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在线监测仪范文1
Abstract： Through analyzing the mercury in flue gas online monitoring technology of cold vapor atomic absorption spectrometry， the article designs mercury in flue gas online monitoring instruments based on cold vapor atomic absorption spectrometry， including sampling units， test unit， control unit， and display unit. The instrument test data on the drift of zero point， span drift is ideal， realizing the real-time， secure， and stable monitoring of mercury in flue gas.
关键词： 冷原子吸收光谱法；在线监测；监测技术
Key words： cold vapor atomic absorption spectrometry；online monitoring；monitoring technology
中图分类号：X82 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）35-0032-02
0 引言
伴随着工业的发展，汞的用途越来越广，生产量急剧增加，从而使大量的汞随着人类活动而进入环境。主要包括：施用含汞农药和含汞污泥肥料；汞矿的开采、冶炼；含汞废水灌溉；城市垃圾、废物焚烧等等。人类活动造成水体汞污染，主要来自氯碱、塑料、电池、电子等工业排放的废水。而排向大气和土壤的也将随着水循环回归入水体。据第一财经日报综合报道，专家介绍，汞被联合国环境规划署列为全球性污染物，是除了温室气体外唯一一种对全球范围产生影响的化学物质。
1 烟气中汞在线监测仪器原理
烟气做采样泵的作用下经过气路切换单元（除湿、除尘和除硫），通过隔膜泵将汞蒸气输送到检测池中，汞蒸气在254nm下有强烈吸收，汞蒸气的浓度与吸收强度成正比，原理是朗伯-比尔定律
I=I0e-KCL
式中：I为吸收后的光强度；I0是物质浓度为零（即不存在吸收物质）时的光强度；C为物质浓度；L为比色皿（采样槽）的长度；K为吸收常数。对于一个特定的采样槽，其长度L不变；对于特定的测量波长以及特定的被测物，吸收常数K基本不变，因此通过测量吸收前后的可见光的强度，便可以测量出烟气中汞的浓度。
2 烟气中汞在线监测仪器设计
2.1 仪器结构框图 仪器结构框图如图1所示。
图1所示，监测仪器由三个单元组成，分别为气路切换单元、检测单元和显示单元，气路切换单元主要完成烟气和零气的切换处理，并针对不同的通道进行不同的预处理，其中烟气通道进行除尘和超滤处理，以减少对汞检测的影响。检测单元由光源、检测池和光电探测器组成，主要完成汞蒸气的吸收光信号检测，显示单元由数据计算、数据显示和数据输出组成，主要完成对检测到信号进行处理，经过运算得到吸光度，然后代入内置工作曲线进行计算得到汞浓度，最后将浓度结果通过RS485或4-20mA输出。
2.2 气路切换单元设计
2.2.1 切换器 切换器由三通切换阀和驱动器组成，当进行正常测试时，切换器切换到烟气通道，烟气经由除尘器和超滤器进入检测单元，当仪器需要进行零点校准时，切换器切换到零气通道，零气经由零气通道直接进入检测单元。切换阀采用低压24V控制模式，当三通电磁阀有电时，切换阀打开，失电时，切换阀关闭；当控制电源故障失电时，切换阀关闭。驱动器用于驱动三通电磁阀，能通过接收TTL控制信号是否产生24V电压。
2.2.2 除尘器 除尘器采用不锈钢材料制成的圆柱形多孔滤芯，烟气通过入口进入滤芯，烟气中的灰尘在滤芯上被拦截下来，烟气得到净化，当滤芯被附着的灰尘累积到一定程度后，启动反清洗装置，高压空气通过反清洗入口对滤芯进行高压反清洗，附着在滤芯表面的灰尘被脱落，达到滤芯自动清洁的目的。
2.2.3 超滤器 采用欧洲优质过滤材料和不锈钢骨架，具有过滤效率高、耐腐蚀、强度高、气流阻力低、使用寿命长等特点。滤芯最外层采用抗油、耐酸类化学腐蚀的疏水性泡沫套筒，防止了聚结液体重新进入气流，确保了高效率除有机干扰物，以减少有机物对汞检测造成的影响。
2.3 检测单元设计
2.3.1 光源 监测仪采用低压汞灯作为光源，汞灯是指汞蒸气压力为1.3～13Pa（0.01～0.1mmHg），主要发射波长在紫外区的253.7nm（0.01mmHg），相当能量为471.0kJ/mol（112.5kcal/mol），占灯的总能量的70%的汞蒸气弧光灯。25℃时，该灯的主射线为253.7和184.9nm。低压汞灯光强低，光固化速度慢，但发热量小，不需冷却就可使用。由于汞灯发出的光时发散的，使用的时候需要使用透镜将光聚焦，提高汞灯穿过检测池的能量。
2.3.2 检测池 在光谱吸收式气体检测系统中，气室的有效吸收光程是决定系统检测灵敏度的关键参数之一，本仪器采用怀特型气室的方法进行设计。本长光程气室内壁以及气室反射镜片均要求较高的反射率，以避免多次反射后造成的光强损失，气室内壁及反射镜片采用高反射率的金作为镀层，使光强反射率达到95%以上。气室的入射及出射窗口要求对于目标波长的光具有较高的透射率，根据波长的不同窗口使用的材料也会有所不同，光透射率达到92%以上。光路长度与测量精度有关，对于低浓度气体测量，光路达到8米以上。气室具有较强的耐腐蚀性，对于腐蚀性气体（如HCL、HF等）具有良好的耐腐蚀性，尤其是样气的出入口部分，镀层起到足够的保护作用。
2.3.3 光电探测器 光电探测器的工作原理是基于光电效应，热探测器基于材料吸收了光辐射能量后温度升高，从而改变了它的电学性能，它区别于光子探测器的最大特点是对光辐射的波长无选择性。在光电探测器的前端设置了253.7nm的滤光片，可以将其他波长的光拦截。
2.3.4 信号放大与AD转化 这部分主要是将光电探测器探测到的光信号进行放大，使其达到AD转化前的信号强度要求，AD转化电路完成信号的数字化。
2.3.5 数据采集处理 数据采集处理部分主要是完成光电探测器后端的信号进行采集并处理，使其采集到的信号更加有代表性。数据处理采用算术平均滤波法，提高其有用信号的比重，消除变化信号中的尖脉冲干扰值。
2.3.6 检测单元系统结构 检测单元系统结构如图2所示。光源由低压汞灯构成，在检测池的光路入口和出口分别设置了聚焦透镜，光源发出的光透过聚焦透镜进入检测池，穿过聚焦透镜，进入光电探测器。
2.4 显示单元
2.4.1 显示单元结构 显示单元以嵌入式低功耗CPU为核心（ARM CPU，主频400MHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏工控机，设计采用了7英寸高亮度TFT液晶显示屏（分辨率800×480），四线电阻式触摸屏（分辨率1024×1024），内置128M FLASH，24VDC供电，采用wince6.0操作系统，工控机的系统结构图见图3。
2.4.2 数值运算 仪器具有校准功能，能根据不同浓度的汞标气记录吸光强度值，然后采用乘二法进行线性拟合，得到线性方程，并将线性方程系数保存在仪器存储器中，然后将数据显示在显示屏上，并将数据保存到工控机内部存储器中。仪器设置了4-20mA模拟输出和RS485数字输出功能，可以提供外部仪器或数采仪进行数据采集。
3 性能测试
为了研究研制的在线监测技术定量分析过程中存在的系统误差和偶然误差，本文设计了专门的零点漂移、量程漂移和跨度漂移实验，本仪器的测量量程为0-100μg/m3。零点漂移是让监测仪每隔1h测试零气，连续监测24h，计算相对于监测仪的最小读数，仪器指示值在一定时间内的变化；量程漂移是让监测仪每隔2h测试80μg/m3汞标气，连续监测24h，计算相对于自动分析仪的测定量程，仪器指示值在一定范围内的变化大小；跨度漂移是让监测仪每隔1天测试50μg/m3汞标气，连续监测1周，计算相对于自动分析仪的测定量程，仪器指示值在一定范围内的变化大小。
表1是性能测试结果，可以看到，零点漂移值为1.37%，量程漂移值为0.067%，跨度漂移值为0.05%，性能指标比较理想。
4 结论
通过设计气路切换单元、检测单元和显示单元，成功研制了烟气汞在线监测仪器，能应用于烟气中汞的在线实时监测，具有实时、快速、安全和可靠等特点，具备了良好的市场推广前景。
参考文献：
[1]李冬梅.燃煤锅炉烟气汞污染控制技术浅析[J].环境保护与循环经济，2011.
在线监测仪范文2
关键词：污水处理；在线监测仪；可靠性
1.污水处理厂污水处理情况
随着进入污水处理厂的污水中主要污染物的不断变化，这种变化情况可以反应出城镇生活污水的收集效率，也从另一个方面反映了城镇的发展程度。对污水处理厂进行监督管理一般都采用手工监测的方法，然而采用这种方法会消耗大量的人力及时间，且不能有效地对污水处理厂进、出水水质进行及时监测，无法及时掌握污水处理厂的污染物排放情况。2007年以来，我国开始大面积使用一种监测污染源的系统，一种在线监测系统。水质在线监测与手工监测相比速度较快，并且省时省力，效率较高。这种方法可以直接将污染源中的相关污染物质含量反应出来，从而可以清楚地知道污染情况，方便相关部门进行监督管理，并采取措施进行处理，所以水质在线监测得到快速发展。
2.提高在线监测仪器可靠性的主要措施
为了保障城镇污水处理厂在线监测仪器的可靠程度，需要及时的排除相关的影响因素对其可靠性的影响。影响在线监测仪器的可靠性的因素十分复杂，其中最为主要的就是在线监测仪器内外电流以及电压对其的影响。
2.1电磁感应
首先在线监测仪其周围大功率的用电器在工作的过程中一般会出现回路电流，回路电流的存在会产生相对较强的电磁场，进而使得在线监测仪器受到影响，其中电流回路面积的大小会对在线监测仪器造成不同程度的影响。
2.2静电感应
在线监测仪器周围物理的电位一旦发生改变，就会通过其和在线监测仪器形成的电容使得在线监测仪器的电位也产生变化，最终影响在线监测仪的可靠性。尤其是物体和在线监测仪导线呈现平行状态时，对其可靠性的影响程度最为严重。
2.3在不同电位引入的干扰
大功率设备接地一般会存在电位差，这种电位差会对在线监测仪器内部出现静电耦合效应，对在线监测仪器的可靠性造成影响。
3.排除在线监测仪器可靠性干扰因素的主要措施
3.1串模干扰的抑制
为了减小电流回路对于在线监测仪可靠性的影响，一般采用将信号导线扭绞的措施，为了避免电场的影响，一般会采用屏蔽措施来防止信号导线的感应电流，而为了避免直流信号干扰，可以选择滤波电路。
3.2共模干扰的抑制
在线监测仪器一旦出现接地措施不当现象，就会出现共模干扰问题出现，对于在线监测仪器的対地绝缘能够高效的提升其抗干扰的能力。除此之外，另外一项避免在线监测仪可靠性不受影响的措施就对将其的屏蔽层接地。
4.在线监测仪器可靠性分析的方法
4.1确定在线监测仪器的寿命分布类型
对于在线监测仪器的寿命分布进行分析，能够有效对其规律性的故障进行预测，也是保障日常的维护制度主要参照，一般情况下在线监测仪器的寿命分布为威布尔分布。
4.2分布参数的估计
威尔布分布参数估计主要包括两方面的估计：区间估计以及点估计，对于现实问题的实际情况进行分析来对于相关参数进行科学合理的调节，以此来保障寿命分布的实际类型和威尔布分布吻合。其中点估计就是通过实际数据来对未知的数据进行估计，而区间估计就是确定置信区间的范围。图估计作为点估计以及区间估计最为常用的方法，基本要求就是使用描点、连线以及作图的方式来妒忌分布类型的位置参数。以威布尔分布为例，图估计能够有效估计形状、平均寿命以及位置等参数。
4.3高可靠性在线监测仪器的可靠性分析
对于高可靠性的在线监测仪器的可靠性分析来说，只有在寿命分布已知的基础上进行，还需要通过推导以及特征寿命来对在线监测仪器的可靠度下限进行确定。
4.4在线监测仪器使用效果分析
使用效果分析是判断在线监测仪器可靠性以及安全性的主要标准，同时，也能够作为提升在线监测仪器使用水平以及完善管理制度的主要参照。在线监测仪器使用效果分析的主要数据依据就是使用效率、系统能效以及用可用度。
5.结论
综上所述，城镇污水处理厂废水在线监测仪的可靠性设计研究对于生产工作的影响是非常大的，应加强重视程度，对于影响可靠性的因素进行有效的控制。在线监测仪器投入使用以前，需要对其的可靠性进行有效的评估，保障其实际可靠性达到标准之后才能够进行相关工作的开展，只有这样才能够保障工作的质量。城镇污水处理厂水质监测工作正在向自动化、智能化方向发展，这不仅可以节省人力，还可以使监测工作快速完成，节省时间，又能够使监测更加准确。
参考文献
[1]傅德黔.水污染源监测监管技术体系研究[M].北京：中国环境出版社，2013.
[2]曹喆,秦保平,徐立敏.我国污染源在线监测现状及建议[J].环境科学与资源利用.2002,18(2):1-3.
[3]滕恩江.水污染连续自动监测系统运行管理[M].北京:化学工业出版社,2014.
[4]蔡同锋，张艳艳.环境自动监测技术综述[J].污染防治技术，2010，23（3）：87-90.
在线监测仪范文3
【关键词】避雷器在线监测仪;校验测试装置;漏电电流;动作次数
引言
现在传统的避雷器放电计数器校验仪只能对避雷器在线监测仪的动作次数进行检测校验，工作现场无法检测其电流精度，电网系统内曾多次发生因避雷器内部受潮、绝缘降低引起的爆炸事件。因此，非常有必要对避雷器在线监测仪的工作状况进行检测，保证监测仪指示动作次数和泄漏电流正确，准确地反映避雷器的运行状况，保障人员的安全与设备的健康。目前，对避雷器在线监测仪的检测和校验，只能通过常规的避雷器放电计数器对动作次数进行检测，对于监测仪的电流精度，工作现场则是一直无法开展检测校验，试验通常是在离线情况下进行的，即首先将在线监测仪从接地回路中拆离开来 然后对独立的在线监测仪进行试验判断它的性能是否良好，这样的试验需要将监测仪从正在运行的避雷器接地回路中拆离开，不仅工作需要考虑一定的安全因素，并且需要耗费相当的检修力量。
本文根据脉冲电流和工频电流产生原理，通过自行组装元器件，研制一种避雷器在线监测仪性能实地校验装置，该装置简单、轻便和实用，能在现场迅速对避雷器在线监测仪的电流精度做出校准和动作次数做出检验，实现了在线监测仪的现场校验试验，并且可及时准确地更换已经损坏的监测仪，避免错误地更换了本身正常的价值较高的监测仪，节约了生产成本，且提高操作人员的安全性。
1.避雷器在线监测仪校验装置的研制
1.1 校验测试装置原理
该装置包含两个功能模块，一是脉冲电流输出模块，能够输出≥100A（8 / 20μs）的冲击电流，利用输出的冲击电流测试动作次数。二是标准工频电流产生模块，能够输出 1mA-5mA（最大值，负载小于500Ω）±3%的交流电流，并安装有高精度电流表头且可调节输出电流幅度，利用输出的数值现场实地校验避雷器在线监测仪通过泄漏电流的变化。为了实现上述功能，需要使用高精度电流表并联在在线监测仪接避雷器端与接地端，测量从监测仪分流下来的泄漏电流。为了能够最大程度在在线情况下准确测量出避雷器的泄漏电流，并联的高精度电流表内阻必须远小于监测仪的内阻，通过比较高精度电流表测量的电流值与在线监测仪本身反映的电流值是否相近，从而判断出避雷器在线监测仪本身的好坏。避雷器在线监测仪校验测试装置原理图如图1所示。
图1 在线校验测试装置原理图
此装置由变压器、整流滤波电路、调节和显示、功能切换开关以及供电模块五部分组成。变压器输入220V，输出500V;整流电路为桥式整流电路，使输出电压波动小且提高了变压器的效率;滤波为铁壳封装的大容量滤波电容，使输出的直流更加平滑;调节电位器选用美国进口伯恩斯大功率多圈精密电位器，精度高且线性好;显示部分采用高精度四位半液晶表头，显示清晰且精度高。脉冲电流模块原理图如图2所示。
图2 脉冲电流产生模块原理图
图2中供电电压经变压器后输出电压U2=500V，进过三相整流桥后UL的值为：
（1）
设置开关管的导通角，由公式（1）可得：UL=585V，RL=5.58则可以得到输出峰值为100A的脉冲电流。
标准工频电流模块原理图如图3所示。
图3 标准工频电流模块原理图
如图3所示供电电压经过变压和整流桥电路后输出的电压由公式（1）可得Ud=585V。经过逆变电路后的输出交流电压为：
（2）
开关管的开关频率为20kHz，则由公式（2）可知，逆变电路的输出电压为：
U0=500V （3）
（4）
功能转换通过漏电电流检测开关和放电计数开关实现，闭合其中一个开关实现相对应的功能，需注意的是同时只能闭合一个开关或者两者均断开。电位器实现脉冲电流大小调节的功能。变压器次级侧所接开关为供电电源开关。
1.2 并联高精度电流表头的选用
为了实现现场实地的对避雷器在线监测仪漏电电流的检测，可以将高精度电流表头并联在在线监测仪的接避雷器端和接地端，从而测量从监测仪分流出来的漏电电流。高精度电流表头的选择首先要求是表头内阻远远小于在线监测仪的内阻，其次要求具有较高的测量精度。综上考虑，本文选择YJ-500A（0.1）型号的液晶高精度电流表头。
2.避雷器在线监测仪校验装置检测
由于密封不良，动作计数器在运行中可能进入潮气或水分，使内部元件锈蚀，导致计数器不能正常动作[4]，所以《电力设备预防性试验规程（DLIT596-1996）》规定，每年应检查1次。现场检查计数器动作的方法有直流法、交流法和标准冲击电流法。其中以标准冲击电流法最为可靠。标准冲击电流法的原理为，将冲击电流发生器发生的8/20μs、100A的冲击电流波作用于动作计数器，若计数器动作正常，则说明仪器良好，否则应解体检修。例如2013年我局曾用此法总共对27只计数器进行检测，其中有3只不动作，解体发现内部元件受潮、损坏。根据《电力设备预防性试验规程（DLIT596-1996）》规定，在每年雷雨季前以及必要检修时间时对漏电电流和放电计数器进行检测，检测要求为：
（1）测量直流1mA电压（U1mA）及0.75U1mA下的泄漏电流：U1mA实测值与初始值或制造厂规定值比较，变化不应大于±5%;0.75U1mA下的泄漏电流不应大于50μA。
（2）连续测试3～5次，每次应正常动作，每次测试时间的间隔不少于30s，测试后计录器应调到零[5]。检测装置面板示意图如图4所示。
图4 检测装置面板示意图
检测步骤：
（1）将检测装置输入端与避雷器监测仪两端相连（连结线要尽量短）。放电次数检测时，红色端接上端，黑色端接地，并按下动作次数检测按钮（绿色按钮）;泄漏电流检测时（1mA-5mA），红色端接上端，黑色端接地，并按下泄漏电流检测按钮（黄色按钮）且断开动作计数按钮，通过电流调节旋钮调整输出电流大小。
（2）将电源线接好后，检查检测装置接线是否正确，确认无误后即可开始试验。
（3）合上电源开关（红色开关），待电压稳定（600V左右）后，即可开始校验。
（4）按下测量键，输出电压立即下降，此时可观察避雷器监测仪的动作情况或泄漏电流值。
（5）如需多次试验，可待输出电压达到稳定值时，再按测量键，观察避雷器监测仪的动作情况或电流值。
（6）检验完毕后，立即关掉电源，待输出电压完全回零时，才能拆除接线。
（7）如按检验键，输出电压没有下降，应关掉电源，待电压指示回零后，检查是否回路有断点，或者是避雷器监测仪不适合技术指标中规定的型号。
注意事项：
（1）拆除接线时，若输出电压没有回零，操作人员不能碰测试线非绝缘部分，以免造成人身事故。
（2）被试品不允许带电进行测试。
3.检测效果及分析
根据GB11032-2000交流无间隙金属氧化物避雷器的检修标准，本文研制的避雷器在线监测方法校验测试装置的测试结果：
（1）漏电电流检测结果：110kV电压等级现场检测仪并联高精度电流表头所测电流值与避雷器在线监测仪所测电流值基本一致;220kV电压等级两种测量电流有较大误差;500kV电压等级时两测量电流误差与220kV相比进一步增大。
（2）在110kV、220kV、500kV三种电压等级场地中在模拟雷击试验，避雷器监测仪均能正确动作反应过电压次数。
（3）由实地校验结果（1）和（2）可知，现场电压等级对于漏电电流的现场检测有较大的影响而避雷器监测仪的现场检测在不同现场电压等级下均能正确反应过电压次数。
4.结论
本文所研制的高电流精度的避雷器在线监测仪校验测试装置与传统校验装置相比较有如下的创新：
（1）线性功放模块的高稳定和高可靠性设计;
（2）输出电流波形标准，电流参数稳定准确，达到国家相关标准;
（3）现场实地简便地对避雷器监测仪的动作次数作出检验和电流精度作出校准，对避雷器的运行质量及时给出可靠的数据，防止事故的发生。
（4）及时准确地判断避雷器监测仪的性能，避免错误地更换，节约生产成本。
综上所述，本装置能简便有效地对避雷器在线监测仪的工作状况进行检测，保证避雷器监测仪指示动作次数和泄漏电流正确，准确地反映避雷器的运行状况，保障人员的安全与设备的健康。
参考文献
[1]张振洪，臧殿红.氧化锌避雷器在线监测方法的研究[J].高压电器，2009，45（5）.
[2]陈中楣，吴英俊，刘帅.基于高精度电流表的避雷器在线监测仪校验装置的研制与应用[J].工业控制计机，2012，5：120-122.
在线监测仪范文4
Han Ding
（中电投华北电力工程有限公司，太原 030006）
（CPI North China Power Engineering Co.，Ltd.，Taiyuan 030006，China）
摘要： 根据汽轮发电机在线监测的应用情况，提出配置在线监测应遵循的原则，在对当前各种在线监测应用初步分析的基础上，提出合理配置在线监测的策略性建议。
Abstract: According to the application of on-line monitoring in the steam turbine generator, the paper put forward the principles that should be followed in distributing online monitoring. Based on the analysis on the application of various online monitoring, it proposed strategic advice for reasonably distributing online monitoring.
关键词： 汽轮发电机 在线监测 监测装置
Key words: steam turbine generator；online monitoring；monitoring device
中图分类号：TM311 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0033-01
0引言
20世纪80年代以后，电子信息技术迅速发展，各种各样的在线监测装置在汽轮发电机上得到了推广和应用。
1对当前我国在线监测装置应用情况的初步分析
1.1 直读型在线监测装置HPA、SCW、HLM、HDM、HLOM是目前我国广泛采用的直读型装置。我们可以直接读到通过该装置的在线监测获得趋势曲线和相关数据，在没有专家参与的情况下，能通过相关数值获得某参数具体情况。以下简要分析了这些装置的特点。
HPA（氢气纯度分析仪）：这套设备可自动测量氢气中其他气体的含量，但是要注意防爆。如果氢纯度在95%以下时，能越限报警同时自动补、排氢气，还可预警某些异常情况，如氢侧密封油过热或超量等。
SCW（定子冷却水导电率仪）：该仪器可检测定子冷却水的导电率，避免定子空芯铜线积垢堵塞，以确保其达到0.5～1.5μs/cm的水导率。能有效预警水化学性能不平衡、树脂离子器失效、聚四氟乙烯管闪络、空芯导线堵塞和定子接地等状况。
HLM（氢气漏入水中监测器）：将压力表安装在定子密封水箱中，如果氢漏量超标，排气阀就会自动开启，同时通过气体流量表对排气量做出记录。因为定子水压比机内氢压要低，所以如果定子内部水系统回路组成件出现密封垫失效、汇流管接头渗水、水接头漏水和空芯导线裂纹等问题时，HLM就会预警。在国内的很多电站中，HLM都成功、及时地预测了定子漏水故障，有效阻止了危害的蔓延，体现了其独特的功效。
HDM（氢气露点仪）：该仪器可以对机内的氢气湿度进行监测，同时通过露点表示出来。它还能预测某些故障，如氢气干燥器失效、冷却器漏水、转子护环应力腐蚀等。就目前来看，VAISALA产品一直被人们广泛采用，但是其寿命还达不到人们的使用要求。
HLOM（漏氢监测仪）：该仪器与HMU相当，都是在可能发生泄漏的部位或指定位置进行取样检测，再通过声、光、电发出预警信息，从而有效预防氢爆发生。以往国产的HLOM受感元件寿命较短，现已做出了一些改进。目前的市场普遍认可了HLOM，但漏油易堵塞管路导致仪器失灵，所以需要及时清洗管路。
1.2 解读型在线监测装置SEVM、RSTD、STOM、GCM、RFM或PDM是目前我国正在使用的装置。
SEVM（定子端部绕组振动监测器）：利用光导（高电位点）和加速度计（低电位点）对定子端部绕组的振动情况进行监测。它对固定螺杆松、相引线断裂、定子线棒磨损、动定子槽楔松动等故障具有预测作用。
RSTD（转子匝间短路监测器）：它对因转子匝间发生短路而引起的转子振动和接地故障、护环烧损故障等具有预测作用。国产RSTD具备较高的灵敏度，在300MW发电机上有2台在线运行经验和10余台离线运行的业绩，正尝试着将其安装在600MW的发电机上，保持目前试用性质是合适的。
STOM（转轴扭振监测仪）：这套设备的功能包括扭振测量、扭振保护、扭振应力分析。它可以针对大轴裂纹及转子不平衡负荷、次同步振荡和轴疲劳积累等故障类型进行预测。
GCM（发电机工况监测器）：该监测器只要针对转子绝缘过热及高压出线过热、定子绕组绝缘系统过热、定子铁心过热等故障类型进行预测。发电机过热属于比较严重的故障，所以这套设备相当重要。但它也存在一些问题：
①解读能力不好，报警后需要将气体送到北京分析，不能及时判断过热点的位置和停机时间。
②因为抗油雾能力较低，加之有误报之忌，所以切除率过高。RFM，PDM（无线电频率监测器或称局部放电仪）：将变压器连接在中性点的RFM上，可测10kHz～30MHz，俗称“窄带”。用电容器与高压出线端的RFM连接可组成RFCC2，用电容器与分相封闭母线上的RFM连接可组成RFCC3。将天线安装在出线端定子槽内的叫做SSC，它可对定子绕组的高频放电（10～1000MHz）进行监测，从测量局放机理的角度来分析，传感器安装于高压侧能提高灵敏度。RFM（包括RFCC2、RFCC3）能够对有字子端部绕组表面放电、电连接断裂、定子绝缘整体老化、端部手包绝缘放电、定子主绝缘故障、定子其他绝缘故障、电晕放电等故障类型进行预测。一般情况下，在所有发电机故障中，定子高压绝缘系统故障所占比例大概是15%～20%，而且定子线棒的寿命往往决定着发电机的寿命。所以，很多国外的研究者都将定子绕组局部放电作为课题来研究，在每一届的CIGRE、IEEE会议上都有很多这个课题的论文。至少有200多台仪器设备是将国产RFM、PDM安装在发电机上使用的，但真正投入运行的不多。主要问题是：①排除电气干扰的方法措施不到位。②数据处理技术无法满足过大的数据量。③解读比较困难，要求既要具备设计方面的信息，对运营及维修的历史了如指掌，熟悉各类绝缘的制造及典型的寿命、性能，且没有解读支持，比较茫然。
2建议
2.1 明确在线监测的配置原则。在配置原则上做到由“招标决定一切”转变为“通过发电机制造厂推荐”，还要和运营单位共同磋商。
2.2 直读型在线监测装置的运用情况已趋于成熟，并且在实际应用中取得了很好的成果，可在水氢氢型发电机上推广使用。
2.3 慎重选择解读型在线监测装置，尽量采用典型发电机以积累经验，切忌在每台200MW及以上的发电机上都安装。
2.4 一些发电机已安装了在线监测装置，在线监测装置供应商、主机制造厂和运营单位应成立跟踪小组，挑选典型的机组定期进行跟踪观察，同时编制出指导性文件提升应用水平。
2.5 一般GCM、RFM（或PDM）不容易解读，应该加大科研力度。我国有很多在线监测制造商，但技术力量、售后服务还达不到使用要求。所以当前工作重点应在控制数量的基础上实行质的提高。
参考文献：
[1]CIGRE/SC11 Questionnaire 95-1 REPORT/1998.
[2]IEEE1434-2000 Parcial Discharge Test.
[3]CIGRE/SC11. Application of Partial Discharge to Rotating Machines Position Paper. 2002.
在线监测仪范文5
关键词：光纤测试技术;建筑基坑;变形监测
1 概述
在传统的建筑基坑变形监测工程中，各种埋入式的岩土监测仪器，如测斜仪、伸长仪、沉降仪、倾斜仪等，通常采用的振弦式、电阻式、电感式等形式的传感器，存在着精度低、耐久性差、易受环境影响、易受电磁干扰、成活率低等缺陷。与传统检测技术相比，光纤传感可实现多点串联甚至全分布式连续测点，具有长期稳定性好、无零漂、不受电磁干扰等优点，因此在很大程度上弥补了传统监测技术的不足，从而在地基基础工程检测和监测中得到越来越广泛的应用，作用越来越重要。因光纤光栅传感器具有尺寸小、质量小、抗电磁干扰、防水防潮、耐腐蚀、动态响应快、灵敏度高、易实现多点及网络化传感等优点，已广泛应用于科学研究和实际工程中，尤其是在应变测量领域得到了更为广泛的应用。
2 分布式光纤感测技术在护坡桩体深层水平位移监测中的应用工作原理
在护坡桩钢筋笼主筋上对称绑扎固定一组对称的应变感测光缆，并将光缆布设的截面方面垂直于基坑走向。通过分布式光纤应变检测技术（BOTDR）即可探测到桩身不同方位的桩身应变分布，当桩身受侧向土压力作用而发生弯曲变形后，桩身的迎土面和背土面发生拉、压应变，其拉压应变可以通过预埋在其中的传感光纤测得。
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图1 桩体水平变形受力示意图
设ε1（z）和ε2（z）分别为对称分布的两条传感光纤在深度z处的应变测试值，则轴向压缩应变ε（z）和弯曲应变εm（z）值分别为：
εm（z）= （1）
ε（z）= （2）
桩身的弯曲应变大小与局部弯曲曲率成正比关系，根据弯曲应变及桩身形态参数可推算出桩身弯曲曲率：
εm（z）= （3）
桩在发生水平挠曲后，假设深埋的桩端不发生位移，桩身各埋深点水平向位移v（z）可表示为：
v（z）=dzdz+mz+n（4）
其中m、n为待定系数，根据桩体变形的边界条件确定。在本次监测中边界条件为：
v（z）z=0=0
v（z）z=26=0 （5）
对于护坡桩，H为桩长，εm（z）为对称的两条光纤在同一深度光纤应变测试之差，y（z）即为感测光缆到中性面的距离。从式（4）中将差异应变沿着桩身路径两次积分，再根据（5）式中的边界条件，即可得到桩身的每一点水平变形位移量。
3 工程试验及监测数据处理
3.1 工程概况
试验基坑等级为一级，基坑支护采用护坡桩加锚杆的支护方式，开挖深度约21m，选择了基坑南北侧2个监测点同时采用测斜法与全分布式光纤感测技术进行了监测对比试验。试验选用了钢绳式应变感测光缆（NZS-C05）。该光缆直径为5.0mm，抗拉强度大于1400N，顺直性好。试验利用光纤应变分析仪，实现了对植入到护坡桩内光纤的应变解调，进而反向计算出护坡桩内部不同深度位置的变形位移、内力变化等大小。
3.2 数据处理
用EXCEL软件打开各期对应光缆测线的应变数据文件，统一整合到一个EXCEL表格中。将整合的数据导入到ORIGIN软件中，平通过测试数据对齐、有效测试数据截取、截取数据滤波平滑处理和光纤数据温度补偿处理4个步骤的处理后，根据上述理论方法，利用公式（1）～（5），先对平移后的光缆数据进行对称处理，一一对应上桩身两侧，将对应的桩身数据进行两两做差处理。将处理好的数据，导入到ORIGIN中，结合ORIGIN软件的特点进行运算即可得到，桩体深层水平位移量变化曲线（如下图所示）。
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图2
4 试验监测数据成果对比与综合分析
4.1绝对位移量对比分析
①B1#点的各期次绝对位移量较差最大值分别为4.27mm、4.92mm、3.19mm、7.12mm，B2#点的各期次绝对位移量较差最大值分别为3.08mm、3.00mm、6.87mm、8.85mm，两点的位移量最大较差均发生在最后一次，对应观测日期2月25日，相对应的桩置为桩的顶部，时值春节后气温逐渐变暖、地表开始融化解冻，说明外界气温变化对分布式光纤（BOTDR）监测法采集的数据有较大影响，温度应变引起的误差较大，温度补偿计算模型还不够准确。
②在两个监测点共8次观测成果中，各期次绝对位移量较差最大值≥5mm的有3次，占38%，较差最大值为3～5mm的有4次，占50%，较差最大值≤3mm的有1次，占12%;B1#点的各期次绝对位移量较差平均值分别为6.16mm、1.88mm、0.02mm、-0.60mm，B2#点的各期次绝对位移量较差平均值分别为1.03mm、-0.45mm、1.85mm、3.06mm，较差平均值≥5mm的有1次，占12%，较差平均值为3～5mm的有1次，占12%，较差平均值≤3mm的有6次，占76%，说明采用分布式光纤（BOTDR）法监测成果数据多数较为稳定，无异常跳动现象，大部分已接近于测斜法得到的单期次绝对位移量。
③按照误差传播定律理论，桩体深层水平位移监测得出的位移量均以护坡桩最底部端点作为稳定的基点进行计算得到，测斜法是以各期次每隔0.5m观测读取对应深度相对基点的偏移量并将相邻期次偏移量求差值而得到每期次的位移量，因而相对桩底基点，桩顶部即测斜管管口位置应是测量最弱点，以测斜仪的标称精度0.25mm/0.5m作为标准中误差、桩长22.5m进行推算，桩顶部相对基点的偏移量测量中误差为1.68mm，若以2倍测量中误差（3.36mm）作为极限误差，即可认为采用光纤（BOTDR）法得到的监测成果与测斜法较差≤3mm时，则可以接受。
4.2 相对位移量对比分析
对相对位移量较差数据进行简单统计分析，同样可以得出：B1#点的相邻两期次间的相对位移量较差最大值分别为5.10mm、4.28mm、3.93mm，较差平均值分别为-1.72mm、1.86mm、0.63mm;B2#点的相邻两期次间的相对位移量较差最大值分别为3.62mm、6.36mm、3.78mm，较差平均值分别为-1.49mm、2.30mm、1.21mm;两点相对位移量较差最大值分别为5.10mm、6.36mm，较差平均值均已<3mm，由相对位移量的较差平均值再次验证了分布式光纤（BOTDR）法监测成果数据大部分与测斜法相接近。
5 结语
由以上两点采用不同监测方法得到的不同深度的绝对位移量和相邻两期次间的相对位移量比较结果可看出：少部分监测成果相差较大，测斜仪方法数据与光纤法测试数据存在一定偏差。原因主要有两方面：两种不同监测仪器测试得到数据本身具有系统性误差，该误差暂时无法消除，对测试结果造成影响;光纤法中光纤传感器同时对桩身弯曲变形和环境温度同时感应敏感，而布设安装的温度补偿光纤同时受到温度和较小的弯曲应变影响，并未能发挥良好的温度补偿效应。在对光纤数据进行处理时，以上两部分误差无法消除，造成了计算得到的桩身位移曲线与测斜仪方法测试得到位移数据存在较大偏差。
尽管温度变化对光纤BOTDR法监测有较大的影响，但也有测斜法所不具备的优势，如光纤BOTDR法监测采集的数据密度大、不受光纤长度限制、易实现网络在线自动化监测等，在许多监测领域都值得探索运用，特别是超高层建筑结构的后期健康安全监测、大型水利设施安全监测、山体滑坡、大面积沉陷区域变形等工程中进行尝试，同时采用多种监测手段互相进行验证。
参考文献：
[1]聂俊，李端有，梁俊.基于BOTDA的温度和应变测试探讨[J].长江科学院院报，2011年04期.
[2]张竞文，吕安强，李宝罡，杨志.基于BOTDA的分布式光纤传感技术研究进展[J].光通信研究，2010年04期.
[3]石顺祥，孙艳玲，马琳，刘继芳.光纤技术及应用[M].华中科技大学出版社，2009.
[4]罗虎，刘东燕，徐兴伦.光纤传感技术在边坡稳定监测中的应用[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2012年03期.
在线监测仪范文6
关键词：在线核检测仪表；信号堆叠检测；CPLD；多单道测谱
Abstract: nuclear pulse amplitude of a signal analysis is nuclear testing instrument online an important function units, it needs high-speed reliable special logic circuit for the service, so as to remove signal stack, overload, instrument testing dead time on energy spectrum of the bad influence of the measurement. In order to improve the nuclear testing instrument online detection performance, instrument with the complex programmable logic device CPLD to achieve live time compensation, overload signal detection, stack such logic function inhibition circuit.
Keywords: online nuclear testing instrument; Stack signal detection. CPLD; Single way more than the spectrum
中图分类号： TL8 文献标识码：A文章编号：
近年来核探测技术在工业中的应用越来越广泛，它已经渗透到各个工业领域。当今世界的工业核仪器正在飞速发展，一些发达国家工业核仪器的年产值已经超过了100亿美元。近几年我国进口的大型自动化生产线中全都采用了大量的核检测仪表。目前全球的经济高速发展，对各种金属矿产资源的需求越来越大，金属矿山产业也进入高速发展阶段。在金属矿山企业的日常生产过程中急需一种能够对矿石和矿粉的品位进行实时在线检测的仪表，以便对生产进行有效的指导。矿石品位在线核检测仪是一种能够对矿石和矿粉的铁品位进行实时在线检测的核检测仪表。仪表的工作原理是高能γ射线照射到矿石上，产生湮没辐射光子和散射光子，湮没辐射光子的产生几率和矿石的品位相关。探测器中的晶体接收到γ 射线，产生荧光，在光电倍增管的光阴极上转换成电子束；光电倍增管在高压电源的电场作用下，产生电子倍增效应，最后在阳极生成电压脉冲，经前置放大器放大，输出，进入主机。主机中的主放大器对射线脉冲再一次进行放大成型，进入脉冲鉴别及幅度分析器[1]。主机通过获取的射线能谱数据和探测器温度、高压等其他信息来进行矿石品位计算和仪表运行控制。
1 采用CPLD 进行设计的原因
为了保证在线检测对实时性的要求，仪表中的脉冲鉴别及幅度分析器等都需要高速可靠的逻辑电路为其服务，在现有的核仪表电路中（包括国外很多先进的核检测仪表）通常采用众多的小规模数字集成电路搭建而成，存在电路规模较大、时序及定时不够准确、电路处理速度较慢、无法实现较复杂的逻辑、调整和电路升级不便，保密性差等问题。为解决上述问题，在本设计中采用CPLD设计技术，采用VerilogHDL硬件编程语言[2]，所有的逻辑处理及相关逻辑控制电路均在一片Altera公司的EPM7160SLC 芯片内部实现。Altera 公司是20 世纪90 年代以来发展较快的PLD 生产厂家，在激烈的市场竞争中，凭借其雄厚的技术实力，独特的设计构思和功能齐全的芯片系列，挤身于世界最大的可编程逻辑器件供应商之列。Altera 公司的PLD 分为CPLD 和FPGA 两类：CPLD 器件逻辑单元大，分解组合能力很强，一个单元可以分解成数十个组合逻辑，因此其产品较适合设计复杂组合逻辑和控制电路；FPGA 器件逻辑单元小，有较多的触发器，适合用来设计需要大量触发器的算法级逻辑电路。
通常，完成相同功能的逻辑电路用FPGA 来实现起来更为容易一些，因为FPGA 内部的资源通常远高于CPLD，但是在本仪表中CPLD 更为适用。原因之一是CPLD 中的逻辑单元是大单元，其变量数可以多达二十几个，采用PAL（即乘积项）结构。由于这样的单元功能强大，一般的逻辑在单元内均可实现，因而其互连关系简单，通过总线即可实现。电路的延时通常就是逻辑单元本身和总线的延时（在数纳秒到十几纳秒之间），CPLD 较适合控制器等逻辑型系统，这种系统的逻辑关系复杂，输入变量多，电路延时可预测，对电路在高速时钟下运行时避免竞争冒险现象有利。原因之二是在CPLD 中，常使用EPROM、E2ROM 和Flash ROM 编程工艺。这种编程工艺可以反复编程，可多达上万次。但其一经编程片内逻辑就被固定（除非擦除），不会由于系统掉电而丢失。芯片内有可以加密的编程位，能够有效地保护知识产权，而在FPGA 中，常用SRAM 编程工艺。这种编程工艺系统掉电后编程信息不能保存，必须与存储器联用，在系统上电时须先对芯片编程，方能使用，
并且很难对存储器加密，不利于保护知识产权。基于以上两点原因最终决定采用CPLD 来进行设计。Altera 公司的CPLD 器件主要有Classic 系列、MAX 3000 系列、MAX 5000 系列、MAX 7000系列、MAX 9000 系列以及最近几年推出的MAX II 系列。MAX 7000 系列在国内应用较为广泛，其结构具有一定的代表性，是Altera 公司销售量最大的产品，属于高性能、高密度的CPLD。在结构上包含逻辑阵列块（LAB）、宏单元、扩展乘积项、可编程连线阵列（PIA）和I/O 控制块。MAX II系列是最近几年新推出的CPLD 系列，它具有功耗低、资源多、速度快及成本低等多方面的优势，但由于该系列芯片只能工作与3.3V、2.5V、1.8V 等低电压系统，而目前核检测仪表的电路均是采用5V 或以上电压，因此在核检测仪表中使用MAX7000 系统较为合适。
2 具体功能模块的设计
在矿石品位在线核检测仪中，对核脉冲信号的幅度分析是通过多个单道[3]来完成的，每个单道电路对落在该单道上下阈值内的脉冲进行判别和计数处理。
本次设计的仪表在测品位工作状态下共提供6 个独立单道进行测量，其中的两个单道用于稳峰。仪表另一个需要提高速度的应用场合就是测谱，由于仪表采用的是单道测谱，因此测谱时间较长，解决的方法就是要增加测谱的单道数目。但是增加单道数目通常会增加电路的规模，增加仪表的成本、复杂性和功耗，在本设计中充分利用了CPLD 在设计复杂逻辑方面的优势，在不增加硬件电路的情况下，在测谱时将6 个独立单道复用成连续的11 个单道，这样在电路规模不变的情况下测谱的能力比原来提高了5 倍（原四道测控仪在测谱时采用两个单道进行测量），大大缩短了测谱时间。具体采用的方法是在测谱时，将6 个独立单道电路的12 个阈值电压（由DAC 提供）连续排布，相邻道的上下阈值共用，此时CPLD 内部的6 个单道电路转换成连续的11 个单道电路，这样就可以用6个单道电路的硬件资源进行连续11 道的同时测谱工作。这部分的电路原理框图如图1 所示：
图1 工作状态的单道及测谱状态下单道的原理框图
CPLD 内部采用同步时序逻辑进行设计，系统时钟采用100MHz，工作过程是每10ns 对工作或测谱状态输入进行检测，根据检测结果选择六个独立单道或11 个连续单道电路结构，与此同时对12 个阈值比较器进行采样，按照单道的工作逻辑进行处理，并根据过载检测电路、堆叠检测电路的处理结果对各单道计数输出进行取舍。通过仿真验证，在阈值比较器信号能够保证的前提下，电路最快可以对脉宽大于30ns 的信号进行准确处理，这样就足以满足本次设计中对脉冲处理速度的要求。
由于核脉冲信号的发生具有随机性，这样就存在多个核脉冲信号在非常相近的时间内同时发生的现象，此时后续处理电路的脉冲信号会发生堆叠现象，造成脉冲幅度失真，影响测量结果。因此，必须用堆叠检测及抑制电路去除畸变的信号。电路工作原理是首先提取各核脉冲信号的起始点信号，然后电路对各起始点信号的间隔进行测量，当测量结果小于整形后的信号脉宽（1μs）时判断为发生信号堆叠，对于发生堆叠的信号要继续进行判断，分清是信号前沿堆叠还是后沿堆叠。对于前沿堆叠，堆叠的信号全部去除；对于后沿堆叠的情况，前面的一个信号给予保留（该信号的幅度信息未失真）以最大限度的保留有用信号。通过实测和理论估算该电路可以将70％～80％的堆叠信号剔除（部分前沿过于接近和幅度过小的脉冲堆叠无法剔除）。目前检索到的国外仪表实现该功能的电路处理的核脉冲宽度最小为3.5μs 以上，而我们通过对CPLD 的合理运用将该项指标提高了3.5 倍（1μs脉宽）。该功能电路可广泛应用于其他核检测仪表中，可以很好的提高仪表的检测性能。
电路对堆叠信号的实际检测情况如图2 所示。
(a)
(b)
(c)
a― 信号前沿堆叠图；b―信号后沿堆叠图；c―多脉冲堆叠图
在本次应用中还利用CPLD 设计了核检测电路中常用的活时间补偿电路以减少实际射线计数率变化对最终测量结果的影响；设计了信号过载处理电路以减少信号放大电路过载对测量引起的误差；设计了极零相消状态检测电路[4]，并能对电路的信号通过率、信号过载情况、堆叠等情况通过驱动相关的LED 发光二极管来进行指示。
3 性能
对矿石品位在线核检测仪表引入 CPLD 技术后的性能进行测试并与传统方法进行比较，采用1.48×109Bq 的137Cs 放射源和Φ100×100mm 的NaI 闪烁体探测器，将探测系统分别与引入CPLD 后的和传统的矿石品位在线核检测仪表的电路连接，表1 和表2 给出了测试结果及比较情况，其中能量分辨率是在计数率为25000 时测量的。
表1 传统方法的矿石品位在线核检测仪表性能参数
最大计数率 能量分辨率 长期稳定性 死时间
表2 引入CPLD 技术的矿石品位在线核检测仪表性能参数
最大计数率 能量分辨率 长期稳定性 死时间
4 结束语
在矿石品位在线核检测仪表中引入CPLD 技术是一次成功的尝试。采用CPLD 技术，不仅克服了传统设计方法带来的诸多缺陷，而且提高了仪表的性能。该设计方法可以广泛应用到其它的核检测仪表中，对提高仪表检测精度，缩小和国外先进仪表的之间的差距大有裨益。
参考文献：
[1] 清华大学工程物理系核电子学研究室，核电子学讲义[M]，北京：清华大学出版社，2007.
[2] 王冠,等编著. 面向CPLD/FPGA 的Verilog 设计[M], 北京：机械工业出版社,2007.
[3] 衣宏昌,王悦敏.一种新型的单道脉冲幅度分析器[J], 核电子学与探测技术,2004,7:4.
