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关键词： 热电偶   温度测量   能源行业   技术改进   应用分析  

摘要： 热电偶作为一种传统的温度测量工具，因其快速响应和高度灵活性被广泛应用于各种复杂和极端的环境中，在能源行业中占有重要地位。本研究针对热电偶的材料、设计及数据处理技术进行了一系列创新性改进，提高了其在极端环境下的测量准确性和可靠性。通过实验验证，改进后的热电偶显示了优越的性能，可以为能源行业的温度监控和安全运行提供有效支持。

关键词： NBI束偏转器   光纤光栅   偏转磁体护板温度监测   偏转极板应变监测   温度应变动态补偿  

摘要： 核能是我国优化能源结构、保障能源安全、实现“双碳”目标的重要力量。核聚变能凭借资源丰富、环境友好、固有安全性高等优点,是目前认识到的、可以最终解决全球能源问题的重要途径之一。中性束注入(Neutral Beam Injection,NBI)系统作为可控核聚变研究的重要组成部分,可将高能量带电粒子从束流中偏转,实现束流中性化,及时准确地获取束偏转器部件的温度、应变情况,对于束流中性化效果诊断、部件安全监测具有重要的意义。目前现役热电偶、电阻应变片等传感器易受电磁场干扰,导致所采集信号失真,从而发生误报。红外热成像法需开设额外观察通道,占据空间大。针对以上问题,本文主要研究内容如下: (1)针对偏转磁体护板对于温度监测系统快速响应、结果可靠的实际需求,制作了光纤温度传感器。通过热响应原理和有限元分析研究了影响传感器响应时间的参数,设计制作了温度传感器样机并测试了传感器的温度特性和动态响应性能。结果表明,在-25℃至250℃中,传感器测量精度优于0.6%F.S,响应时间0.85s,动态性能优于热电偶传感器。 (2)采用多项式拟合的方式,研发了光纤应变传感器。通过应变传递原理和有限元分析研究了传感器应力集中点,设计了有温度补偿的基片式封装结构,对比分析后选择了可伐合金作为基片材料,封装制作了应变传感器样机并进行了性能测试。结果表明,在-1000με～5000με的加载区间内,线性拟合度为0.999,迟滞误差0.5%F.S,可在100℃的高μ温环境下长期工作。 (3)搭建了偏转磁体护板温度传感器和电偏转器极板应变传感器模拟测试平台。探究了偏转磁体护板温度变化时传感器的温度响应情况,利用应变传感器研究了电偏转器极板在复杂热流环境下结构变形的内在规律。结果表明,光纤温度传感器与封装的热电偶温度响应曲线大体一致,光纤温度传感器对温度变化更加敏感,响应速度更快。光纤应变传感器监测的极板应变变化趋势与理论推导结果相同。当水流速不变时,随着极板局部热应力增加,应变增大;当极板局部热应力不变时,随着水流速提高,极板应变减小。 本文针对束偏转器部件温度和应变监测需求,采用光纤光栅传感技术研发了抗电磁干扰、体积小巧的光纤温度传感器和光纤应变传感器,实时掌握束偏转器部件运行状态,提升中性束注入系统状态监测的稳定性和可靠性,具有广阔的应用前景。

关键词： 光纤法珀压力传感   人体肾盂内压监测   腔长匹配解调   包络拟合寻峰   蠕动泵反馈控制  

摘要： 近年来,随着人工智能与互联网技术的日新月异,新兴传感技术层出不穷,其在生物医疗监测领域也取得了长足进步。光纤传感技术凭借其独特优势,尤为引人注目,不仅在通信领域展现出卓越的性能,更在医疗人体内压监测领域成为研究的焦点。光纤传感技术由于其传输速度快、抗干扰能力强、产品体积小,成为最具发展潜力的技术之一。 本课题针对结石手术中肾盂内压难以测量与控制,导致各种人体损害的问题,研究并实现了一种基于非扫描式腔长匹配的光纤法珀压力测控系统,在保持系统高精度、强稳定性的同时,实现肾盂内压的精确监测与反馈控制,主要的工作内容和最终结果如下: (1)深入探究当前国内外光纤法珀传感器制作工艺与解调技术的现状后,着重分析了光纤法珀压力传感与解调的原理,并通过薄膜式光纤法珀压力传感器的数学模型进一步分析干涉光强与不同影响因素的关系,包括传感器腔长、材料反射率/透射率、光源波长、光楔倾角与厚度等,最后通过对比三种腔长匹配结构,确定本研究的解调方案为非扫描式腔长匹配解调,并搭配蠕动泵系统作为反馈控制。 (2)通过对比和分析不同人体组织内压参照表,根据需求确定了本测量系统的关键参数指标与整体设计方案。在此基础上,对核心器件进行了仿真分析,包括干涉条纹仿真、一字划线整形系统仿真,对空气光楔、双折射晶体建立数学模型分析,确定了双折射晶体加偏振片的方案,同时根据仿真的光路设计了两种不同的解调壳体,方便后续实验对比,以确保系统设计的科学性和有效性。 (3)搭建传感系统、解调系统与反馈控制系统,并针对核心元件进行对比与分析,确保组件选型满足系统设计的要求。随后,在软件层面设计了数据处理算法,该算法通过截取信号、滤波处理、包络提取以及拟合寻峰等一系列步骤,实现了对干涉信号的高精度解调,达到了亚像元级别的精度。具体波动范围约±0.2个像元,腔长分辨率可以达到0.1 nm,解调压力波动范围约±2mmHg。 (4)对各模块进行软硬件联合调试,确保系统的整体性能达到预期,并完成整个系统的实物搭建,然后通过盛水容器模拟构建压力测试环境,以验证系统设计的解调压力与传感器腔长之间的对应关系。在模拟设计的压力试验中,分别进行静态和动态两种场景下的测试。在静态压力试验中,将传感器置于三个不同的液位位置观察解调出的腔长和压力曲线的稳定性,结果显示,解调出的腔长波动范围保持在1nm以内,解调的压力波动范围在2 mmHg以内,实际测量数据与理论值的相对误差为0.43%,显示出优异的稳定性与精确度。在动态压力试验中,设计并对比分析了加抽水与移动传感器两种方案的重复性和线性度,最终得出加抽水的方案由于水波振动,对解调的误差影响较大,而移动传感器的方案中腔长误差约0.32 nm,压强误差约0.78 mmHg,符合设计预期指标。

关键词： 光纤通信技术   主井提升机   运行状态   在线监控   状态监控  

摘要： 监控煤矿主井提升机运行状态主要依赖于单一的传感器，这种单一性导致数据收集不全面，无法完全反映提升机的实际运行状态。为此研究基于光纤通信技术的煤矿主井提升机运行状态在线监控方法。该方法首先通过数据预处理技术对煤矿主井提升机的运行数据进行处理，以提高数据质量和准确性；其次，采用数据融合技术将不同来源、不同维度的运行数据进行有效整合，形成全面反映提升机运行状态的数据集；再次，利用光纤通信技术将融合后的状态数据实时传输至监控中心；最后，建立模糊评估矩阵，对提升机的运行状态进行实时监控和评估，从而实现对煤矿主井提升机运行状态的全面准确掌握。试验结果表明：以实际运行所需的最大电流值为评估指标，基于光纤通信技术的煤矿主井提升机运行状态在线监控方法能准确地反映最大电流值，与实际测得的值完全一致，没有出现明显的波动，监控效果较好。