激光加工技术在石油工业中的应用及展望

激光加工技术在石油工业中的应用及展望（共12篇）

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇1

激光加工技术在石油工业中的应用及展望

综述了国内外激光技术在石油工业中的应用,并对其未来的发展做了展望.

作 者：高长贵 GAO Changgui  作者单位：中国石油辽河石油勘探局经济技术开发中心,辽宁,124010 刊 名：激光与光电子学进展  ISTIC PKU英文刊名：LASER & OPTOELECTRONICS PROGRESS 年，卷(期)： 43(1) 分类号：V261.8 关键词：激光加工   石油工业   应用   展望  

 

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇2

本文概括总结了在石油行业中使用的无线数据传输技术, 主要分为常规无线数据传输和井下无线随钻传输, 并提出了两个发展方向。

1 无线数据传输技术

无线数据传输是指以无线方式传输工业现场设备输出的各种物理量。与传统有线数据传输方式相比, 无线数据传输具有以下优势: (1) 安装周期短, 节约资金; (2) 维护简便, 灵活多变; (3) 搬迁迅速, 便于扩充监测点; (4) 应用领域广, 适合一些不具备铺设电缆条件的区域。

无线数据传输的开端可以追溯到1897年, 科学家马可尼 (Marconi) 利用无线电在陆地上和一只拖船之间进行了消息的传输。经过一百多年的发展, 无线数据传输技术日臻成熟。无论是太空飞船, 还是深水机器人, 乃至地质导向钻井, 均成功运用到无线数据传输技术。在石油行业, 无线数据传输技术可分为两类:常规无线数据传输和井下信息无线数据传输。

1.1 常规无线数据传输

人们在地面之上进行的常规无线数据传输, 传输载体一般采用电磁波。常规无线数据传输以射频技术、微电子技术及集成电路技术为基础, 近年来取得飞速发展, 传输速率和可靠性逐渐提高, 某些性能甚至可媲美有线数据传输[10]。在石油行业中, 常规无线数据传输主要用于通讯、无人监测等领域。根据传输原理不同, 常规无线数据传输分类如表1所示。

由表1可知, 常规无线数据传输多种多样, 而且技术成熟。值得注意的是, 石油钻采现场环境复杂, 有线传输会受诸多限制, 因此无线数据传输更具未来发展潜力。但常规无线数据传输设备的防爆性能和抗干扰能力有待提高。

1.2 井下信息无线数据传输

在石油钻探过程中, 需要从地面到油气层钻开一个井眼以建立油气通道, 并用井底钻具组合中的测量工具实时测取地质参数、轨迹参数、钻井参数等相关信息。测量工具一般贴近钻头附近, 处于地层深处, 其获取的地层信息如何返回地面, 一直是石油行业的研究热点。若采用电缆传输井下信号, 不仅费用高昂, 而且会影响正常钻井作业。目前, 井下信息无线数据传输方法主要有钻井液脉冲、电磁波和声波3种。其中, 钻井液脉冲和电磁波方式已经应用于生产实践[11,12]。

1.2.1 钻井液脉冲式无线数据传输

钻井液脉冲式随钻测量信息传输是借助钻井液的压力波来传输信号的, 其原理是钻井液在地面泥浆泵动力作用下在钻柱内高速流动[11], 使钻井液脉冲发生器的叶轮产生扭矩, 激发驱动电路产生驱动电流, 以驱动发生器阀门带动锁齿销轴运动。当控制机构的旋转锁齿释放一个齿位, 钻井液脉冲发生器的转子就会转过一个特定角度, 从而导致钻井液脉冲发生器流道开启或关闭, 这样间歇性的开启和关闭就会产生钻井液压力脉冲, 把井下随钻测量信号转换为钻井液脉冲信号, 然后将其送至地面, 完成井下信息从井底到地面的传输。目前钻井液脉冲遥传传输速率很低, 一般只能达到4~16b/s[12], 这在很大程度上限制了井下测量数据的实时传输, 另外对钻井液要求也很高, 一般要求钻井液含砂量小于4%, 含气量小于7%[13]。尤其在气体钻井过程中, 由于气体是可压缩的, 会导致脉冲强度减弱, 使信号传输更加困难。

1.2.2 电磁波无线数据传输

井下电磁波发射器把井下数据传感器测量的数据转换成电磁信号, 经过地层传播至地面, 由地面的信号接收器接收, 然后由计算机终端处理器对信号进行处理, 最后做出评价, 如图1、图2所示。

其中电磁波发射器[13,14,15,16]主要包括对信号编制、调制和功率放大。终端处理器主要包括滤波、消噪、解调和译码等。目前制约此项技术的主要因素就是信号衰减问题, 尤其是现代钻井朝着更深、更远的方向发展, 需要更强的电磁信号。

1.2.3 声波无线数据传输

随钻声波测量是在钻井作业过程中, 把井下声波发生器产生的声波作为载体, 把钻具系统、井下流体和地层作为声波的传输介质, 在井下与地面之间建立无线传输系统, 实现信息传输功能。然而它也有很多明显的缺陷, 码间干扰以及大量的噪音给后面的信号处理带来很大的麻烦;另外声波的传播形式是球面传播, 沿空间某一方向传播幅度会越来越小, 即衰减问题也是需要克服的一道难关。

2 展望

无线数据传输技术持续推进石油行业向“三化”快速发展, 同时石油行业起到一定的反作用, 积极拓展了井眼底部、海上钻井平台等特殊环境下的无线数据传输技术。笔者根据石油行业工况, 对无线传输技术的发展方向做了如下探讨:

2.1 发展方向一:短距离无线采集与远程无线数传系统

无论是陆地还是海上, 油气钻采现场均需要对不同参数进行实时监测, 以确保安全生产。当一个较小范围内存在固定的若干个监测点, 用有线数据传输能满足要求。然而, 在施工现场往往存在分散的多个监测点, 且连接对象位置不固定。若用有线数据传输方式, 会出现布线、故障检查困难等问题。如在海上钻井时, 用电缆传输方式监测双平台施工参数 (图3) , 操作极其困难, 而且不便维修。

针对此类难题, 采用一种短距离无线采集与远程无线数传相结合的系统 (图4) [17], 能有效实现多区域多观测点的参数实时监测, 从而提高油田现代化管理水平。短距无线数据采集系统由无线传感器 (获取监测信号并转换成无线电信号) 和短距无线接收器 (接收无线电信号) 组成。远程无线数据传输系统包括远程无线数据发射器、增益天线、远程无线数据接收器, 其接收的多个观测点信号将被传送至采集仪, 再连通计算机终端进行相关数据处理。该系统中, 选择哪一种短距离无线数传和哪一种远程无线数传搭配至关重要。根据不同的现场监测距离和传输量, 提出了几种具有潜力的无线数据传输组合方式 (见表2) 。

在方案2中, 超宽带作为新兴无线传输技术, 传输量超大, 可与传输信号高保真的IEEE802.11相结合, 构成油区无线视频监控系统。方案4具有传输数据量大、传输质量高等特点, 适合石油钻采现场, 有一定的开发潜力。

2.2 发展方向二:声波无线数据传输新型钻杆接头

声波具有传输速率大、方向性好、穿透能力强等特点, 逐渐成为井下信息无线数据传输的研究热点。中国石油大学 (华东) 于2007年设计出近钻头声波无线随钻测斜系统 (图5) , 在室内到达1 000b/s的传输速度, 并在胜利油田进行了现场实验。但利用声波进行井下信息无线数据传输时, 钻杆接头处存在的缝隙会造成信号失真[18,19,20], 导致信号衰减加剧甚至传输失败。因此有必要设计一种新型钻杆接头, 在确保钻杆连接紧密的同时, 又能放大声波信号起到中继站的作用。此接头的优点是有目共睹的, 但首先要考虑以下问题:如何把声波信号放大器安置在钻杆接头中;如何在不影响正常接单根的同时又确保钻杆连接处清洁无杂质。该方法可克服声波传输的能量衰减问题, 是一个值得研究探讨的方向。

3 认识和建议

(1) 无线数据传输技术的快速发展, 使石油行业更加自动化、信息化和智能化。井下信息无线数据传输成为石油行业一大特色, 但远远没有达到理想目标, 需要进一步的研究。

(2) 根据石油行业特点, 无线数据传输可以分为常规无线数据传输和井下无线数据传输。常规短距离无线数据传输技术已经成熟, 可用于短距离无线采集, 与远程无线数传输相结合, 将是一个颇具吸引力的方案。哪一种短距离无线数传输和哪一种远程无线数传输搭配更合理, 有待进一步的实验研究。

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇3

【关键字】抗粘扣技术；石油套管；螺纹加工；影响因素

一、抗粘扣技术研究进展

抗粘贴性能很大程度上受制于螺纹参数，合理地控制螺纹参数能够提高油套管抗粘扣性能。研究显示，API的螺纹单参数不宜作为主控参数来研究。螺纹的抗粘扣性能与其表面的粗糙程度有关。若有毛刺在起始螺扣纹上，就会增加摩擦因数，进而加大摩擦力，便于粘扣发生。反之若螺纹表面越不粗糙，摩擦因数和摩擦力就越小，便越不利于粘扣发生。科学家A.Ertas利用模型实验证明了表面粗糙度与粘扣性能之间的关联性，该研究发现，粘扣性能与表面的粗糙度有着很强的关系，而且当模型的转速足够时，即使压力很小粘扣现象也能发生。总而言之，大多数研究结论都表明降低螺纹表面的粗糙程度能提高油管螺纹的抗粘扣性，反之则会降低。勘探油气的环境恶劣艰苦，当今世界的石油管生产厂家为了研究出满足勘探高压高温环境的要求，已逐步推出能够适应恶劣环境的特殊口型油套管。这些特殊的高性能扣型使得勘探时上扣很容易，且不易错扣；抗粘扣性能非常突出，能反复卸扣且不会对螺纹带来损坏【1】。

二、影响油管螺纹抗粘扣性能的因素

1、几何参数

在石油套管螺纹加工中，螺纹几何参数会对套管的锥度和螺距以及齿形角的抗粘扣性有着不同程度的影响，具体如下：一方面，由于存在内外螺纹锥度或者螺距存在最大和最小两个极限偏差的可能，在这种情况下，套管在上紧时，各个螺纹所受到的应力大小和方向将不尽相同，在一些应力较大的地方就会比一些应力较小的地方先发生粘扣（如图1）。然而由于当前的技术能力的缺陷，螺纹加工厂对于螺纹的精度的要求还不够高（公差的一半），这对石油套管的抗粘扣性的保障大打折扣。另一方面，内外螺纹齿形角存在差异时，就会在螺纹某些部位产生过大的应力，在这个部位发生粘扣的可能性最大。一旦发生粘扣，将会引起一连串的粘扣。若想使这种情况的发生率降低，需要将内外螺纹梳刀的各项几何参数进行严格的控制，进而使刀具互换性得到一定的加强。在正常情况下，石油管道表面的光滑度要求达到Ra0.8到1.6微米。

2、加工工艺

存在螺纹几何参数影响的同时，加工工艺技术对石油管道螺纹的抗粘扣性也存在着较大的影响。首先，在螺纹加工技术中，存在着两种外螺纹加工技术：旋转管体与不旋转管体。不旋转管体的方法与旋转管体相比来说，旋转管体会降低螺纹的质量，其精度也较低，同时还有噪声和震动的缺陷，旋转管体还会产生震颤刀痕，而不旋转管体会避免这些缺点，这使得螺纹的抗粘扣性大大提高。其次，使用螺纹表面处理技术能够有效減轻甚至防止发生轻粘着磨损，这主要通过将摩擦副分离的方法（加厚隔膜，使其润滑），还可以改变接触表面的物理化学性能，从而降低粘着的可能。即使存在粘着的可能，焊合点的剪切强度会非常低。当前工艺中主要存在着以下三种表面处理技术，具体如下：

（1）螺纹表面喷砂处理技术，该技术通过表面喷砂，能够将机械加工件表面的毛刺清除，这样一来表面粗糙度将会提高0.5到1级，而且被喷表面会存在微观均匀的凹坑，这对润滑油的长期贮存起到了关键的作用，大大提高了润滑的条件。

（2）采用硫氮碳三者的共渗处理，加大渗层表面的硬度，但由于现实加工工艺的不足，该方法不易实现。

3、实际操作规范

油管使用及生产过程之中，油管的抗粘扣性很大程度上取决于实际操作规范，从一定角度上讲产生的效果并不低于对油管的硬性要求。

（1）对螺纹口使用API螺纹脂。使用API后可以使螺纹口的摩擦阻力大大减少，一般降到0.021没有问题。API螺纹脂可以让螺纹润滑充分，摩擦力得到较大程度的减小，其抗粘扣性能一定程度上得到较大提高。

（2）上扣扭矩[2]。控制的上扣扭矩的产生通常有2种形式：扭矩和位置。在真实的操作环境中，因为存在一定的参数偏差，单一性地改变扭矩或值一般不可以得到较好的上扣要求。所以，增大螺纹连接的螺纹抗粘扣性能、密封性及可靠性的最佳方式是使用扭矩值联合控制的方式。

（3）上扣速度。通过粘着磨损的理论可知，当螺纹进行连接时，当其速度达不到临界速度时，产生的热量（通常由螺纹副的摩擦产生）通常能适时散发出去，这样就不会轻易发生粘扣现象。反之，当摩擦副的临界速度小于其相对速度时，其螺纹副的散热效率会明显小于发热效率，温度迅速增高，摩擦面的金属发生流动和软化现象，粘扣随之就会发生。

三、如何在有限条件下提高管件粘着性能

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇4

万罡          周洞汝

（武汉大学 430072）

[摘  要]：本文研究了流媒体技术的实现原理，并提出了一种流媒体在校园网中的应用方案，最后介绍了流媒体技术的最新现状及前景。

[关键词]：流媒体  RTSP WM REAL

流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体，如：音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。流媒体实现的关键技术就是流式传输。

流式传输定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体（如视频、音频）的技术总称。其特定含义为通过Internet 将影视节目传送到PC机。实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Realtime streaming）和顺序流式传输（progressive streaming）。一般说来，如视频为实时广播，或使用流式传输媒体服务器，或应用如RTSP的实时协议，即为实时流式传输。如使用HTTP服务器，文件即通过顺序流发送。采用那种传输方法依赖你的需求。当然，流式文件也支持在播放前完全下载到硬盘。

1．流媒体技术原理

流式传输的实现需要缓存。因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时A/V源或存储的A/V文件，在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包还有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据：通过丢弃已经播放的`内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。

流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。

流式传输的过程一般是这样的：用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户机上的Web浏览器启动A/VHelper程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。

A/VHelper程序及A/V服务器运行实时流控制协议（RTSP），以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序（一般可认为客户程序等同于Helper程序），一旦A/V数据抵达客户端，A/V客户程序即可播放输出。

需要说明的是，在流式传输中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/VHelper程序所在客户机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图1

所示。

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇5

关键词：石油；天然气；开发技术；展望

作者简介：王湘君（1975，11-），女，籍贯：吉林省吉林市，汉族，本科，工程师，研究方向：科研管理

科学技术的不断发展与进展下，人们在利益的驱使下，毫无休止地破坏环境，现如今，环境污染现状越来越严重，为维持社会经济的可持续发展，科学家们研究众多新型清洁能源，其中天然气便在这一大环境中应运而出。天然气对环境的污染较少，采用的是管道运输的方式。天然气凭借自身优势得到民众认可，为满足人们对天然气的大量需求，能够在一定程度上不断地推进天然气开发技术。文章就对开发技术的进展进行分析，并对石油天然气技术的发展前景进行探究。

1石油天然气开发技术

当今，国内科学家们为实现石油天然气资源的可持续的开采，研究出来很多种先进的石油天然气开发技术，具体而言，包括：开采过程中比较常用的有裂缝性气蕴藏开发技术，低渗透气藏开发技术及中低含硫气藏开发技术，异常高压藏开发技术和凝析气藏循环注气开发技术。

1.1裂缝性气藏开发技术

该技术包括两个部分：综合评价技术、排气采气技术。裂缝性气藏开发技术中，水采气技术主要应用在水汽较多的天然气储存区。此外，因水汽较多，会对天然气的开采造成一定的影响。排水采气技术的应用不仅能够有效提高天然气开采数量，还在一定的程度上提高开采周期，降低石油天然气的成本，能够有效地促进天然气的可持续开发。

1.2低渗透气藏开发技术

该技术较为繁琐涉及范围较广，而且涉及到的种类较多。国内有较多天然气储存器属于低渗透区，天然气在开发之前，需要综合考虑考察和研究这些地区的具体情况，深入了解储集层的均匀性、气层横向的复杂的地质特征。因重组的准备工作可选择正确的天然气开发技术，此外集经济学、持续性、环保型与一体，进而促进天然气的可持续开发，另外，低渗透气藏的开发过程中，可加强对气层的保护，避免因施工造成地层破坏。

1.3中低含硫气藏开发技术

中低含硫气藏分布在中西部地区，因含硫气体具有极大的腐蚀性，在运输过程中受到极大限制，而中低含硫气藏开发技术的出现在一定程度上解决了腐蚀性的问题，该技术是一种防腐蚀性的天然气开发技术，有效地解决运输过程中的问题，因此为天然气净化及脱硫提供了极大方便。

1.4异常高压气藏的技术开发

异常高压气藏一般意义上而言就是气体具有相当高的压力，此外，其特点还有弹性及产量。总的来说，该技术的应用采用的是三维地质建模方式进行研究。

1.5凝析气藏循环注气开发技术

这一技术出现较早，但是在具体的开采过程中，会有许多凝析油残留在地面地下，开采比较困难。现今，科学技术的不断提高下，国内已经研究出开采凝析气藏的有效方法，并在一定程度上提高了气藏效率，提高开采水平。

2中国石油天然气开发技术的新进展

2.1三次采油采收率技术的重大突破

为进一步提高三次采油采收率，研制出离子型的新型单体及新型耐高温抗盐聚合物。它不仅能够进一步降低临界缔合浓度，提供地层条件下的稳定性及溶解性，还能够提高增稠能力。基于此，这各种矿化度条件下，粘度均大于超高分子量聚丙烯酰胺。大庆油田聚合物基本实现了污水配置，降低了成本。它在中北西部地区的初步试验中得到了降水增油的好效果。

2.2天然气管道技术的建设取得新进展

西气东输工程中新技术的出现发挥了重要作用，西气东输的特点主要是高风险、高科技及高投入，而且应用长距离接力顶管和定向专业技术成功地完善了大口径钢管的长距离穿越，黄河穿越总长达7645米，创造了日顶进24.875米的最高纪录，并最终实现了顶管全程贯通，使得国内管道穿越技术登上了一个新的台阶，取得了较高的经济及社会效益。此外，甬沪宁原油管道是国内第一条横跨长江的石油管线，将长江两岸的炼油厂连成一片，建立成大网络的管道运输系统。这一工程实行了管道建设上的新突破。该技术是第一次横跨长江、第一次运用大口径的海底原油管道、第一次地形复杂的南方铺设长输管道等等。

2.3稠油开采配套技术的进展

该技术的重大突破，改善了多轮次蒸汽的吞吐效果，展开了火烧油层工艺的技术攻关，成功研制了深井的点火装置，并实施了井底温度的检测系统。此外，研制了多种稠油的开采技术，形成了钻井到注蒸汽全过程中的油层保护、化学物理蒸汽吞吐等等与之相配套的技术。

3中国石油天然气开发技术的展望

中国还是世界上最早发现和使用天然气新能源的国家，自新中国成立以来，我国石油天然气工作在多个领域都取得了较好的成绩，并且还是我国最重要的使用能源之一。针对当今21世纪下，石油天然气作为一种清洁能源，被人们普遍认可，天然气需求量的逐渐增加，也在一定程度上推动了先进石油天然气的开发技术。基于现代发展趋势而言，天然气的开发技术会日渐先进，并且对人们的影响也日渐提高。当今，天然气在技术开发的过程中会存在一定的缺陷，需要找好弥补措施，从而实现天然气技术的可持续发展。

4结束语

天然气作为一种新型能源，特点是热量高，清洁无污染，现如今已经应用到众多行业和领域。此外，时代的不断变迁下，石油天然气开发技术也在不断地改进，因此，因地制宜提高开采技术、开采量，能够实现资源的循环利用和可持续发展。

参考文献

电磁技术在石油勘探开发中的应用 篇6

高国忠博士今天上午在地质楼525会议室，给我们做了一个非常精彩的讲座，作为石油大学的老学长，其幽默的谈吐让我们倍感亲切。同时，其丰富的工作经验和学术功底给了我们很多启发和感悟。

电磁技术在石油勘探和开发中有着广泛的应用。在地球物理勘探中，有“重、磁、电、震”四种主要的方法。其中“电”，就包含电磁技术。通过人工或天然电场来获得大地电阻率，进而来评价地下构造。在地球物理测井中，有广为人知的电磁波传播测井，通过人工向地层发射电磁波，分析接收到的信号，测量电磁波的幅值和相位，来进行地层评价，可以评价地层厚度，寻找油气层。电磁波传播测井所用频率很高，探测深度很浅，是该种方法的弊端。

电磁技术还可以被应用在随钻测量中，众所周知，随钻测量实时从地下向地面传输信号，电磁波可以携带信息，又地下向地面传输。但面临的问题是，电磁波在地层传播过程中衰减十分严重，对于信号的损失也较为严重。我认为，可以再后续的信号处理中，寻求合适的算法进行数据重构，重新得到想要的信息。

井间电磁成像测井是当代地球物理应用技术发展的重要前沿，也是一项极具挑战性的重大研究课题。其能够提供井间电阻率的二维乃至三维图像，为油田勘探、开发提供一种有效实用的技术手段。可以用于研究井间油藏的构造形态、储层展布情况；描述油气富集区及井间的流体分布；检测油田开发动态，指示水驱、蒸汽驱和聚合物驱的波及前沿和方向，分析井间剩余油分布。

井间电磁技术基本方法是将反射器和接收器分别置于邻近的两口井中，发射器此阿勇磁偶极子源，工作频率10Hz-10KHz，接收器接收由发射器激发并经地层传播的电磁波，反演后获得井间地层电阻率的分布图像。成像处理，是在假定地层基本满足轴对称的条件下进行的，这时可把地层电阻率的空间分布简化为二维子午面上的分布。由于接收器的响应是二维子午面上电阻率泛函，如果把子午面“离散化”，即吧子午面分为许多方格，并假定每个像素的电阻率各为一固定值，响应则为各个像素数值的电阻率都相等时，其响应方程才可描述。测量过程中，以一定的深度间隔固定接收器的位置，发射器以连续测量的方式进行采样，这样可以得到数量众多的响应方程。通过反演求解方程的未知数，达到求解各像素电阻率值得目的。

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇7

一、改造食物资源

应用现代生物技术, 特别是对DNA进行操作, 将DNA从一个生物转化至另一生物体内, 这样可以将任何生物的性状转移到植物、动物和微生物中。此技术现已用于改造用作食品的植物、动物和微生物。同时, 人们采用细胞生物学方法, 建立了细胞融合技术及动、植物细胞控制性培养技术, 按照预定的设计改造遗传物质和进行细胞培养。据统计, 美国农业部现已批准生产的转基因农作物有七大类, 35种。我国现已批准可商业化生产的有六项, 涉及食品的有三项, 包括转基因耐储藏番茄, 抗黄瓜花叶病毒甜椒, 抗花叶病毒番茄。处于中试阶段的与食品有关的转基因植物有抗除草剂水稻、抗虫水稻、抗病毒大白菜、抗病毒番茄、转Bt基因抗虫棉花、抗青枯叶病马铃薯、抗旱马铃薯、高氨基酸马铃薯等。

二、改进加工工艺

1、选育并推广适宜贮藏加工的品种, 为食品生产提供更多易于贮藏的原料。

主要是利用遗传工程技术选择培育对乙烯敏感性低的新品种, 从基因工程角度解决农副产品的保鲜问题。

2、改进肉、奶、水产品的加工。

肉的加工保鲜方面主要是提高肉的综合品质以及瘦肉、肥肉、嫩肉的综合利用, 如肉的嫩化、发酵香肠的生产和增加畜产品的花色品种等。乳品方面可利用外源激素提高乳的产量, 增强乳的免疫功能, 改善乳的组成成分;利用酶工程技术开发乳蛋白生物活性肽、发酵乳制品、双岐杆菌发酵乳, 等等。从水产品如人工淡水鱼、内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分, 可开发研制保健食品。

3、生产新型食品添加剂成分。

在食品加工过程中添加一些酶类便可达到改善产品的色泽、风味和质构等效果。如用葡萄糖氧化酶可以除去蛋液中的葡萄糖, 改善制品的色泽;用脂酶和蛋白酶可加速奶酪的成熟;葡萄糖苷酶可用于果汁和果酒的增香;木瓜蛋白酶可分解胶原蛋白, 用于肉的嫩化。

三、提高产品加工深度

食品工业总产值与农业总产值之比是衡量一个国家食品工业发展水平的重要标志。我国食品工业产值与农业总产值之比为0.3—0.4:1, 远低于发达国家2—3:1的水平。我国粮食、油料、豆类、果品、肉类、蛋类、水产品等产量均位居世界第一位, 但加工程度很低, 仅为25%左右, 也远远低于发达国家加工能力70%以上的水平。生物技术可以迅速提高农副产品加工能力和水平, 使我国农副产品加工技术在整体上实现跨越式发展, 甚至能在一些重大关键技术领域达到世界先进水平。

现代生物技术在肉、奶、水产品加工中有着广泛的应用。肉的加工保鲜方面主要是提高肉的综合品质以及瘦肉、肥肉、嫩肉的综合利用, 如肉的嫩化、发酵香肠的生产和增加畜产品的花色品种等。乳品方面有利用外源激素提高乳的产量, 增强乳的免疫功能, 改善乳的组成成分;利用酶工程技术开发乳蛋白生物活性肽、发酵乳制品、双岐杆菌发酵乳, 等等。水产品如人工淡水鱼、内脏、鱼眼、精卵巢中分离提取有效成分, 开发研制保健食品和药品。

四、增加食品包装功能

现代生物技术在食品包装上的应用主要是制造一种有利于食品保质的环境, 如葡萄糖氧化酶能除掉氧气, 延长食品的保鲜期, 保持食品色、香、味的稳定性, 被应用于茶叶、冰淇淋、奶粉、罐头等产品的除氧包装;溶菌酶能消除有害微物生的繁殖, 而让某些有益菌得以繁殖, 被广泛应用于清酒、乳制品、水产品、香肠、奶油、生面条等食品中以延长保鲜期。利用生物技术制造有特殊功能的包装材料如包装纸、包装膜中加入生物酶, 使其具有抗氧化、杀菌、延长食品反应速度等。

利用生物技术还可生产生物可降解的食品包装材料, 建立食品的质量检测方法等, 如在食品包装中用固定化酶技术制备酶电极、酶试纸, 可以快速简便地检测食品中的化学成分。利用基因工程的DNA指纹技术可以鉴定食品原料和终端产品是否掺假, 检测谷物、坚果、牛奶中是否含有微量毒素;利用PCR技术可迅速检测出转基因食品。

五、解决食品工业生产中的环保问题

"生物技术是保证食品工业可持续发展应用范围最广, 最为重要的单项技术。其在控制水污染、治理大气污染、有毒有害物质的降解、可再生资源的开发、环境监测、环境友好材料的合成、污染环境的修复以及清洁生产等与食品工业可持续发展密切相关的各个方面, 均发挥着极其重要的作用, 其内容包括以下几个方面:

1、生物技术在处理食品工业污染物时, 最终产物大都是无毒无害且性质稳定的物质, 如二氧化碳、水、氮气、甲烷等。因此, 它是一种安全而彻底的消除污染的方法。特别是现代生物技术的发展, 大大强化了生物处理过程, 使其具有更高的效率, 更低的成本和更好的专一性。

2、由于大部分食品工业污染物有机物质含量较高, 本身无毒性, 很适合用于生物反应的底物, 如一些有机污染物经生物处理后可转化为沼气、酒精、生物柴油、生物蛋白质等有用物质, 用生物过程代替化学过程可以降低生产活动的污染水平, 有利于实现工艺过程生态化或无废生产, 真正实现清洁生产的目的。

3、生物过程是以酶促反应为基础的, 作为催化剂的酶是一种活性蛋白, 而且酶对底物有高度的特异性, 因此, 生物反应过程通常是在常温、常压下进行, 生物转化的效率高, 副产物少。这与需要高温、高压条件下生产过程相比, 反应条件大为简化, 因而投资小、费用少、消耗低, 且效果好、过程稳定、操作简便。在多数情况下, 生物技术还可与其它技术结合使用。

4、用生物制品取代化学制剂、人工合成物等, 有助于把食品工业产生的环境污染降至最低水平。当前最具代表性是生物可降解的食品包装材料、薄膜, 还有生物农药、化学品等。

参考文献

[1]、谷峻战.外生物技术产业发展现状.全球科技经济了望, 2003, 16 (6) :23-24

[2]、戎志梅.生物技术:未来食品工业的支撑.中化工报, 2002, 2 (9) :3-4

[3]、温志英.现代生物技术在食品包装中的应用现状及发展前景.食品与机械, 2006, 27 (4) :13-14

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇8

前言

激光技术作为科学技术发展的重要产物，对带动相关行业领域的发展具有不可替代的作用。但较多领域如航空航天、机械加工在应用激光技术中，并未取得良好的效果，究其原因在于未使激光技术中较多技术手段的优势发挥出来，这就要求实际运用正确认识激光技术的本质并结合具体行业要求进行技术手段选择。因此，本文对航空航天领域、机械加工行业中现代激光技术的运用研究，具有十分重要的意义。

机械加工行业中激光技术的运用分析

a打标与切割技术的运用

机械加工行业中，一般对设备产品进行特殊符号、标记的设计都要求利用到激光打标技术。该技术应用极为广泛，如机械加工行业中的仪表、仪器、量具、汽车工业以及电子工业等，都涉及到打标工作。一般打标技术涉及到的对象多集中在印刷电路板、合成材料、橡胶、陶瓷、塑料、铝合金以及不锈钢等方面。另外，机械加工过程中往往也涉及较多材料处理工作，此时便要求引入切割技术，其主要通过聚焦镜的应用融化材料，并在激光束作用下将熔化材料吹走，这样便有相应的切缝形成。现代机械加工领域中，都将激光切割技术作为高新加工方式，能够使传统切割过程中变形过大、缝隙过大以及操作时间较长等问题得到解决。

b焊接与淬火技术的运用

关于激光焊接技术，其实质为将设备构件至于激光下，使构件能够连接为一体。将该技术引入机械加工领域中，其优势主要表现在对多种类型金属都可进行焊接，的 且焊接后不会出现凹陷或其他变形现象，整个焊缝在外表上极为美观。目前机械加工领域中焊接技术的运用主要表现在两方面，即：①焊接金刚石锯片，可直接利用该技术实现；②对壳体类零件、汽车板以及钢板等，可利用激光焊接技术。该技术的运用对于解决传统机械加工中焊接质量不高、焊接表面美观性差等问题可起到明显的作用。另外，在淬火技术运用方面，其主要对工件表面利用高能激光进行扫描，这样整个工件面温度上升极快，且可瞬间自冷。所以其优势集中表现为：①相比一般淬火硬度，激光淬火方式下的制品将超出其15%左右；②加工时间较短，且可直接利用计算机对整个操作进行控制，具有一定的自动化加工特点，生产效率极高；③技术应用下不会产生较多的污染，且不必引入冷却介质便可快速完成低温淬火。

c熔覆技术与打孔技术的运用

对于机械加工领域中的再制造工程，常涉及到旧设备修复工作，而设备修复的主要技术便以激光熔覆为主。实际应用过程中，可直接对旧设备二次加工，提升设备的使用性能，能够满足现代企业发展中资源节约的要求。另外，机械加工领域中的激光技术，也表现在打孔技术方面。一般对于较软材料、金属材料或非金属材料等，往往需进行不同类型孔的加工，该过程中便可引入打孔技术。从打孔技术应用的优势看，主要表现在打孔精密度较高，能够准确定位中心孔，且能够自由控制打孔深度，不会产生较大的变形问题。

航空航天领域中激光技术的运用分析

a航空航天工业中激光焊接的应用

一般该工业较多零部件的焊接多引入铆接方式，其应用下尽管能够熔铝合金材料，但由于热处理效果较差，极易导致晶间裂纹的产生。而将激光焊接方式引入，这些问题可直接得到解决，且整个机身制造过程都得以简化。相关实践研究发现，利用激光焊接取代铆接工艺，其可使机身自重降低许多，这样相应的制造成本也会节约，可见激光焊接的作用极为明显。此外，该工业领域中，对于零件冷却孔打孔工作，要求引入激光打孔方式，其成本較低且打孔效果较高。

b航空航天工业中激光切割的应用

传统用于该工业中的切割手段很难保证外壳材料得到有效处理，原因在于外壳材料多具有硬度高、强度高等特点。而在激光切割技术运用下，许多如发动机机匣、主旋翼、尾翼壁板以及蒙皮等自带处理中都可起到良好的效果。

c航空航天工业中表面与成形技术的应用

由于航空发动机较多构件在价格上较为昂亏，若不断更换将会耗费极多的成本，因此可引入激光表面技术，对受损的构件进行修复，如发动机叶片受损后，便可采取表面技术中的三维修复措施，可保证修复后的构件整体性能不受到影响。由此可见，航空工业中的构件制造与修复很大程度需依托表面技术、成形技术来实现。

结论

现代激光技术的运用为航空工业以及机械加工工业提供坚实的技术保障。实际应用中，应结合具体的行业领域要求，合理选择相应的技术手段，如机械加工领域中的焊接、打标打孔以及切割等，以及航空工业中焊接、切割、成形与表面技术等，确保激光技术作用得到充分发挥，才能推动相关行业领域的快速发展。

参考：

[1]马付建.超声辅助加工系统研发及其在复合材料加工中的应用[D].大连理工大学，2013.

[2]李伟.钛合金表面B_4C/G激光合金化层的组织与耐磨性研究[D].山东大学，2014.

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇9

摘要：随着信息技术的发展和现代教育教学理念的更新, 信息技术已被广泛应用于课堂教学。近年来, 随着我国教育信息化发展的推进, 如何在课堂教学中熟练应用信息技术, 已然成为摆在广大教师面前的重大课题。教师要明确课堂教学的核心和教育的培养方向, 在课堂教学中熟练的运用各种教学手段, 不断提高初中化学教学的质量和效果。

关键词：中学化学; 信息技术; 课堂融合;

信息技术的高度发展为提高中学化学课堂教学气氛提供了先决条件。通过大量的时间, 我们看到在初中化学教学中使用信息技术具有明显的优势。但在日常教学中, 信息技术与化学教学的融合也存在着一些问题。本文将就这些问题进行详细的探讨。

一、信息技术与初中化学教学融合在教学实践中具有积极意义

课堂教学信息化是当前广大教师面临的重大课题。传统的化学教学中教师所使用的教学媒体往往是化学模型、教学挂图等等, 而更多的则是使用语言进行详细的描述。这样的教学媒体对于教师展示教学内容形成了重大的挑战。课堂教学中, 教师主要依靠丰富的语言、生动的讲解对所学知识进行详细的讲授。在精细备课的基础上, 教师可能给学生呈现一堂丰富而精彩的化学课。但是, 一方面学生经过长期的同一模式的课堂教学, 对课堂教学出现了疲劳;另一方面, 部分学生由于在课堂教学中对于所学知识理解不够深入, 久而久之, 逐渐积累, 导致对所学知识毫无兴趣。而信息技术因其多样性, 大大改善了课堂教学模式的单一性, 提高了课堂教学的趣味性。其直观性, 多元性大大提高了化学课知识的展示, 缩短了课堂教学时间, 增加了课堂容量, 提高了课堂教学效率, 实现了课堂教学的精讲多练。

二、信息技术在初中化学教学中使用的困惑

在课堂教学中, 实现信息技术有效提高了课堂教学的效率, 提高了学生学习的兴趣, 有效地提高了学生的课堂参与度, 缩短了课堂使用时间, 增加了课堂的容量。信息技术对于初中化学教学有着重要的作用。但是在教师的教学操作中, 还是由于对信息技术的掌握不够熟练, 或者对于信息技术与初中化学教学融合不足, 导致了在实际教学中信息技术干扰课堂教学的现象存在, 具体表现在以下几个方面。

(一) 灵活性和交互性差

由于化学课使用的实验展示或者动画展示, 都是一些既定的程序, 所以他的灵活性和互动性比较差。从科学的角度来说, 任何实践都有失败的可能。但是, 在化学实验展示中所展示的所有实验都是非常完美的。这样的完美实验本来就有违科学精神, 久而久之, 容易让学生产生化学实验本该如此完美的错觉。因此, 在实际教学中, 教师应该将化学实验的展示和化学实验的实际操作结合起来, 让学生通过化学展示了解最完美的化学实验结果, 同时也通过化学实验操作了解在实验过程中可能存在的一切问题。另外, 动画展示过程或者科学实验展示过程往往缺乏互动性, 这完全掩盖了科学实验过程本来的面目, 也压抑了学生在科学实验过程中的互动和组织能力, 以及动手能力。因此, 在化学课堂教学中, 过多使用信息技术并不是最佳的教学模式, 而应该根据教学需要灵活处理。

(二) 过多的直观展示抑制思维发展

利用信息技术手段进行课堂教学展示, 因为其直观性、高效性和趣味性, 有效提高了学生对于该科目的学习兴趣。但是, 过多直观的展示不利于学生思维的发展, 长期的动画展示会严重抑制学生的阅读能力和思考能力。在当前教育以核心素养为中心的教学理念下, 所有的课堂教学和知识讲解, 应以学生核心素养提高为目标。任何课堂教学应该优先提高核心素养, 其次注重学科教学。过多的信息技术手段也许能够提高该科目相关知识教学, 但这种教学手段对于学生的阅读能力和意志品质的压抑所造成的负面影响是不能忽视的。因此, 我们认为在课堂教学中, 教师使用教学媒体要以教学目标为核心, 采用多种教学媒体和多种教学方法相结合服务于课堂教学, 避免出现由过去教师无聊的满堂讲解转换为乏味的满堂视频, 出现课堂教学被信息技术所绑架的现象。

三、信息技术在初中化学教学中的设想及展望

在教学中, 学生学习能力的培养和终身学习意识的培养是当前教育培养的重要任务之一。教师在课堂教学中, 要着力提升学生的学习能力和综合素质。这就要求在未来的课堂教学改革中做到以下两点。

(一) 明确课堂教学的.核心和教育的培养方向

在当前教育发展阶段, 教学手段多样, 课堂模式和课堂实施手段层出不穷, 究竟采取什么样的教学手段或者采取什么样的课堂教学模式, 首先要思考并明确教育的主要目标。素质教育发展的今天, 我们要培养的是具备学习能力, 能够坚持学习的人才。技术革新日新月异, 掌握一样技术已不能满足未来学习和工作的须要。学生只有具备了良好的学习能力, 才能在未来的生活和工作中永远立于不败之地。因此, 在我们课堂教学改革中, 无论采用何种手段, 都应该以服务于提高学生的学习能力和综合素质为目标, 抓住这个核心, 根据教学的目标和任务, 灵活采用各种教学手段和教学媒体。

(二) 熟练掌握各类教学媒体和教学手段

教师要在课堂教学中熟练运用各种教学手段服务于课堂教学, 服务于培养学生的学习能力和综合素质这一核心, 就必须首先掌握和熟练各种教学媒体和教学手段。特别是当前以信息技术为代表的现代教学手段, 其表现形式多样, 可达成的效果复杂, 就是必须在教学中不断地尝试和应用, 不断提升自己对于这些手段和技术的熟练运用, 才能在教学过程中根据教学的目标和自己预想的教学过程, 选用适合自己教学的教学手段、教学媒体和教学措施, 以达到最佳教学效果。

综上所述, 信息技术在初中化学教学中的使用能有效提升化学教学的效率, 并以较少的时间投入获得极大的化学课堂教学效果, 但我们要辩证地处理好现代信息技术与传统教育手段的关系, 才能逐步解决所遇到的各种问题, 不断提高初中化学教学的质量和效果。

参考文献

[1]隋旭东.浅谈信息技术在初中化学教学过程中的应用[J].现代阅读 (教育版) , (4) .

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇10

1 虚拟仪器技术简介

虚拟仪器技术[1,2,3]是以软件为核心借助计算机强大的数据存储、加工处理功能和极高的精确度,能迅速准确地完成实际生产过程中数据的自动采集、实时显示、深层次分析与处理及多个测试结果同一面板显示等功能,实现自动化测试与控制,避免了诸多人为因素的影响,很大程度地提高了测试的精确度和控制的自动化程度。同时虚拟仪器的功能主要是通过软件编程来实现的,在硬件基本确定后,通过编写不同的软件程序就能实现不同的测试和控制功能,从而最大限度地降低了仪器的开发成本和维护升级费用。

一个完整的虚拟仪器[4]需要硬件和软件的相互结合,仪器中的硬件设备主要用来实现信号的输入和输出,而软件的作用是通过编程将采集到的数据进行加工分析、显示、存储及控制等。虚拟仪器完整体系的结构框图如图1所示。

2 LabVIEW软件简介

虚拟仪器技术蕴藏着巨大的发展潜力,已经成为各个领域发展道路上的先进方向,在“软件就是仪器”这一核心理念的驱动下,国外各大测控仪器公司相继开发和推出了为数不少的虚拟仪器软件开发平台,尤其是美国NI公司推出的基于G语言(图形化编程语言)模式的LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench的缩写,即实验室虚拟仪器集成环境)编程平台[5],此软件之所以是目前应用于虚拟仪器开发中功能最强大、发展速度最快的图形化软件开发平台,具有以下其他软件无法比拟的优点[6,7,8]:

(1)采用数据流编程方式,由彩色的图标、连线构成的程序框图中各节点之间的数据流向决定了程序的执行顺序,用图标表示函数,用连线表示数据流向。相对于传统的文本式编程代码更加直观、层次清晰、赏心悦目。

(2)提供了大量外观与传统仪器(如示波器、万用表、按钮、开关等)类似的控件,并可以对控件进行自定义,满足用户的特定需求,方便、快捷地进行控件拖放来创建人机界面。

(3)内置了大量的函数库和程序模块库,具有专用性和可扩展性,提供了用于数据采集、分析、显示、存储等以及GPIB、DAQ、VXI、串行口等各种总线设备的应用程序模块,使不熟悉总线标准的工程师们也能顺利地进行仪器开发。

(4)用户可以把创建的VI程序当作子程序调用,以创建更为复杂的程序,而这种调用的层次是没有限制的。

(5)程序的运行是基于数据流驱动模式,不受计算机操作系统的影响。

(6)在程序进行测试时,不仅提供了如断点、单步运行、探针等传统手段,还提供有高亮执行工具,可以在程序运行中高亮显示数据的传递细节,以便于用户进行高效率的调试。

(7)提供了大量的与外部代码和软件进行连接的动态链接库,还提供了CIN(Code Interface Node)节点,可以方便地调用由C/C++及Matlab编译的程序模块,具有更大的开放性。

(8)支持常用的网络协议,具有数据共享、远程测控等功能。

3 虚拟仪器技术在石油化工领域的应用

在石油化工的生产过程中,传统的仪器设备是由厂家预先设定好的硬件组合,功能比较单一,具有很强的专用性,难以满足用户的特殊需求;生产过程中,需要对大量的敏感参数(如温度、压力、液位等)进行实时监控和报警,测试结果只能人工记录后才能对数据进行计算、分析和评估,一方面人工读取数据会造成人为误差,另一方面不能实时处理数据、绘制实时图;对一些需要多参数同时测试的过程,即使用多台仪器同时测定,却往往很难保证各台仪器间的兼容性,同时也增大了设备的投资成本,且多参数同时测试的结果不能集中到同一面板上进行显示,不方便用户对多个参数变化的综合比较和分析;对有些设备的操作,由于条件的苛刻(尤其是易燃易爆有毒的测试现场),不能进行人工直接操作,需要远程测控,传统仪器很难满足这一迫切需求;若传统仪器设备的部分器件出现故障,将可能导致整个测试系统的瘫痪甚至报废,造成资源的极大浪费。

天津大学的韩磊等基于LabVIEW开发了虚拟-1286电化学接口软件,通过测试黄铜在自来水中的耐腐蚀性和不锈钢钝化膜的稳定性,证明该接口软件兼备了灵活性、实用性与可靠性;东南大学的王晓[10]等基于LabVIEW开发了换热器试验装置测控系统,在保证系统安全可靠性的基础上,同时实现了数据测量、记录和分析等多种功能,具有较高的自动化程度与控制精度;新疆大学的付志新[11]等研发了一套全混流反应器的仿真系统,通过模拟计算验证了该仿真系统可应用于不同反应类型的稳态和动态模拟,既方便于用户进行反应器的设计,又可用作稳态、动态反应器的演示或培训,具有较强的实用性。Schlumberger(斯伦贝谢公司)在阿拉斯加石油钻井作业中使用NI FieldPoint和LabVIEW实现了冗余钻井控制,创建了一个带有控制和远程关机功能的监控报警系统,防止了泵机系统的损坏和环境污染,提高了安全性;胜利油田和华东输油管理局利用LabVIEW软件开发的原油管道实时性泄漏监测系统已成功应用于集输管网和长输管线,能及时精确地定位突发原油泄漏的泄漏点,有效地防止造成巨大的经济损失和环境污染;Shell(壳牌)利用LabVIEW软件实时模块与FieldPoint分布式I/O,研制开发的段塞流抑制系统(S3),成功地控制了因操作变化(如开关车、增加产量等)而引起的在长距离的流线-升管系统中形成的大规模段塞流[12]。

4 展 望

由于石油化工实际生产过程的复杂性和多样性,也由于虚拟仪器技术涉及多个学科和多个领域,如何将虚拟仪器技术更好地应用于石油化工领域中去,以及如何利用LabVIEW强大的图形化软件编程实现对现场仪器设备的更多功能的测试和控制,仍然需要更加深入的研究,例如:将LabVIEW软件强大的数据处理功能应用到化工仪器的测试中去,使数据的采集、加工处理更加精确化;通过LabVIEW实现多种控制算法,设计各种控制器,针对实际生产过程中的敏感参数进行自动化控制,提高石油化工生产过程的自动化控制程度和安全性;基于网络实现远程测控,为数据共享、高危现场的自动化测控提供有利条件等。所以本着以“软件逐渐代替硬件”这一理念,开发性能更高的石油化工虚拟仪器,对提高仪器开发的效率和减少开发维护的成本,具有更大的学术意义和实用价值。

摘要：简单介绍了虚拟仪器技术的概念及其完整体系的构成,详细介绍了LabVIEW作为开发虚拟仪器功能最强大的图形化软件平台所具有的优点,通过与传统仪器的比较,概括了目前LabVIEW软件在石油化工领域中的应用,并针对其应用提出了几点展望。

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇11

1 遥感技术简介

1.1 遥感技术的涵义

遥感是由空基系统、地基系统和研究技术支持系统组成, 利用各种非接触的、远距离的探测技术, 根据地面上空的飞机、飞船、卫星等飞行物上的遥感器收集地面数据资料, 获取信息, 经记录、传送、分析和判读识别他物。

1.2 遥感技术的优点

遥感技术具有获取数据资料范围大、获取信息速度快、周期短、受条件限制少、手段多、信息量大等特点。

1.3 航空摄影测量

随着社会不断进步、技术日新月异、地理要素不断更新, 原始的人工测绘方法已不能满足社会需要。而航空摄影具有快速、准确的特点, 取代了原始的人工测绘方式, 满足现代测绘需求。

1.4 遥感技术应用的一般流程

动态遥感监测技术的应用运作的一般流程为:数据选取、数据处理、变化信息提取以及监测精度评定。

1.4.1 数据选取。

当前的遥感技术对于数据的选取, 一般通过卫星数据来实现。监测须结合相关土地利用图, 作为监测的对比, 并将人文、生态等相关指标列入地籍测绘资料中, 以提高精确度。当精度要求特别高时, 必须依靠GPS等高分辨率卫星影像作为补充资料。

1.4.2 数据处理。

遥感所得的数据, 通常需要通过计算机相关技术将之转化为可识别的信息, 并予以修正, 达到一定的精度。

1.4.3 变化信息提取。

变化信息通过固定的时间段, 土地相关资料发生变化的相关量的大小提取变化信息, 是遥感技术在地籍测绘中最重要的应用, 通过时间差, 来计算不同时间段的变化信息量, 从而可预计出土地将来的变化规律, 为今后整体规划提供参考。

1.4.4 监测精度评定精度要求。

监测精度评定精度要求是评价遥感技术质量的重要砝码, 通过记录和分析相关数据, 对已测信息进行统计学研究, 得出测绘信息的精确度[1]。

2 遥感技术在测绘中的应用

2.1 遥感技术在地质测绘中应用

遥感对地观测技术是当代高新技术的重要组成部分, 具有时效性好、宏观性强、信息量丰富等特点。利用GPS监测地质灾害体的形变与蠕动情况, 从卫星遥感图像上可实时反映灾时情况, 监测重点灾害点的发展趋势, 增强地质灾害发生的预见性。遥感技术在地质测绘中广泛应用, 在大比例尺地质测绘和地质制图中, 遥感与地质的符合程度和可兼容程度有了很大的改进, 真实地反映地质事实, 有利于促进地质矿产持续发展。

此外, 地质图上对岩浆岩、变质岩等地质结构的描述比较粗略, 常规地质图则记述简单。由于遥感地质资料在各类钻井、物探资料等运用过程中表现出了较强的可靠度, 如利用遥感资料将各种各样的隐伏地质信息、隐蔽地质界限等, 补充到这类地区的地质图上去, 可大大改善其地质研究程度, 所以将遥感技术应用于地质测绘, 开展大比例尺地质填图, 也必将大幅度提高大比例尺地质图件的精度和专业水平, 加快详细地址测绘、专业勘测的进度[2]。

2.2 遥感技术在制作专题图中的应用

2.2.1 空间分辨率与制图比例尺的选择。

空间分辨率也称为地面分辨率, 是指遥感仪器所能分辨的最小目标的实地尺寸, 即遥感图像上一个像元所对应的地面范围的大小。遥感制图是利用遥感图像来提取专题制图信息, 故在选择空间分辨率时需考虑两个因素:一为解译目标的最小尺寸;二为地图的成图比例尺。遥感图像的空间分辨率与地图比例尺有密切的关系。空间不同规模的制图对象的识别, 在遥感图像的空间分辨率方面都有相应的要求。不同平台的遥感器所得到的图像信息, 成图精度的比例尺是不同的。因此, 进行遥感专题制图和普通地图的修测更新时, 应该结合研究宗旨、用途、精度和成图比例尺等要求, 对不同平台的图像信息源予以分析选用。

2.2.2 波谱分辨率与波段的选择。

波谱分辨率是由传感器所使用的波段数目 (通道数) 、波长、波段的宽度来决定的。

2.2.3 时相与时间分辨率。

遥感图像的时间分辨率差别很大, 用遥感制图的方式显示制图对象的动态变化时, 不但要弄清楚研究对象其本身的变化周期, 还要了解有无与其相应的遥感信息源。例如要研究森林火灾蔓延范围现象的动态变化时, 必须选择相适应的超短期或短期时间分辨率的遥感信息源, 运用气象卫星的图像信息就能满足这种要求;遥感图像是指某一瞬间内地面实况的记录, 由于地理现象在不断发生变化, 在一系列按时间序列成像的多时相遥感图像中, 必然存在着最能揭示地理现象本质的“最佳时相”图像[3]。

3 结论

遥感技术在工程地质勘测、环境地质和地质灾害研究方面获得广泛的应用和良好的效果, 但人们对遥感技术比较陌生, 使得遥感技术难以发挥应有的作用;地质测绘工作需要多时相的实时或准实时的遥感信息源, 而这种信息源价格昂贵, 这使得遥感技术仅在宏观调查中应用广泛, 而在微观上应用较少, 这些都是急待以新的思路进行深入研究, 提高应用水平。

参考文献

[1]石伟朋.遥感技术在地籍测绘方面的应用[J].中小企业管理与科技, 2010, 18:253-253.

[2]王云飞.遥感技术如何在测绘工作中发挥作用[J].商情, 2012, 24:213-213.

激光加工技术在石油工业中的应用及展望 篇12

多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)因其“三致”作用,名列《斯德哥尔摩公约》消减持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)黑名单中,一直是各国环境工作者广泛关注的对象[1]。现实环境中,PAHs浓度低、且以多组分共存。因技术手段的限制,有关环境介质中PAHs的原位测定、多组分共存PAHs原位复合污染过程、机制的研究亟待加强[2,3]。因此,发展灵敏度更高、可实现多组分PAHs原位同时测定的检测手段成为关键。常规荧光法以其检测灵敏度的优势成为分析PAHs的重要手段[4～8]。在相关基础研究中,同步荧光法实现水中溶解态蒽、芘2组分的同时测定[9]。将双波长荧光法与三维荧光技术结合,利用三维全谱确定最佳测量波长和参比波长以消除共存组分干扰,实现水中溶解态茚、萘、菲3组分的同时测定[10]。近来,将光纤技术与固体表面同步荧光法相结合,分别实现植物叶片表面蒽、芘,芴、菲、荧蒽的原位同时测定[11,12]。然而,这些仍无法满足实际环境中研究工作的要求。为此,Selli等[13]结合平行因子数理程序,利用时间分辨荧光技术,实现水中苊、荧蒽、菲、芴、芘5组分的原位同时测定。同时,激光诱导荧光(laser induced fluorescence,LIF)技术的快速发展与应用,使得相关工作从实验室走向现场原位成为可能[14～16]。

目前,集LIF、纳秒时间分辨及多通道光纤检测3大关键技术为一体的便携式激光诱导纳秒时间分辨荧光(laser induced nano-second time-resolved fluorescence,LITRF)仪器的出现,为实时、原位检测环境介质中PAHs提供全新的手段[17～19]。但如何将该技术更好地应用于污染物的原位检测、环境界面过程、生物地球化学循环、污染物归宿及其生态毒理效应的在线、原位研究,值得深入探讨。本文着重讨论LITRF技术原位检测环境介质中PAHs的应用进展,结合课题组开展的相关工作,评述该技术今后的应用潜力和发展前景。

1 LITRF技术发展

1.1 LIF技术

LIF技术灵敏度高(其浓度检出限达到10-13 mol/L,基本上处于ppt级),近来其实际应用发展迅速,对于荧光效率高的荧光探针可达到单分子检测[20,21]。此外,LIF波长单一、光束方向性好,有利于消除基体成分的干扰,便于用于微区检测。

激光光源是LIF技术的关键。目前,常用激光器包括He-Cd(325 nm,442 nm)、Ar+(488 nm,514 nm)、N2激光器(337 nm)等。此类激光器价格昂贵、体积大,且保养费用高。半导体泵浦固体激光器(laser diode double pumped solid state laser,LDD-PSSL)是一种新型激光光源,其体积小、无需水冷、波动噪音小、且价格低廉[22],使得LIF技术的应用得以迅速开展[23]。发光二极管(light emitting diode,LED)具有输出功率稳定、价格低、体积小、寿命长等优点,已成为新一代的理想光源。但目前LED的输出波长限制其在LIF检测中的应用[24]。相信随着科学技术的发展,LED将更多用于便携式仪器及现场原位检测。

1.2 时间分辨荧光技术

时间分辨荧光技术利用目标物荧光寿命特性实现其鉴别、分析。如图1所示,12种PAHs的荧光寿命可分为短寿命、中等寿命和长寿命3种类型。Kotzick等[25]研究发现,实际水样PAHs的时间衰变曲线中,瑞利散射(rayleigh scattering)的寿命为0～2 ns;短寿命PAHs的为2～10 ns;长寿命PAHs的多大于10 ns。因此,采用时间分辨荧光技术不仅可利用寿命差异分辨多组分PAHs,还可有效避免溶剂的拉曼散射、杂散光、短寿命组分荧光的干扰[13]。

1.3 LITRF技术

本文所述LITRF以购于德国哥廷根激光实验室的Fluovision系统为例,其由激光器、光学系统、测光元器件和控制系统组成。其中,光学系统主要包括分光器、倍频晶体、激发波导、检测波导和发射单色器。经光学系统调节参数,激光器(Nd:YAG激光器,266 nm)发射激发光,由激发波导传至待检测样品,样品产生的荧光信号经收集由检测波导传递至光谱仪,由测光元件对其进行检测(见图2)。

2 LITRF技术在检测环境中PAHs的应用

PAHs作为POPs的一类,可通过大气长距离传输、分布于区域乃至全球[26～28],并在水体、土壤、植被等中分配[29～31]。过去常用的检测手段,如GC、GC-MS、HPLC,虽选择性好、灵敏度高,但样品需经破坏性提取,无法保持被测对象在环境介质中的原始赋存状态。LITRF技术以其灵敏度高、可以现场、原位测定的优势,为实现持久性有机污染物在不同环境介质界面间的传输、迁移转化、复合效应、机理等方面的研究提供可能。目前,LITRF技术的相关应用主要在方法创建、环境介质中单组分、多组分PAHs含量的原位测定等。

1991年,德国Niessner等首次利用自制的LITRF(N2激光器,337 nm),在实验室内建立的检测水溶液中单组分、多组分PAHs方法检测限可达ng/L[2]。基于此,他们又将其用于实际水体中PAHs的原位测定,其时间分辨功能可有效避免水体中腐殖质对测定结果的影响[25,32]。同年,Niessner等还利用一台购于德国哥根廷激光实验室的LITRF(XeCl激光器,308 nm)对吸附于气溶胶固体表面的单组分、三组分PAHs进行原位定性、定量分析,其方法检测限可达5 ng/m3[33]。1998年,Rudnick和Chen将自制的LITRF(N2激光器,337 nm)用于波士顿湾等近海水体中PAHs分布、来源的现场原位测定[34]。结果表明,背景信号对长寿命PAHs的测定结果影响较小;结合时间分辨功能,该技术对长寿命PAHs(尤其是芘)的检测限可达ng/L,同时可消除拉曼光谱干扰。同年,Karlitschek等描述一台商品化的LITRF(Nd:YAG固体激光器,266nm,355 nm)的工作原理[35],利用该系统在实验室内建立测定水样中PAHs新方法,可用于被石油污染的实际水体中PAHs原位测定,结合时间分辨功能、最小二乘法模型实现16种PAHs的光谱分离和定量分析。2003年,Grundl等利用自行搭建的船载LITRF(XeCl激光器,308 nm)对密尔沃基湾沉积物中PAHs的空间分布进行原位检测,并借助最小二乘法模型实现13种PAHs的原位同时测定[36]。2004年,Lee等利用同型号检测系统建立土壤中典型PAHs(菲、芘)的原位测定方法[37]。

国内这方面研究起步较晚。仅见LIF技术在原位检测环境中PAHs方面的应用报道。2011年,杨仁杰等利用LIF(Nd:YAG激光器,355 nm)建立原位检测土壤中PAHs荧光方法,以蒽为对象实验验证其可行性[38]。同年,为实现海岸带石油类污染物快速与非接触性检测,冯巍巍等(Nd:YAG激光器,355 nm)建立石油类污染物,特别是典型的PAHs荧光探测系统,实验表明,不同种类石油样品中PAHs荧光信号存在较大差异[39]。2008年,笔者利用LITRF现场原位考察九龙江河口水体中溶解有机物(chromophoric dissolved organic matter,CDOM)浓度分布及其特征荧光团(如类腐殖质、类蛋白)的环境行为特性,结果显示CDOM对水环境中PAHs迁移、归宿、生物有效性[40～42]影响显著。

3 原位考察环境界面间PAHs环境行为的方法进展

在POPs环境行为研究中,界面过程的研究是认识其生物地球化学循环、有效评估其生态环境效应的关键环节。其中,大气均一性较好,对POPs的使用和排放十分敏感[43,44]。植物作为陆地表面、与大气接触面积最大的环境介质,在控制、消减全球/区域大气PAHs污染方面起着重要作用[45]。已有研究表明,大气、植物界面是PAHs交换最活跃的场所[46]。因此,原位研究大气、植物界面间PAHs的交换行为对于切实理解植物修复大气PAHs的过程、机制具有重要理论和实际意义。红树林作为热带、亚热带河口潮间带一种典型生态系统,具有生产力高、叶片角质层厚等特点,这是其富集、储存PAHs的良好基础。笔者将固体表面荧光、光纤荧光、荧光显微及双光子激光共聚焦荧光显微技术相结合,初步建立红树林湿地中典型PAHs环境行为原位研究的方法体系。通过自制固体样品架,建立原位测定新鲜白骨壤和木榄2种红树叶片表面所吸附蒽的固体表面荧光法,其方法检出限分别是5.77ng/g,1.79ng/g[47]。2008年,利用所建方法实验验证红树植物叶片具有较强固定、吸附PAHs的能力;随红树种类的不同,其吸附能力不同;这与其叶片表面的角质层蜡质含量密切相关[48]。为进一步实现活体植物叶片表面PAHs的原位测定,2009年,建立原位测定吸附于活体红树叶片表面荧蒽的光纤荧光法[12]。次年,采用此方法原位研究吸附于活体红树叶片表面荧蒽的光降解动力学过程。结果表明,该过程满足一级反应动力学方程[49]。为接近实际环境,2010年,利用光纤荧光法实现吸附于活体秋茄叶片表面多组分PAHs(芴、菲、荧蒽)的原位同时测定,并研究3组分共存条件下,各组分相应的光降解动力学过程。结果表明,同等条件下,单组分PAH的光解速率要高于多组分共存时的。为改善方法选择性,2012年,将光纤同步荧光法应用到红树叶片表面蒽、芘的原位测定,建立固体表面同步荧光法[11]。此外,通过自行设计生态模拟箱,采用荧光显微与光纤荧光技术,模拟自然生境条件,原位观察荧蒽、菲从大气传输进入白骨壤幼苗及在其体内赋存、迁移情况。为PAHs在大气-植物界面间的交换过程研究从实验室走向现场迈出重要一步。

4 LITRF技术在检测环境中PAHs方面的研究展望

本文所述LITRF系统配置的是四倍频半导体泵浦固体激光器,脉冲持续时间1ns FWHM,脉冲能量>30μJ,重复脉冲频率为50 Hz。测光元件采用光学多通道ICCD检测器,检测波长范围为260～550 nm,时间分辨为1 ns。并于当年12月船载该仪器建立现场原位研究九龙江口水体中CDOM的新方法。其灵敏度、选择性优于常规方法。

为进一步拓展LITRF技术的实际应用,笔者在已有工作基础上,以蒽为研究对象,建立原位测定吸附于4种红树(秋茄、桐花树、白骨壤和木榄)叶片表面蒽的方法。结果显示,一定浓度范围内,红树叶片表面蒽的浓度与其相对荧光信号强度呈良好的线性关系(见表1,2)。相比光纤荧光法,LITRF法线性范围更宽,且灵敏度提高10～20倍,这为实现现场原位研究吸附于红树或其他植物叶片表面PAHs环境行为提供更优的方法选择。

X:蒽溶液的浓度.Y:吸附于红树叶片表面蒽的荧光强度

诸多已有研究表明,活体叶片角质层是植物接触、吸收、积累环境中PAHs的第一道屏障,也是迁移、转化PAHs的重要载体[50～53]。目前,大气、植物叶片间PAHs平衡分配常数(KPA)、传质速率常数(κAP)和消减速率常数(k)等参数是量化特定植物控制或消减大气PAHs的能力参数[54,55]。笔者利用所建方法和模拟生态箱,原位考察秋茄、木榄和桐花树3种活体植物叶片表面吸附蒽(起始浓度分别为600 ng/spot,800 ng/spot,800 ng/spot)的消减过程(见图3,4)。由图3可知,吸附于3种红树植物叶片表面蒽的消减均包括快、慢解吸2个阶段,且快解吸阶段为几个小时,这与文献报道的结果基本一致[51,53]。这表明,文献[30,55]用“吸附于叶片表面PAHs发生的交换行为”解释产生“快解吸”的原因欠合理。由图4可知,吸附于3种红树叶片表面蒽的k值存在一定差异,即k(秋茄)>k(木榄)>k(桐花树),这说明3种红树植物对蒽的吸附能力不同,即秋茄>木榄>桐花树。

现实环境中,PAHs多以多组分共存,利用LITRF时间分辨功能,实现大气、植物界面间多组分PAHs共存时交换行为研究,具有现实意义。由图1可知,芴最大发射波长与蒽、芘存在明显差异,芘寿命明显长于其他PAHs,蒽寿命最短。因此,借助PAHs光谱位置、寿命的差异可将其分辨,而得以测定。基于此,笔者以活体秋茄幼苗为研究对象,利用LITRF对比芴、蒽、芘(500 ng/spot,400 ng/spot,200 ng/spot)单组分及3组分(500:400:200ng/spot)共存时消减过程的差异。结果表明,与单组分相比,3组分共存时的PAH的k值均变小,造成这种现象的具体原因待进一步讨论。其中蒽的实验结果(见图5,6)。

5 展望