探头角度（共6篇）
探头角度 篇1
0引言
为保障矿山企业安全生产,大型设备轴类无损检测已经成为必不可少的一项重要内容,比如提升机主轴、通风机主轴、皮带运输机主轴等。随着设备主轴运行时间的增加,其材质最终难免由于疲劳原因而产生疲劳裂纹,超声波探伤检测可以发现主轴是否产生疲劳裂纹并监视疲劳裂纹的发展情况,及时掌握主轴状态,以便采取措施,确保安全生产。本文对设备轴类锻件的超声波探伤方法以及小角度纵波直探头的应用进行了阐述。
1探伤条件的确定
在设备检测检验行业,由于在用设备的特点所致,轴与滚筒不可能拆装,必须在有限的条件下对主轴进行超声波探伤。从以往设备主轴断裂的原因分析,多数断裂是在应力集中的地方发生,如主轴与滚筒连接压痕线附近,需要根据主轴结构、几何尺寸、疲劳裂纹的特点确定探伤条件。
1.1探头的选择
轴类锻件的探伤大部分选用纵波直探头,但当轴的长度太长或轴有多个直径不等的轴段时,会有声束扫查不到的盲区,应辅以小角度纵波直探头进行轴向探测,如图1所示。
在实际工作当中,应力集中点是扫查的重点区域,采用小角度纵波直探头来完成对应力集中点的检测。
依据斯奈尔定律:
式中,C1为有机玻璃中纵波的声速;CL为钢中纵波的声速。
想在工件中产生8°~16°的折射纵波,那么入射角α选择5°~7°,折射角β=10.9°(α=5°)或β=15.3°(α=7°)
小角度纵波直探头的制作:
(1)定制探头。
(2)自制探头。利用环氧树脂将直探头粘在有机玻璃楔块上,如图2所示。
1.2耦合的选择
在锻件探伤时,为了实现较好的声耦合,一般要求探测面的表面粗糙度Ra不高于6.3μm,表面平整均匀,无划伤、油垢、污物、氧化皮、油漆等。
锻件探伤时,常用机油、浆糊、甘油等作为耦合剂。当锻件表面较粗糙时,也可选用水玻璃作为耦合剂。
1.3扫查面的选择
根据超声波探伤基本原则,超声波声速要尽可能覆盖疲劳裂纹发生区域,且声速尽可能和裂纹垂直,以获得最大的裂纹反射量,形成较高的探伤灵敏度。由于在役检测限制了探伤条件,探头只能放置在主轴端面进行检测,需根据实际情况与理论计算,选取小角度纵波直探头的探测部位。
1.4小角度纵波直探头试块制作
选取锻件轴一截,在距离端轴面450 mm处加工宽0.5 mm、长20 mm、深3 mm的人工锯口,如图3所示。
2探伤灵敏度的校准
2.1直探头灵敏度校准
调节锻件探伤起始灵敏度的方法有两种,一种是利用锻件底波来调节起始灵敏度,另一种是利用试块来调节起始灵敏度。
2.1.1底波调节法
当锻件被探测部位厚度X≥3N时,常用底波来调节探伤灵敏度。
(1)计算。平底面同距离处底波与平底孔回波的分贝差为:
式中,λ为波长;X为被探部位的厚度;Df为平底孔直径。
(2)调节。探头对准完好区的底面,衰减(Δ+5~10)d B,调“增益”使底波B1达基准高,然后用“衰减器”增益Δd B,这时灵敏度就调好了。为方便发现缺陷,可再增益5~10 d B作为搜索灵敏度,即扫查灵敏度。
2.1.2试块调节法
单直探头探伤:当锻件厚度X<3N或由于几何形状所限或底面粗糙时,应利用具有人工缺陷的试块来调节探伤灵敏度,如CS-1和CS-2试块。调节时将探头对准所需试块的平底孔,调“增益”使平底孔回波达基准高即可。
2.2小角度纵波直探头灵敏度校准
将小角度探头置于试块端面上,探测试块内侧(距端面450 mm)3 mm深人工锯口,移动探头,使人工锯口反射波达到最高,并将波高调节到仪器荧光屏满幅度80%,作为小角度探头探伤灵敏度。
3探伤操作
3.1主轴压装部位探伤
主轴压装部位为应力集中点,知道主轴端面到压装部位(或钢包耳轴的根部)的距离和角度β,根据三角函数,能求出探头到端面边缘的距离,即探头移动的范围。将小角度纵波直探头放置在范围内主轴端面上(图4),在探伤灵敏度基础上再增益6 d B,对主轴压装部位进行扫查。探头做周向运动,探头晶片互相覆盖10%,探头移动轨迹为锯齿形,当发现疲劳裂纹后,恢复灵敏度进行定量。
3.2主轴内部缺陷和大裂纹查找
将纵波直探头放置在主轴端面上,在探伤灵敏度基础上再增益6 d B,对主轴内部进行扫查。探头做周向运动,探头晶片互相覆盖10%,探头移动轨迹为锯齿形,当发现疲劳裂纹后,恢复灵敏度进行定量。
4缺陷判定
4.1缺陷大小的测定
在锻件探伤中,对于尺寸小于声束截面的缺陷一般用当量法定量。
若缺陷位于X≥3N区域内常用当量计算法和当量AVG曲线法定量。可根据公式求出缺陷当量Φx大小:
式中,Δ为与已知当量的分贝差;Φx为缺陷当量;Φ1为已知当量;Xf为缺陷距离;X1为已知当量的距离。
缺陷位于X<3N区域内时常用试块比较法定量。
对于尺寸大于声束截面的缺陷一般采用测长法,常用的测长法有6 d B法。必要时还可采用底波高度法来确定缺陷的相对大小,直接判定。
4.2缺陷的性质和类型
4.2.1单个缺陷回波
一般单个缺陷是指与邻近缺陷间距大于50 mm、回波高不小于Φ2的缺陷。探伤中遇到单个缺陷时,要测定缺陷的位置和大小。当缺陷较小时,用当量法定量;当缺陷较大时,用6 d B法测定其面积范围。
4.2.2分散缺陷回波
锻件探伤中,工件中的缺陷较多且较分散,缺陷彼此间距较大,这种缺陷回波称为分散缺陷回波。分散缺陷一般不太大,因此常用当量法定量,同时还要测定分散缺陷的位置。
4.2.3密集缺陷回波
锻件探伤中,示波屏上同时显示的缺陷回波甚多。波与波之间的间隔距离甚小,有时波的下沿边成一片,这种缺陷回波称为密集缺陷回波。
5结语
以上分析探讨的只是笔者在实际工作中积累总结的主要方法,通过几年的实践,笔者认为以上检测方法是可行的,检测出了在用设备存在的一些问题,排除了隐患。
参考文献
[1]JB 4730.3—2005承压设备无损检测第3部分:超声检测[S].
探头角度 篇2
1 资料与方法
1.1 临床资料
选择2010年5月至2011年12月在我院行妇科超声检查患者中,临床确诊宫外孕196例进行分析总结。年龄18～42岁,平均年龄26岁。
1.2 仪器
GE LOGIQ 3B/W、SIEMENS SONOLINE ADARA、GE 730显像仪带有经阴道高频探头及腹部探头,探头频率为5.0～7.0MHz及3.5～5.0MHz。
1.3 检查方法
1.3.1 经腹部超声检查
适度充盈膀胱,取仰卧位,采用腹部探头,在盆腔部位进行纵、横、斜等多个切面仔细扫查及上腹部肝肾隐窝,观察子宫及附件区:观察子宫大小、内膜厚度、宫内有无孕囊存在;附件区卵巢与异常包块的分辨,盆腹腔及肝肾间隙有无积液,对包块与卵巢、子宫的关系、包块的性质、大小作记录。
1.3.2 经阴道超声检查
铺好一次性治疗巾于臀下,患者取膀胱截石位,进行常规探测子宫大小,内膜情况,仔细查找宫内有无孕囊后,将阴道探头偏右、偏左,稍抬高或紧贴腹壁,扫查双侧卵巢,尽力扫查到双侧卵巢,寻找卵巢周边有无高于卵巢回声的环状或不规则回声,观察陶氏腔及下腹腔有无积液,记录检查结果。
1.3.3 必要时可采用经阴道与腹部超声互相切换对比观察分析。
在操作过程中要对患者的体征和症状进行观察,问清停经史,并了解血清(HCG)p测定情况。
2 结果
196例异位妊娠患者中:经腹超声检查宫外孕诊断符合率为82.6%;漏诊未破型28例、流产型5例、宫角妊娠1例。阴道超声检查宫外孕诊断符合率为90.3%;漏诊未破型13例、流产型3例、腹腔型1例、子宫瘢痕妊娠2例。二者结合检查超声的宫外孕确诊率为95.4%,漏诊未破型8例、流产型1例。120例早期宫外孕患者中,经TAS确诊为早期宫外孕的有104例,问质部妊娠2l例,壶腹部妊娠83例。5例由于子宫内见假妊娠囊回声,误诊为宫内妊娠,3例仅经腹超声发现肝肾间隙微量积液暗区早期流产型宫外孕;9例在子宫、附件和盆腔均未见妊娠囊或阳性包块经动态观察3～7d后复查超声发现附件区异常小包块及结合血HCG值变化诊断为早期宫外孕。见表1。
3 讨论
经腹超声已被广泛使用妇产科检查,经阴道超声在宫外孕的检查中具有一定特异性和敏感性,有着较高的准确率,为早期宫外孕做出明确诊断。异位妊娠是妇产科常见的急腹症之一,以输卵管妊娠为最常见,约占异位妊娠的95%,其不能适应坯胎的生长发育,发展到了一定程度即可发生输卵管妊娠流产或输卵管妊娠破裂或继发性腹腔妊娠[1]。超声检查已成为诊断异位妊娠不可缺少的重要手段。异位妊娠超声声像图表现有:子宫略显饱满增大,子宫内膜回声增厚、增强。宫腔内无妊娠囊声像。注意辨别假妊娠囊声像真妊娠囊的“双蜕膜”征加以鉴别。未破裂妊娠囊的异位妊娠。其共同特征是混合回声包块内有完整的妊娠囊回声,即环状强回声包绕的无回声区,称为“甜面圈”征(dunot sign)囊内有时可见卵黄囊和胚芽回声,偶见胎心搏动。子宫直肠窝内无积液(血)征象。异位妊娠破裂合并出血,声像图表现多种多样,可见一较大的混合回声包块,边界欠清楚,形态不规则,包块中央有时可见“甜面圈”征,出血量多时,在腹腔内可见到游离性无回声区,肠管回声漂浮其中,可显示无回声或大量密集的低回声在子宫直肠陷窝内或肝肾间隙内[2]。由于血液潴留,这种大量出血破裂型的异位妊娠,密切结合病史和血尿HCG的测定经阴道与经腹部超声均百分百诊断,无明显差异性,经腹部超声对流产破裂型大出血快捷即时诊断、能更准确估测腹腔出血情况,血肿包块及腹盆腔积液特异性高。经阴道超声对较小流产型未破裂型“甜甜征—Dount征”优于腹部超声。输卵管妊娠尚未发生流产或破裂时,由于临床表现不明显,诊断较困难,往往需要再采用特殊辅助检查,如子宫内膜病理检查、腹腔镜检查、CT或MRI检查。由于MRI对判断出血性疾病具有特异性[3],一些学者称MRI是孕妇停经的4～6周为妊娠盲区的早早孕阶段的疑难的异位妊娠疾病诊断的“金标准”,敏感性与特异性较高,但其价格昂贵、基层医院未曾普及;超声经济、普及、简便、快捷、无创、可动态观察。经阴道超声能为许多早期异位妊娠做出明确诊断,对选择合适的治疗方案同样提供了可靠依据。对盲区的早早孕阶段的疑似的未排除的异位妊娠病例可采用结合血HCG测定值升降及超声动态观察情况判断[4]。
总之,在早期妊娠做超声检查时,一定注意宫内有无孕囊及双侧附件区有无环状高回声、肝肾间隙及盆腔有无游离液性暗区;宫内有孕囊,也要注意孕囊在哪里,目前国内外临床研究中已证实超声是一种无创、简便、便于重复的妇科的首选检查方法。在提示异位妊娠诊断中具有重要的临床价值。
参考文献
[1]乐杰.妇产科学[M].4版.北京:人民卫生出版社,2009:104-106.
[2]伍于添.超声医学基础与临床应用指南[M].北京:科学技术文献出版社,2009:376.
[3]孔秋英,谢红宁.妇产科影像诊断与介入治疗学[M].北京:人民卫生出版社,2002:84.
电场探头光电特性研究 篇3
电场探头作为一种测量电磁场的设备,被广泛应用于工业、科学、医疗方面,也可以用于电磁兼容试验、检查电场场强以及寄生辐射等。因此研究探索电场探头的实现方法具有重要的工程应用价值。电场探头的结构由三部分组成:探测单元(通常是偶极子天线或小环天线)、传输单元(同轴线或者光纤)和测量单元。考虑到探头探测到的信号较小,同时要求探头对测量环境扰动尽可能小,可通过电光转换将探测到的信号转换为光信号,并通过光纤进行传输,而在接收端使用光电转换,实现电场场强测量。系统回路包括:电子元件和光电子元件,即光电集成回路(OEIC)[1]。本文通过速率方程将回路中的光学器件等效为电子电路,进而实现对电场探头的模拟分析。
1 回路的速率方程
速率方程确立了光子和载流子之间的相互作用,并被广泛应用在半导体器的静态特性、频谱特性、动态特性等的研究上[2]。本节讨论电场探头的核心器件多量子激光器(MQW)和光电二极管(PIN-PD)的速率方程。
多量子阱激光器较完整的速率方程[1,3,5]:
其中,即,gO为增益系数,Ntr为透明载流子浓度,I为注入电流,V为有源区体积G为净受激发射率,ph为激光腔中的光子寿命,N为载流子密度,sp为载流子寿命,β为自发辐射因子,M为阱数,(1+εS)-1为增益饱和项。
令,得到输入的电流为:
R1和R2分别为MQW上下DBR区的等效反射率,λ为真空波长,D为有源区和光限制区的总厚度,W为有源区宽度,ng群折射率,h为普朗克常数。
光电二极管中的光电流由三个部分组成:N区过剩扩散电流Ip、P区过剩扩散电流In、I区电子空穴漂移电流。
Pn(Np)为N(P)区过剩空穴(电子)总数,Ni(Pi)为I区过剩电子(空穴)总数,τp(τn)为N(P)区空穴(电子)寿命,τnr(τpr)为I区电子(空穴)复合寿命,τnt(τpt)为I区电子(空穴)漂移时间,Gp(Gn)为入射光在N(P)区的电子(空穴)对产生率(单位时间产生的电子-空穴对总数),Gi为入射光在I区的电子-空穴对产生率,Ip(In)为N(P)区少数载流子空穴(电子)扩散电流。则流过N-I界面的端电流[7]:
式(11)中CT=CS+CJ,Cs为寄生电容;CJ=ε0εSA/WI,s为材料相介电常数,A为器件面积,WI为I区厚度,Vj为节电压,Rd为寄生电阻。
2 等效模型与仿真分析
偶极子天线将空间电场信号转化为电信号,并加载在光源上,实现电信号对光源的直接调制,调制后的光信号通过光纤传输到光电二极管,经过放大后实现最后的测量。为实现用电子电路方式处理光信号的输出、输入,在MQW的模型中引入一个虚拟的端口,用来输出光信号。同样,PIN的模型中引入一个虚拟的端口,用来接收光信号。通过将天线和低噪声放大器等效为信号源,并将MQW和PIN转化为电子电路,忽略光纤中的传输损耗,实现建模。模型如图一所示。其中C1,C2,R分别为MQW内部等效电容或电阻,Con,Ron,Rop,Roi,Rn,Rnd,Rpd,Rnr为PIN内部等效电容或电阻,βn,βp为PIN中N区和P区等效电导,Rs1,Rs2分别为MQW和PIN的寄生串联电阻。
3 实验结果和数据分析
首先进行直流特性的仿真,结果如图二所示。仿真曲线与实际测量结果基本吻合,曲线表示在室温下MQW的阈值电流大约为8m A,则激光器工作电流范围为8m A到24m A,在此工作条件下,PIN检测的光电流与MQW输入电流成线性关系。
根据图二,我们选取MQW直流偏置为16m A,调制信号幅度为峰值3m A,频率1GHz的正弦信号来进行瞬态仿真,结果如图三所示。从图三知输出功率8m V附近上下波动(负载为50欧),这与图二的曲线十分吻合。由于信号较小,实际应用中PIN的输出阻抗较大,其相应的信号处理电路必须仔细设计,应满足低偏置电流、低噪声和高增益的要求,可采用TIA(跨阻放大器)用来将这个低电流转换为一个可用的电压信号,并将高阻抗变换为低阻抗(50欧),便于与测量仪器连接。此外,从图中还可以看到,输出信号较调制信号有大约0.2ns的导通时延。
4 结束语
本文建立了一个适用于电场探头系统的等效电路模型。利用电路分析软件PSpice进行了仿真,得到了一些特性曲线,这些曲线与理论分析一致,并与实际器件性能相符,该等效模型的正确性得到了验证。该等效电路模型可以用在电场探头的电路模型中,对电场探头的研究有一定的指导意义。
参考文献
[1]甄志强,赵晓艳,汤正信.垂直腔表面发射半导体激光器的PSPICE模型[J].河南科技大学学报(自然科学版),2007,28(5):98-100.
[2]张晓霞.垂直腔面发射半导体激光器的研究[D].成都:西南交通大学,2001.
[3]F.Stern.Gain current relation for GaAs lasers with n-type and undoped active lasers[J].IEEE J.Quant.El ectr.,1973,9(3):290-293.
[4]Detemple T A,Herzinger C M.On the semicondu-ctor laser lograrithmic gain-current density relat-ion[J].IEEE J.Quantum Electorn.,1993,29(5):1246-1252.
[5]吴文光,范广涵,沈为民.多量子阱VCSEL速率方程的数值模拟分析[J].半导体光电,2007,28(5):651-654.
[6]张玲丽.量子阱激光器的电路模型及其PSpice模拟[D].武汉:武汉理工大学,2006.
关于探头煞的问答 篇4
最近, 我在月华小区买了一坐北朝南一梯两户的单元住宅。住宅的地理环境不错。南面向有两栋楼房, 后面一栋比前面一栋高两层。楼盘紧靠地铁口, 交通方便;紧靠地铁口旁有超市、菜市场, 购物方便;楼盘内建有幼儿园、小学, 将来小孩可以就近学习。我满意极了。但搬进去不久, 就出现了使人不愉快的事。即一月之内, 小偷三次光顾我家, 虽没有造成大的财产失, 但总令人不高兴, 也使人有点害怕。前不久, 我有一个稍懂风水的朋友来看我, 我同他谈起此事, 他站在我南向的阳台上看了一下, 对我说:我购的房子犯了“探头煞”, 要化解, 若不化解, 今后还会有盗贼光临。说的我毛骨悚然。请问老师:何谓探头煞?我所购之住宅犯了探头煞吗?探头煞有何危害?如何化解?恳请解答!
感谢!
深圳南山区刘
2015年8月18日
刘先生:
你好!
来信收到, 现就你提出的问题, 答复如下:
风水上, 确有“探头煞”之说。
“探头煞”, 是风水中的形煞之一。它原指的是住宅后面, 有一靠山, 靠山之后又有一山比靠山高, 其山头紧靠靠山, 犹如一个头探出, 窥视左邻右宅, 前前后后。由于其如头, 又呈窥视状, 故以其形命其名曰“探头煞”。这是古时之探头煞的由来, 古时山野之地, 这种原始探头煞到处可见, 斗转星移, 衍伸到现在, 特别是现代城市, 随着环境的变化, 探头煞又有了新的含意:所指的范围更宽泛了:即住宅周围, 包括前后左右、四面八方, 只要是有房屋 (楼房) 凸出包括水塔等凸出物, 像是一个人的头探出来, 都是犯了探头煞。您所购之宅, 前面有两栋楼房, 最前面一栋楼房高出您前面那栋楼房两层, 平视看去, 就像您前面那栋楼房长出了一个头, 虎视眈眈地窥视着您所购之房宅, 您所购之房宅从风水的角度, 确是犯了风水上所说的探头煞。您搬到新家不到一个月, 小偷三次光顾, 是探头煞之煞害所致, 还是某种巧合, 您可以自己加以判断。
根据探头出现的方位的不同, 探头煞分以下四种类型, 其危害也不尽相同:
探头出现在住宅前面的, 叫前探头煞, 主犯小人盗贼, 于宅主之事业财运不利;探头出现在宅左边的, 叫左探头煞, 主家中男子喜欢外出偷腥, 小三插足;探头出现在宅右边的, 叫右探头煞, 主家中女子易发生婚外情, 红杏出墙;探头出现在宅后面的, 叫后探头煞, 主家中会出现不良少年, 危害子孙。这当然是风水之说!
总之, 以风水学之观点, 探头煞是一种不良之形煞, 其克应主要表现在主桃花、盗贼、偷窥狂。
风水上既有探头煞这一形煞, 以风水学之观点, 有煞必有其解, 探头煞之化解, 最好的是去掉探头。这显然是不可能的。不仅要挖掉宅后之探出的山头不可能, 就以现代而言, 城市特别是大中城市、特大城市, 土地寸土寸金, 在有限的土地上加大使用强度已成为难以控制的趋势, 楼宇一栋比一栋高的到处比比皆是。要拆除这些可能形成探头煞的高楼也更是不可能。显然, 此路不通!
既然去掉探头此路不通, 那么风水上还有没有其它路可走呢?风水上提出了以下几法:
一是遮、挡法。用窗帘或屏风, 将住宅暴露如外的部分如窗、门遮挡起来, 你探我挡, 让你探不见, 窥不着, 让你不知宅和房间有何物、何人, 你能有目标来盗、来勾引、来招引吗?
二是吉物化煞。对准煞方, 置放一八卦凸镜将探头煞之煞光反射回去, 也可以对准煞方置放麒麟神兽或山海镇, 也可以化解探头煞之煞气。
探头煞招致煞害, 其形成有一定时代背景。以探头煞招致盗窃为例。中华文明在相当长的一个时期内, 商品的交换是以黄金、白银、珠宝为介质的, 珠宝黄金的多少, 代表一宅富裕的程度。金银珠宝藏于室, 珠光宝气溢于外。探头居高窥视, 望气而知哪里有宝藏、财富, 盗贼不走空路, 窥气而目标明, 藏金银珠宝之家易招盗贼就不足为怪了, 于是, 探头煞便由此而生了。随之, 化解之法也为一些风水师提出了。事实上, 珠光宝气, 珠宝藏于室。光气泄于外, 岂是一幅窗帘所挡得住、遮得了, 也非一个八卦镜、一块山海镇石头、一只麒麟神兽所能化解的。充其量, 不过是图个心理安逸而已。防盗还得篱笆牢, 关键在于加强防范意识, 提高警惕, 加强自身修养和对子女教育, 加强社会控制面管理, 盗者就会没有市场。要说化解这是最好的化解。风水上所谓的化解实际上是一种无可奈何的心理安慰之举。
您所说的搬进新居不到一月, 小偷三次光顾, 或许是某种风水上的巧合, 相信您通过这三次巧合, 一定会提高警觉, 加强警惕, 提高防范意识。有您的警惕加上小区大面的布控, 您家可能不再会出现小偷频繁出现的现象。
如果您还觉得心理上还有某些放不下的地方, 您不妨正对探头, 悬挂一九宫八卦凸镜, 以作化煞之用。不过, 要提醒的是:悬挂九宫八卦镜, 最好请深谙易理之士进行操作, 以免镜挂在财位上, 反射走了您家的财气。
专此答复
顺祝大安!
溜井扫描探头升降速度控制研究 篇5
溜井属于开拓系统工程, 是矿石运输的重要通道[1,2,3], 其稳定性直接关系到矿山生产能力和采矿计划安排, 因此, 溜井的检查与维护是保障矿山安全生产的一个重要环节。
溜井处于地下, 具有能见度低、湿度大、通风条件差、粉尘浓度高、场强复杂等环境特点。参考文献[4]研制了一款能适应该环境的全景扫描仪, 其通过一种水平方向均匀分布4支CCD (Charge Coupled Device, 电荷耦合元件) 扫描探头的升降装置在溜井内上下移动获取井壁图像, 技术人员通过获取的图像诊断溜井的运行状况。放矿过程中, 溜井井壁易受到冲击载荷等因素影响出现浮石[5], 致使升降装置不能稳定运行, 引起扫描探头抖动, 导致图像相位变位或像元拉长、压缩、模糊[6,7], 影响检修工作的正常进行。实现扫描探头升降速度稳定是溜井全景扫描仪研制的关键技术之一。本文通过研究溜井全景扫描仪升降装置的结构, 建立了扫描探头升降速度与转筒角速度之间的关系模型, 以此为设定转筒角速度曲线的理论依据, 并采用闭环PLC控制方法控制扫描探头升降速度, 以实现扫描探头匀速升降。
1 溜井全景扫描仪升降装置结构
本文在参考文献[4]基础上对溜井全景扫描仪的升降装置进行改进, 如图1所示。该升降装置由电缆收放单元、井深测量单元和控制器单元3个部分组成。
1-组合式卷筒扁平电缆;2-计数轴;3-数据采集系统;4-探头保护板;5-固定脚轮;6-电气箱;7-卷线盘;8-传动轴;9-绞盘;10-机架;11-带刹车活动脚轮
电缆收放单元由卷线盘、绞盘、电动机、变频器等构成, 可实现手动和电动2种收放方式。
井深测量单元由计数轴和旋转编码器构成。计数轴安装在升降装置的横梁上, 其一端通过弹性联轴器与旋转编码器轴连接。电缆安置在计数轴的环形凹槽内, 通过沿环形凹槽圆周方向转动产生的摩擦力带动计数轴转动。旋转编码器用于获得计数轴转数n (n∈N) 。电缆与计数轴之间无相对滑动, 因此可计算出收放电缆的长度, 即井深。
控制器单元由PLC和电控元件构成。PLC与变频器通信, 实现扫描探头速度控制。
2 扫描探头升降速度控制分析
图2为扫描探头下放过程示意, G41表示电缆未下放时扫描探头所处的位置, G0表示电缆完全下放时扫描探头所处的位置。
2.1 扫描探头升降速度设定值
为保证扫描探头视频图像的清晰度及流畅性, 要求连续2次扫描间距不大于扫描探头最小纵向扫描范围, 且在最小纵向扫描范围内至少采样23帧图像。由参考文献[4]可知, 当溜井截面积增大时, 每台扫描探头的横向扫描范围随之增大。设可扫描360°圆周的扫描探头最小横向扫描范围为lmin, 根据每张图像的长宽比可确定扫描探头的最小纵向扫描范围Hmin:
式中:Rmin为溜井最小截面半径;a, b为扫描探头的分辨率, 本文中a=1 040, b=1 392。
设Rmin=0.5m, 可得Hmin=0.58m。
扫描探头采样速率为15帧/s时扫描图像效果较好, 则扫描探头的最大升降速度vmax| (m/s) =0.58×15/23=0.38。设定扫描探头升降速度v=0.2m/s。
2.2 转筒角速度与扫描探头升降速度的关系
已知转筒半径为300 mm, 电缆圆盘最大半径为650mm, 电缆厚度为8.5mm, 则120m扁平电缆在转筒上的最大缠绕圈数nmax=INT[ (650-300) /8.5]=41。
假设图2 (a) 为扫描探头下放的起始状态, 并以速度v从井口匀速下降, 这时卷线盘中的电缆圆盘逐渐减小, 转筒角速度ω (t) 逐渐增大。
t时刻电缆圆盘半径r (t) 为
已知
将式 (2) 代入式 (3) 得
在扫描过程中, v为常数, 设为c, nmax=41, 则
由式 (5) 求解ω (t) 非常困难, 本文采用圆的渐开线方法进行近似处理。假设: (1) 转筒每旋转1周, 电缆圆盘的半径线性增大或减小8.5mm; (2) 转筒角速度线性递减或递增; (3) 以扫描探头在井口开始下放为零点开始计时。则当转筒旋转i (0≤i≤41) 圈时, 电缆圆盘半径ri近似为等差数列, 即
当转筒旋转整圈, 即i∈N时, i=n;当转筒旋转不为整圈, 即 时,
由式 (6) 、式 (7) 得
则式 (2) 可化简为
由式 (7) 所表达的ω (t) 可简化为
式 (10) 即为化简后的扫描探头升降速度模型。该模型计算量小, 适用于实际工程。
3 扫描探头升降速度控制策略
采用闭环控制方法控制扫描探头升降速度, 通过式 (10) 将扫描探头的升降速度设定转换为转筒的角速度设定, 控制结构如图3所示。
扫描探头升降速度控制系统由PLC (带计数模块) 、变频器 (具有RS485通信功能) 、电动机及旋转编码器等组成。设定好的给定速度与PLC高速计数模块反馈回来的实际速度相减, 产生速度误差, 经PLC的比例积分 (PI) 控制器运算得到控制量, 再由RS485接口输出到变频器以驱动电动机, 通过调节电动机来控制卷线盘转动, 通过计数轴来控制扫描探头的升降速度。
采用离散化后递推增量形式的PI控制算法:
式中:Ef为第f次采样信号的偏差;Ui为给定输入信号;Uf为第f次采样值;P为PI控制器校正后的输出量;K=Kp (1+Ki) , Kp为比例系数, Ki为积分系数;Q为校正量中的积分部分, 初始值取为0。
为了防止系统信号出现较大偏差时, PI控制器的积分部分因消除偏差而过度积累饱和, 在控制算法中加入了积分饱和抑制算法, 流程如图4所示。
4 实验及应用
4.1 实验分析
对溜井全景扫描仪扫描探头速度控制系统进行模拟实验。输入信号为20mA (给定速度0.2m/s) , 被控对象的传递函数为 , Kp=0.1, Ki=0.03。采用随机信号模拟现场的干扰信号, 干扰信号在t=0时刻加入, t∈[-0.03, +0.03]。实验结果如图5所示。可看出约5s后, 扫描探头的速度曲线几乎是一条稳定的直线, 说明提出的速度控制策略能够实现扫描探头恒速运行。
4.2 工程应用
武汉钢铁集团矿业有限责任公司金山店铁矿在2012年应用溜井全景扫描仪对-410~-480m溜井进行检测, 扫描探头运动速度为0.2 m/s。图6为随机抽取的扫描全景图像, 可看出图像清晰, 无扭曲变形, 效果良好。
5 结语
实际应用表明, 以扫描探头的升降速度与转筒角速度之间的关系模型为理论依据, 设定扫描探头的升降速度控制策略是合理、可行的, 实现了扫描探头升降恒定速度控制。该速度控制策略可应用于船缆收放等系统中。
参考文献
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燃煤电厂烟气监测取样探头的应用 篇6
关键词：电厂,取样探头,CSMS
0 引言
2014年底, 国家能源局提出燃煤电厂的近零排放要求, 目前国内有部分燃煤电厂已经实施并通过了省级以上环保主管部门的验收。国家级的近零排放也提上议程, 国内现有11家燃煤电厂作为试点单位正在进行改造, 预期今年底将有部分电厂将会启动近零排放的验收。
烟气监测数据是环保监测部门判定CEMS仪表是否符合规范的一个重要标准, 各燃煤电厂除了对脱硫脱硝设备进行升级改造之外, 对CEMS的设备运营和维护也是一项重要的工作。目前, 我国燃煤电厂使用的CEMS仪表质量均已经有了质的提高, 数据均能满足环保部门有效性审核的要求, 但在日常运行过程中, 烟气的预处理装置及采样装置等对CEMS数据的监测误差占总误差的70%以上。由此可见, 烟气的前处理至关重要。
1 烟气连续监测CEMS系统分类及应用
目前烟气取样方法主要有两大类:直接测量法和抽取法。其中抽取法又分为直接抽取法和稀释法。
直接测量是把分析部件直接安装在烟道上, 结构简单, 无须管线, 采用差分吸收法测量。此方法在国内已很少使用, 国际市场份额不足1%。
直接抽取法 (加热管线法) 是通过加热管对抽取的烟气进行加热保温, 保持烟气不结露, 经细除尘、干燥装置、冷凝除湿等预处理装置后再送至分析仪。直接抽取法由于存在脱水过程, 对烟气中浓度较低且易溶于水的HCl、NH3、H3S等成分无法测量, 因此不能用于垃圾焚烧发电厂的烟气监测中。
直接抽取法适用于烟气除尘效果好的场合, 主要优点:样气中去除了水分, 为干气测量;用常量分析仪监测, 精度可靠;无需稀释气, 维修费用低;一台气体分析仪可进行多种污染物监测, 成本低;系统价格适中。
直接抽取法的主要缺点:需要电 (或汽) 伴热;需要采样泵和预处理装置。
直接抽取法多采用红外法测量分析仪。
稀释取样法是将除尘后的取样烟气用大量的干燥纯净空气按一定比例稀释 (100~250倍) 后, 使样气的露点温度远低于室温 (一般达到-30℃以下) , 再送至微量分析仪进行分析, 分析结果乘以稀释比, 得到检测值。稀释法通过采用临界孔技术保证稀释比。稀释法的主要优点:样气经大比例稀释后降低了烟气露点, 传输管道不会出现结露和堵管现象, 防止了烟气中的水汽凝结造成溶解性污染物的成分损失;杜绝了由于酸性凝结水腐蚀管道引起的故障, 提高了系统的运行可靠性;烟气抽取量小 (一般50m L/min) , 延长了过滤器使用寿命, 仪器维护量小;不需要烟气预处理装置, 简化了操作环节。
稀释法的主要缺点:样气中未除去水分, 为湿法测量, 结果需修正;需用微量分析仪, 精度要求高, 降低灵敏度, 误差增大;需要空气净化装置, 提高了成本, 增大了维护量;系统价格较高。
2 稀释法和抽取法取样装置
无论稀释法还是抽取法, 均需要对烟道的气体进行抽取采样。稀释法是将零气与样气进行混合, 然后送入到CEMS分析仪进行测量, 而抽取法则是直接从烟道中抽取烟气, 中间伴热然后送入烟气分析仪中测量。
2.1 稀释法取样装置
这种取样装置主要分为烟道内稀释探头和烟道外稀释探头二部分, 烟道内稀释探头主要用于抽气加热及稀释, 烟道外稀释探头主要用于对气体的吹扫及处理等。
2.1.1 烟道内稀释探头
烟道内稀释探头结构如图1所示, 稀释核心完全置于烟道内, 稀释点的温度压力和烟道内的温度压力是一致的。样气经过粗过滤器过滤后, 再经细过滤器进行过滤, 大部分的颗粒物均已滤出, 保证粒径大于5μm颗粒不进入样气中。
2.1.2 烟道外稀释探头
烟道外稀释探头的稀释核心置于烟道外, 烟道内的高温不会对稀释核心造成影响, 结构如图2所示。稀释核心仍然要加热到140℃, 以保证烟气内水分不结露。
探头外部分主要作用是接零气、喷射气、加热变装器等。
2.2 抽取法取样装置
抽取式取样装置主要由采样管φ25×500mm (长度最长可达到1800mm) 主腔体、加热等温体、粒子过滤器、安装法兰套筒、防护罩、部件等组成, 如图3所示。
该装置与样品气接触的部分全部采用316L不锈钢材料加工制成, 高温条件下抗腐蚀能力较强。
加热器可以将取样的气体加热到160℃左右, 高等级的 (如哈氏合金) 最高加热温度可达到800℃。过滤器一般采用旋转式, 旋转90°可以轻松更换滤芯, 滤芯等级一般为10μm。
该采样装置的采样动力主要来自于烟气分析柜内的抽气泵, 采样最大流量一般为1.5L/min。在运行过程中要及时更换滤芯, 以防烟尘堵塞取样管路, 造成采样流量下降。
探杆一般采用316L不锈钢材料, 探杆长度可根据烟道尺寸或烟囱直径来确定。若烟气流速过高, 应采用短探杆, 过长的探杆易断。
3 探头设计对CEMS测量的影响
3.1 稀释法探头对CEMS测量的影响
稀释法采用样气与零气按1∶100左右的稀释比来进行取样测量, 零气的质量对烟气成分的测量影响较大, 特别是对CO2的测量影响更为明显。稀释探头采用零气发生器对空气进行干燥处理, 将大气中的CO2进行吸附加热处理, 因此应及时更换CO2吸附材料。
音响小孔是稀释法的核心组件, 该小孔要求粗过滤器及精过滤器良好, 因此用户需要根据烟气颗粒物的含量来确定更换周期, 在更换过程中要避免滤芯中吸附的粉尘进入到采样管道中形成二次污堵。
稀释比例由稀释控制器控制。在使用压缩空气时, 要确保压缩空气无油无水, 并确保仪用气的品质。
稀释法最重要也是最关健的是要控制稀释比例固定不变, 若稀释比控制不当, 会严重影响测量结果。用户需要定期使用标准气体对测量全程进行标定, 一旦发现有误差, 应及时分析原因并处理。
3.2 抽取法探头对CEMS的影响
抽取法直接将样气抽取进行测量, 与之配套的一般为红外分析仪。红外法分析仪测量的误差来源主要是样气的湿度, 即水分的含量。因此, 抽取法对取样装置的可靠性要求远比稀释法的要求要高。取样装置及预处理装置的好坏, 直接影响测量结果的正确与否。
合适的长度及抗腐蚀的材料是探杆的基本要求。现场曾遇到过多次取样探杆断裂的情况。烟气流速超过20m/s, 探杆一般不超过1.2m为宜, 烟气流速低于20m/s, 可以选择1.5m的探杆。探杆目前一般采用的是DN25, 若有条件, 更换DN32的探杆可以提高强度, 减少断裂的可能性。
探头的加热, 可以大大减少水分的含量, 但加热温度必须达到160℃或以上才可避免探头析水。
4 取样探头的改型
(1) 延长加热长度, 确保法兰套管至烟道壁的探杆不受烟气腐蚀。
直接抽取法取样装置出现探杆腐蚀的主要部位是在法兰至烟道段约500mm距离的管道, 因该处的温度低, 水分结露导致出现硫酸物和硝酸性腐蚀, 在原烟气处使用一年左右即出现断穿孔。要解决此段出现水分结露现象, 可将该段增加外包加热丝提高加热温度, 使温度不低于85℃, 加热丝外套一316L不锈钢套管, 以保证烟气不接触加热丝。直接抽取法取样装置探头的改进如图4所示。
(2) 增加多点取样, 提高采用代表性。
目前多数取样装置均为单点取样, 单点取样点的位置选择尤其重要, 一般单点无法准确取得有代表性的气体。我国国标《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》GB/T16157-1996对采样进行了全面而系统的要求, 主要是针对人工取样及采样平台进行了规范, 而对在线式取样装置仍未明确规定取样点数。参照该标准中的人工取样即九点法取样, 对神华国华惠州热电分公司的取样装置进行多点取样探杆改进, 改进思路:将1.2m长的取样管由单点改为4点取样;各采样小孔采用孔径递减原则, 由小逐大, 取样孔径为20~40mm;传热管与取样头连接改为不锈钢卡套, 聚四氟乙烯套接头改为Φ6不锈钢管, 长度为50mm, 聚四氟乙烯取样管与不锈钢管直插并用卡箍箍紧。
改进后, 在原烟气及烟囱上进行试验, 以前存在的探杆腐蚀、漏气等问题得到基本解决, 一年来SO2未再出现测量值为0的现象, 烟气监测数据完全符合环保比对性能指标的要求。
5 结语
燃煤电厂要提高CEMS监测数据的准确性, 确保比对合格, 必须重视烟气监测设备的日常维护与保养, 特别是容易忽略的烟气取样装置及预处理系统的运行和维护。
目前我国火力发电厂烟气监测取样绝大多数为直接抽取法, 只有确保取样装置的完整性, 才能抽取到合格的具有代表性的烟气样气, 提高烟气监测的准确性。
参考文献