电、化工及机械等关键设备运行安全具有重要意义。对二甲苯装置吸附塔底封头焊接材料WSTE36进行特性归类、焊接环境和修复难点分析,采用TOFD技术对二甲苯装置吸附塔底封头焊缝缺陷进行检测,确定缺陷大小和位置,根据缺陷类别制定合理修复方案,通过碳弧气刨等手段进行缺陷消除与设备修复。为避免增加返修次数,可多次进行缺陷检测,精准定位缺陷位置。在采用碳弧气刨消除缺陷时,应控制角度与进程,前期采用大进程刨削,后期改用角磨机小进程打磨。在热处理过程中,实施多点布温,实时监测温度,避免温度过高对吸附剂产生不良影响,从而影响设备后续使用。修复完成后,采用TOFD技术对设备再次进行缺陷检测,直到设备修复完好。二甲苯装置吸附塔底封头焊缝缺陷现场修复工艺的应用与总结,为相似设备的焊接缺陷检测与修复提供了经验与参考,为保障核电化工、重要机械等领域关键承压设备运行安全奠定了基础。

关键词： WSTE36 TOFD 吸附剂多点监测

多点监测自适应网内数据融合技术的研究及应用

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多点监测自适应网内数据融合技术的研究及应用

作者：温冬伟南京理工大学

学位级别：硕士

多点监测无线传感网络中,由于节点能量有限和数目众多的特点导致网络的寿命受到限制。网络中数据包的无线收发消耗了节点的大部分能量,在无线传感网络内部的传感数据汇集过程中进行数据融合（网内数据融合）可以降低网络中数据传输量、... 详细信息

多点监测无线传感网络中,由于节点能量有限和数目众多的特点导致网络的寿命受到限制。网络中数据包的无线收发消耗了节点的大部分能量,在无线传感网络内部的传感数据汇集过程中进行数据融合（网内数据融合）可以降低网络中数据传输量、降低网络整体功耗和提高网络寿命,但它又会带来额外的数据包延迟和监测精确度降低的副作用。本文详述了无线传感网络体系结构及其协议标准,讨论了网内数据融合技术及其在多点监测系统中的应用,对数据融合技术、聚类分析思想和模糊集合理论进行了分析,针对经典模糊聚类算法步骤,给出一种改进的聚类中心初始化方法,通过算法仿真和对比分析证明其改进效果,并将改进的模糊聚类算法应用于数据融合中,设计了分层的网内数据融合结构和自适应参数调整的融合模型。融合模型应用在无线多点监测系统中,随监测目标的变化自适应地调整网内融合的各参数,从而使监测的精确度自适应于监测目标的状态,系统在监测目标时降低数据的传输量、在监测目标异常时及时调整提高监测精确度,在大幅度降低网络整体功耗的同时又最大程度地减少因融合而产生的监测精度损失,使得监测系统能够及时准确的捕获每一次异常的发生,尤其适用于预警监测应用。论文最后通过分析煤矿自燃过程、自燃释放气体的浓度推测自燃状态的方法,针对煤矿自燃监测系统详细描述了模型的应用原型,设计了系统结构、各节点软件工作流程。

关键词：网内数据融合无线传感网络多点监测模糊c均值聚类煤矿自燃

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统设计

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数学的实践与认识 2013年第2期43卷 114-119页

作者：黄晓辉秦建敏王丽娟张瑞锋任杰林太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024 黄河水利委员会宁蒙水文水资源局内蒙古包头014030

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬... 详细信息

针对黄河河道冰情的多点监测问题,提出了一种基于ZigBee技术的河道冰层厚度多点监测系统的设计方案,简要介绍了ZigBee技术的主要特点,冰层厚度传感器结构与检测原理,提出了基于ZigBee的黄河河道冰情多点监测系统结构,讨论了监测系统硬件与软件的设计思路,利用系统可以实现黄河河道局部区域内多点冰情远程无人连续自动监测.

关键词：多点监测冰层厚度 ZigBee 自动监测

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可多点监测的岩心渗透率测试仪设计

石油机械 2009年第6期37卷 39-41页

作者：蔡昌新长江大学电子信息学院

截取法测量岩心时,人为对岩心造成了损害,测试的数据不可靠。为此,根据API的试验流程和要求,通过模拟井下高温高压条件,基于达西定律和单向渗流场理论,设计了岩心渗透率数据采集及控制系统。它能在不破坏岩心原有性质的情况下,沿岩心径... 详细信息

截取法测量岩心时,人为对岩心造成了损害,测试的数据不可靠。为此,根据API的试验流程和要求,通过模拟井下高温高压条件,基于达西定律和单向渗流场理论,设计了岩心渗透率数据采集及控制系统。它能在不破坏岩心原有性质的情况下,沿岩心径向建立多个测压点,可以直接测出岩心受各种入井流体侵入的深度和程度。其岩心夹持系统主要由外筒、内筒、压盖、加热及控温系统、加压系统等组成,能对多个压力传感器同时进行标定、跟踪,测压精度达0.005 MPa。该成果广泛应用于钻井、完井、堵水、酸化等方面的科研和生产施工中,经济效益和社会效益明显。

关键词：岩心夹持器渗透率多点监测达西定律

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LNG泄漏多点监测定位系统的设计与研究

LNG泄漏多点监测定位系统的设计与研究

作者：罗鹏举武汉理工大学

学位级别：硕士

在环境污染日益严重的情况下,内河航运提出了节能减排、绿色航运的新方向。由于LNG(Liquefied Natural Gas)具有排放清洁、能源利用率高、航运成本低等优点,因此LNG在内河航运中的使用得到了大力推广,而LNG本身具有的危险特性对水上LNG... 详细信息

在环境污染日益严重的情况下,内河航运提出了节能减排、绿色航运的新方向。由于LNG(Liquefied Natural Gas)具有排放清洁、能源利用率高、航运成本低等优点,因此LNG在内河航运中的使用得到了大力推广,而LNG本身具有的危险特性对水上LNG加气站在使用过程中的安全性提出了很严格的要求,本文针对LNG的安全性设计了LNG泄漏监控系统,对LNG的各种状态信息进行实时监控,为了提高监控系统的性能和效率,并定位发生泄漏后泄漏点的位置,本文做了如下的研究:根据监控系统的硬件需求,选择合适的传感器和主控制芯片,设计电源模块、数据采集模块、数据传输模块等相关模块的电路。考虑数据处理能力,主控制芯片采用了STM32系列的STM32F103ZET6,为了提高检测灵敏度,采用光纤光栅温度传感器和光纤浓度传感器。软件方面,采用C#语言开发设计了软件监控界面,需要对采集的数据进行解析并通过通讯协议上传到界面上实时显示,最后将系统的软硬件部分集成整个监控平台。根据多点监测模型理论建立本系统的多点监测模型,为满足系统模型的各性能指标要求,使用LINGO软件对模型进行求解,然后采用主成分分析对模型进行优化,得到传感器的最优布局模型。由建立的LNG瞬时泄漏扩散模型,仿真得到横风向的浓度分布曲线;利用Safer trace仿真的数据分析下风向的浓度分布曲线,通过高斯曲线拟合得到任意位置处的浓度分布曲线及计算公式,最后由最优的传感器布局模型和任意位置的浓度计算公式,验证并确定泄漏点的位置。通过以上对LNG泄漏监控系统的设计和多点监测模型及LNG泄漏扩散模型的研究,即可定位到发生泄漏的泄漏点的位置,对LNG泄漏事故的预防和应急救援具有一定的指导意义。

关键词：瞬时泄漏监控系统多点监测主成分分析

基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统的设计与应用研究

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基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统的设计与应用研究

作者：黄晓辉太原理工大学

学位级别：硕士

本课题是在水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院项目：“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验”、水利部2012年公益性行业科研专项经费项目：“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验(课题编号：201201080)”以及国家自然科学基金项... 详细信息

本课题是在水利部黄河水利委员会黄河水利科学研究院项目：“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验”、水利部2012年公益性行业科研专项经费项目：“黄河冰情自动监测系统研发与现场试验(课题编号：201201080)”以及国家自然科学基金项目：“基于空气、冰与水物理特性差异的冰层生消过程与力学强度连续在线检测原理研究(课题编号：51279122)”资助下完成的一项黄河河道冰情检测技术应用研究。黄河冰凌灾害一直以来都给沿岸人民和国家造成难以估计的损失,因此,探索出一种有效的冰凌灾害预警系统,对我国防灾减灾以及社会可持续发展都具有一定的意义。从2009年开始,论文作者所在课题组采用基于空气、冰与水物理特性差异冰情检测方法在内蒙黄河河道开展冬季冰情定点连续监测工程试验,在单测点冰情连续监测的研究中取得重要突破,获取了监测点的河道冰层生消变化过程数据。但是,由于以往检测系统采用的是单点冰情检测,获得的数据不能全面反映整个河道监测断面或相邻流域的冰情变化,难以满足工程运用的实际需求。针对单点冰情检测暴露出的不足,本论文提出了将ZigBee无线传感器网络技术引入到黄河河道的冰情检测中,并融合了单片机技术、GPRS移动通信技术、计算机技术等多种信息技术,完成了基于ZigBee技术的黄河河道冰情多点监测系统的设计与应用研究,实现对黄河河道选定断面进行多监测点自动连续冰情检测,为黄河冰凌灾害的监测和预报提供更全面、可靠的冰情数据。为实现上述技术方案,论文主要涉及到以下五个方面的研究内容： 1.查阅大量的中英文文献,分析总结国内外常用冰情检测方法的应用特点和不足,采用“基于空气、冰与水物理特性差异”的新型冰情检测方法,并在该基础上引入ZigBee无线传感器网络技术,以实现对黄河河道选定断面进行多监测点的自动连续冰情检测和数据的网络化管理功能;2.针对系统涉及到的两个关键技术,分别对R-T冰层厚度检测传感器的检测原理和ZigBee技术进行了理论研究,并通过对几种常见的短距离无线通信技术的特点进行比较,选择了ZigBee无线通信技术组建现场无线局域网络的设计方案;3.根据实际工程应用的特点和需求,改进R-T冰层厚度检测传感器的控制电路与结构,并完成黄河河道冰情多点监测系统的硬件电路设计和软件程序的编写任务;4.基于厦门四信公司的无线数传终端F8114和F8914,完成了系统ZigBee无线网络的组建和GPRS无线远程数据传输;5.考虑到现场的特殊地理环境及恶劣的工作条件,设计系统控制电路的保温措施以及系统的安装方式,并于2013.1.02将系统安装于内蒙古头道拐水文站附近的黄河河道进行为期两个月的现场试验。试验过程表明,新研制的黄河河道冰情多点监测系统可实现对黄河河道选定断面进行多监测点自动连续冰情检测,基本完成了预定的设计目标和任务。通过现场试验,对应用过程中存在的不足和问题,提出了改进和完善的建议,为下一步工作积累了丰富的技术经验。

关键词：黄河河道冰情多点监测 ZigBee