超声波定位系统
雷电监测定位系统
雷电监测定位系统ADTD 雷电探测仪 用户手册 中国科学院空间科学与应用研究中心ADTD雷电监测定位系统课题组 二○○四年十月
目录页号 一、概论 2 1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理 2 1.2 雷电监测定位系统的构成 3 1.3 雷电探测仪的结构 4 二、ADTD 雷电探测仪的技术功能指标 11 2.1 每个雷电探测仪布站配置 11 2.2 雷电探测仪布站连接简图 11 2.3 雷电探测仪的主要技术指标 11 三、雷电探测仪的安装 13 3.1 安装场地要求 13 3.2 安装基座 13 3.3 探头供电 13 3.4 探头接地 13 3.5 通讯标准及波特率17 3.6 探头与中心数据处理站间的通信 17 3.7 通讯电缆 18 3.8 探头的安装及水平调节 18 3.9 探头NS磁场天线环方位的调整 18 3.10 探头的初次通电 22 3.11 探头的密封 22 四、雷电探测仪运行设置和操作 23 4.1 DIP开关的设置 23 4.2 探头的运行方式 25 4.3 探头的数据输出及帧格式 25 4.4 自动自检 28 4.5 探头命令 28 4.6 CPU板、PDL板以及电源/接口板上的LED灯的涵义 39 五、雷电探测仪维修 41 5.1探头的检修维护 41 2维修程序设置及测试终端连接 44 5.3探头故障修理 47
一、概论 1.1 ADTD 雷电探测仪的工作原理 ———闪电物理特性，探测原理，处理技术 大量的气象观测、卫星探测仪以及很多国家的电学测量等综合分析表明，全球在任一时刻都有上千个雷暴在活动，大多数发生在较低纬度地区，但两极地区也时有发生。由于雷电在现代生活中，仍然威胁着森林、引燃火工品、造成人员的伤亡，对航天、航空、通讯、电力、建筑等国防和国民经济的许多部门都有着很大的影响。因此各国都很重视雷电的研究与防护。 闪电可以分为：云闪（包含云与云、云与空气、云放电）、云地闪、诱发闪电、球闪等多种，其中对地面设施危害最大的是云地闪电。云地闪电又可以细分为：正闪（正电荷对地的放电）和负闪（负电荷对地的放电）。目前，闪电探测仪主要用来探测云地闪，并且能区分正负极性。 一次闪电的放电过程如下所述： 云层荷电形成电分布—初始击穿—梯级先导—联结过程—第一回击—K过程—J过程—直窜先导—第二回击—………。 闪电的放电过程中最重要的是回击过程，因为回击的电流大，辐射的电磁场强，是形成故障造成危害的主要原因。回击的放电特征参量为： 1.回击的放电时间：指回击发生时的自然时间。 1.闪电的回击数：每次闪电的回击次数。 1.回击发生的位置：回击通道取垂直分量在地面或者在目标上的投影。 1.回击的电流值：指回击电流波形的峰值。 1.回击电流波形陡度最大值：指回击放电过程中单位时间电流变化的最大值，它反映了闪电回击放电最剧烈时的状况。 1.回击波形前沿持续时间：指回击电流波形中，从2KA到峰值电流的过渡时间。 1.放电电荷：指每次回击放电所释放出的电荷，即电流对时间的积分。 闪电监测定位系统从理论上讲，其核心是通过几个站同时测量闪电回击辐射的电磁场来确定闪电源的电流参数。Maxwell方程组和特殊路径上的传播影响，将两者联系起来。高精度雷电定位系统将测量每次回击放电辐射的电磁脉冲的下列参量： *回击的放电时间
超声波常用公式汇总
求波长的公式：λ(波长)=c(波声速)÷f(频率) 求声阻抗的公式：Z=ρ(密度)×c(波声速) 折射定律： 2 21'1'1sin sin sin sin sin S S L L S S L L L L c c c c c ββααα= === C L1、C S1——第一介质中的纵波、横波波速 C L2、C S2——第二介质中的纵波、横波波速 L α、L 'α、s 'α——纵波入射角、反射角、横波反射角 L β、s β——纵、横波折射角 求斜探头入射角：sin α=C L1÷C S2×sin β 第一临界角：αⅠ=arcsin C L1÷C L2 第二临界角：αⅡ= arcsin C L1÷C s2 第三临界角：αⅢ= arcsin C s1÷C L1 当入射角在αⅠ～αⅡ时，钢中只有纯横波 当入射角大于αⅢ时，钢中只有表面波 求波高公式：先算出二者间的差值，再加上基准值 △=20lg （H 2/H 1） 求水钢界面声强透射率： 2 122 1)(4Z Z Z Z T += 计算薄工件的衰减系数（厚度小于200mm ）： )/()(2)lg( 20mm dB x m n B B n m --= δ α m 、n 为底波反射次数；B m 、B n 为第m 、n 次波高 δ——反射损失；x ——薄板厚度 计算厚工件的衰减系数： )/(26 )lg(2021 mm dB x B B -= α 计算圆盘圆辐射纵波声场的半扩散角（指向角）： θ0=arcsin1.22λ/D s ≈70λ/D s （°） 近场区长度的计算： N=D 2/4λ 矩形波源辐射纵波声场的半扩散角（指向角）： ψ0=arcsin λ/a ≈57λ/a(°) 近场区长度为：N=Fs/πλ=、D 2/4λ 纵波声场两种介质的近场区长度： 已知水层厚度为L ，基于钢中的近场区长度： N=D s 2/4λ2-LC 1/C 2 基于水中的近场区长度： N=（D s 2/4λ2-L ）C 1/C 2 未扩散区长度b=1.64N 计算平底孔回波声压： 2 20x F F P P f s f λ= P 0：探头波源的起始声压 Fs ：探头波源面积=πD 2s/4 Ff ：平底孔缺陷的面积=πD 2f /4 X ：平底孔至波源的距离 二者回波分贝差：1 221lg 40x D x D f f 长横孔回波声压计算公式： x D x F P P f s f 220λ= 两者的分贝差：3 123 2 1lg 10x D x D f f 球孔回波声压计算公式：x D x F P P f s f 40λ= 两者的分贝差：2 1 22 2 1lg 20x D x D f f 大平底面回波声压公式：x F P P s B λ20= 不同距离的大平底面回波分贝差：1 2 lg 20x x
雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征
雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征 陈家宏,童雪芳,谷山强,李晓岚 (国网电力科学研究院,武汉430074) 摘 要:为满足防雷工程技术对雷电定位系统所测大量雷电流参数的应用需求,在IEEE 工作组和国内电力行业规程中采用的雷电流幅值概率分布特性的基础上,通过统计我国典型雷电定位系统监测数据研究了雷电流幅值分布特征。结果表明:采用IEEE 推荐的表达形式回归雷电定位系统测量的雷电流幅值累积概率曲线拟合性最好,其结果与IEEE 推荐雷电流幅值分布特征符合,与我国当前规程中推荐的曲线有交叉,小幅值部分累积概率值高出规程值20%,大幅值部分累积概率值略小,与高压架空输电线实际雷击绕击跳闸率比设计值偏高相符合。关键词:雷电流幅值;雷电定位系统;统计;累积概率;雷电监测;雷电流分布中图分类号:TM866文献标志码:A 文章编号:100326520(2008)0921893205 基金资助项目:2006国网公司科研项目(13070052512353)。 Project Supported by 2006Scientific Item of State Electric Grid (13070052512353). Distribution Characteristics of Lightning Current Magnitude Measured by Lightning Location System C H EN Jia 2hong ,TON G Xue 2fang ,GU Shan 2qiang ,L I Xiao 2lan (State Grid Electric Power Research Instit ute ,Wuhan 430074,China ) Abstract :To satisfy the application demands of vast lightning current parameters in lightning protection engineering technology ,the distribution characteristics of cumulative probability of lightning current magnitude adopted by IEEE working group and national power industry regulations are analyzed ,and the distribution characteristics of lightning current magnitude in some typical areas based on lightning location system ’s data are studied.The results show that :the fitting expression format adopted by IEEE is better for cumulative probability curves gotten f rom lightning loca 2tion system than that adopted by national power industry regulations ,the characteristics of the statistical curves ac 2cord with that recommended by IEEE ,in two sides of the crossing point ,the cumulative probability values at smal 2ler currents are 20%higher than the latter ,and the cumulative probability values at higher currents are somewhat smaller than the latter ,which is accordant with that the actual shielding failure rates of high voltage overhead trans 2mission lines are higher than design values. K ey w ords :lightning current magnitude ;lightning location system ;statistic ;cumulative probability ;lightning de 2tection ;lightning current distribution 0 引 言 雷电流幅值概率分布一直是国内外防雷界非常重视的雷电参数之一,在绕击和反击防雷计算中占据十分重要的位置,国内外使用的雷电流幅值分布表达式不同。国内在近30多年中对雷电流幅值分布表达式进行过3次修改,目前使用的是电力行业规程《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T62021997)[1]中推荐的表达式lg P I =-I /88,它是依据新杭线1962～1987年的磁钢棒检测结果,用97个雷击塔顶负极性雷电流幅值数据回归得到的[2]。国际上,Anderson 2Erikson 、Popolansky 、Sar 2gent 等人先后对全球各地的雷电流幅值分布进行了研究,归纳出相应的雷电流幅值累积概率表达式[3],IEEE 工作组于2005年对全球雷电参数研究 进行回顾和总结,仍然推荐Anderson 依据Berger 等人的实测数据提出的雷电流幅值的概率分布的近似对数正态分布式[4,5]。日本为了监测雷电流参数,1994～1997年在60个1000kV 降压至500kV 运行的双回路输电线路杆塔塔顶安装215m 长的引雷针[6],研究出自己的雷电流幅值分布特征。 雷电定位系统是一套全自动、大面积、高精度、实时雷电监测系统,采用遥测法依据M.A.Uman 提出的地闪回击场模型得到雷电流幅值数据。本文通过雷电定位监测系统的多年监测资料对全国部分地区的雷电流幅值概率分布进行了统计,得到一些典型的雷电流幅值分布特征,并将其与现行电力行业标准中推荐的雷电流幅值分布曲线进行了比较。 1 对雷电流幅值累积概率分布的再认识 在我国线路防雷历史上,对雷电流幅值累积概率分布进行的3次修订如表1[7]。 ? 3981? 第34卷第9期 2008年 9月 高 电 压 技 术 High Voltage Engineering Vol.34No.9 Sep. 2008
超声波常用名词术语
超声波常用名词术语 脉冲幅度：脉冲信号的电压幅值。当采用A 型显示时，通常为时基线到脉冲峰顶的高度。 脉冲宽度：以时间或周期数值表示的脉冲持续时间。 分贝：两个振幅或者强度比的对数表示。 声阻抗：声波的声压与质点振动速度之比，通常用介质的密度p 和速度c 的乘积表示。 声阻抗匹配：声阻抗相当的两介质间的耦合。 衰减：超声波在介质中传播时，随着传播距离的增大，声压逐渐减弱的现象。 总衰减：任何形状的超声束，其特定波形的声压随传播距离的增大，由于散射、吸收和声束扩散等共同引起的减弱。衰减系数：超声波在介质中传播时，因材质散射在单位距离内声压的损失，通常以每厘米分贝表示。 缺陷：尺寸、形状、取向、位置或性质对工件的有效使用会造成损害，或不满足规定验收标准要求的不连续性。 A 型显示：以水平基线（X 轴）表示距离或时间，用垂直于基线的偏转（Y 轴）表示幅度的一种信息表示方法。 发射脉冲：为了产生超声波而加到换能器上的电脉冲。 时基线：A 型显示荧光屏中表示时间或距离的水平扫描线。 扫描：电子束横过探伤仪荧光屏所作同一样式的重复移动。 扫描范围：荧光屏时基线上能显示的最大声程。 扫描速度：荧光屏上的横轴与相应声程的比值。 延时扫描：在A 型或B 型显示中，使时基线的起始部分不显示出来的扫描办法。 水平线性：超声波探伤仪荧光屏时间或距离轴上显示的信号与输入接收器的信号（通过校正的时间发生器或来自已知厚度平板的多次回波）成正比关系的程度。 垂直线性：超声探伤仪荧光屏时间或距离轴上显示的信号与输入接收器的信号幅度成正比关系的程度。 动态范围：在增益调节不变时，超声探伤仪荧光屏上能分辨的最大与最小反射面积波高之比。通常以分贝表示。 脉冲重复频率：为了产生超声波，每秒内由脉冲发生器激励探头晶片的脉冲次数。 检测频率：超声检测时所使用的超声波频率。通常为0.4 MHz ~15MHz。 回波频率：回波在时间轴上进行扩展观察所得到的峰值间隔时间的倒数。 灵敏度：在超声探伤仪荧光屏上产生可辨指示的最小超声信号的一种量度。 灵敏度余量：超声探伤系统中，以一定电平表示的标准缺陷探测灵敏度与最大探测灵敏度之间的差值。 分辨力：超声探伤系统能够区分横向、纵向或深度方向相距最近的一定大小的两个相邻缺陷的能力。 抑制：在超声波探伤仪中，为了减少或消除低幅度信号（电或材料的噪声），以突出较大信号的一种控制方法。 闸门：为监控探伤信号或作进一步处理而选定一段时间范围的电子学方法。 衰减器：使信号电压（声压）定量改变的装置。衰减量以分贝表示。 信噪比：超声信号幅度与最大背景噪声幅度之比。通常以分贝表示。 阻塞：接收器在接收到发射脉冲或强脉冲信号后的瞬间引起的灵敏度降低或失灵的现象。 增益：超声探伤仪接收放大器的电压放大量的对数形式。以分贝表示。 距离波幅曲线（DAC）：根据规定的条件，由产生回波的已知反射体的距离、探伤仪的增益和反射体的大小，三个参量绘制的一组曲线。实际探伤时，可由测得的缺陷距离和增益值，从此曲线上估算出缺陷的当量尺寸。 耦合：在探头和被检件之间起传导声波的作用。 试块：用于鉴定超声检测系统特性和探伤灵敏度的样件。 标准试块：材质、形状和尺寸均经主管机关或权威机构检定的试块。用于对超声检测装置或系统的性能测试及灵敏度调整。 对比试块：调整超声检测系统灵敏度或比较缺陷大小的试块。一般采用与被检材料特性相似的材料制成。 探头：发射或接收（或既发射又接收）超声能量的电声转换器件。该器件一般由商标、插头、外壳、背衬、压电元件、保护膜或楔块组成。 直探头：进行垂直探伤用的探头，主要用于纵波探伤。 斜探头：进行斜射探伤用的探头，主要用于横波探伤。
卸料小车自动定位系统
卸料小车自动定位系统 概述 目前对卸料小车的控制是通过在每个料仓/矿槽处安装限位开关，利用其提供的几个点的位置信号在专门的操作室内进行远程控制；最直接的控制是使用手动控制卸料小车来实现对料仓的卸料，岗位操作人员通过人眼观测每个料仓的料位，根据需要将小车开到合理的料仓卸料。主控室调度需要时刻同岗位操作人员进行联系，以确定卸料情况和料仓的仓容，以便掌握生产情况和用料情况，互相之间的沟通占用了大量的时间，给提高设备的整体作业率带来了大量的不便。岗位操作人员在操作卸料小车时，由于现场粉尘严重，作业环境非常恶劣，同时也是为安全考虑，不适宜工人直接在现场操作。 要完善解决上述问题就必须做到两点：第一，位置信号要可靠准确，而且要能在现场强粉尘的环境下可靠工作。第二，中控要能把小车的运行轨迹跟踪监控下来，非常直观地知道小车目前所处矿槽的位置坐标和对应的矿槽。 基于格雷母线的卸料小车自动定位系统，将实时位置检测传送给系统PLC，系统PLC借助实时位置检测控制卸料小车运行。该项技术在我国宝钢、武钢公司等已有多套系统投入运行。 系统特点 <1>确保系统可靠性 采用格雷姆母线定位系统可采用现场手动控制和操作室远程控制，实现通过系统计算机（上位机）向下位机传送工作指令，实现自动工作。当通讯接口或线路发生故障时，单机间检测控制设备之间故障不蔓延，上下位机之间故障不扩散，故障对整个系统的影响减至最小，大大提高系统的可靠性。手/自动转换方式灵活多样。既可在上位机，也可在现场上转换，解决了故障时应急慢的问题，从而大大提高系统的可靠性。 <2>确保产品质量和生产效益 根据生产过程的特点及工艺要求，通过自动控制系统和自动检测系统，可以保证每种物料均在较高精度下混合。 <3>节约能源，保护设备 和变频器联级进行控制，可以延长走行机构和电机等的使用寿命，节约能源。 <4>提高工作效率和生产管理水平
超声波发射和接收电路
超声波发射和接收电路 在本设计中，我们设计的发射和接收电路都是分别只有一个，通过继电器进行顺、逆流方向收发电路的切换，这样做既降低了成本，又消除了非对称性电路误差，且发射脉冲通过使用单独的继电器分别对发射和接收换能器进行控制，使换能器的发射和接收电路完全隔离，消除了发射信号对接收的影响。 4.2.1超声波发射电路 接收信号的大小和好坏直接取决于发射传感器的发射信号,由于使用收发共用型超声换能器，所以除了选用性能优良的超声波传感器外，发射电路和前级信号接收电路至关重要，它决定着整个系统的灵敏度和精度。 超声波测量最常用的换能器发射电路大体可分为三种类型：窄脉冲触发的宽带激励电路、调制脉冲谐振电路和单脉冲发射电路。从早先国内进口的日本超声波流量计来看，基本都采用的是窄脉冲驱动电路。这种电路在设计上一般是用一个极快速的电子开关通过对储能元件的放电来实现，这些开关器件通常为晶闸管或大功率场效应管（MOSFET）。由于需要输出激励信号的瞬时功率大，因此开关器件必须由直流高压供电，一般要达到几十到一百伏以上，这在电池供电的系统中无法实现；此外，开关瞬间会产生高压脉冲，对整个电路的抗干扰设计不利。而脉冲谐振电路设计起来比较简单，其基本方法是用振荡电路产生一个高频振荡，经过幅值和功率放大后接至换能器，使换能器发出超声波，确保高频振荡的频率与换能器固有频率一致，则可获得超声发射的最佳效果。谐振电路能够使用较低的电压产生较强的超声波发射，适合使用电池供电的系统，而且它能精确地控制发射信号，效率高。 在本设计中，超声发射电路采用了连续脉冲发射电路，它由脉冲发生、放大电路构成，具体电路连接如图17所示。单片机发出的方波信号经三极管放大和变压器升压，达到足够功率后推动换能器超声超声波，这里变压器的主要用途是升高脉冲电压和使振荡器的输出阻抗与负载（超声换能器）阻抗匹配，变压器与探头接成单端激励方式。 图17超声波发射电路 4.3.2 超声波接收电路
三线式超声波说明书
UI三线制系列
概述 用途：液位或料位的测量。液位和料位统称为物位。 应用场合：能够保证超声波有效传播到被测液面或料面的场合。 如：储罐、料槽、池子、水井、水渠、计量箱、粮仓、 料仓等。 特点： ·一体化设计，安装方便 ·三线制接线，保证强劲声波发射，测量稳定可靠 ·过压过流保护，雷电保护 ·光电隔离的4—20mA电流输出 ·带有LCD的大显示窗，便于调试和观察 ·先进的自夹紧式接线端子，保证接线永不松动 ·智能信号处理技术，保证仪表适应各种工况 ·全塑料外壳（IP67），耐酸碱，适应恶劣环境 ·灵活的支架或法兰安装 ·DC24v供电（60mA），使用安全 型号选择： 量程4m 6m 8m 12m 15m 20m 30m 型号UI4 UI6 UI8 UI12 UI15 UI20 UI30 注：1. 以上量程仅限液位测量，料位测量有效量程为上述数据的50%左右。 2. 寒冷地区室外安装应用时，应防止探头表面结霜或结冰。可选择探头 加长型的物位计，使探头伸入容器内部，选型时在上述型号后加字母L。 1
组成结构 整体结构：物位计有三种结构形式： UI4、UI6、UI8型超声波物位计UI12型超声波物位计 UI15、UI20、UI30型超声波物位计 2
物位计由设计于一体的超声波探头和电子单元构成。物位计安装于容器上部，在电子单元的控制下，探头向被测物体发射一束超声波脉冲。声波被物体表面反射，部分反射回波由探头接收并转换为电信号。从超声波发射到被重新被接收，其时间与探头至被测物体的距离成正比。电子单元检测该时间，并根据已知的声速计算出被测距离。通过减法运算就可得出物位值。 物位测量示意图 超声波在气体中的传播速度受气体温度所影响，因此物位计工作时需要检测气体温度，对声速进行补偿，以保证测量精度。 物位计发射超声波脉冲时，不能同时检测反射回波。由于发射的超声波脉冲具有一定的时间宽度，同时发射完超声波后传感器还有余振，期间不能检测反射回波，因此从探头表面向下开始的一小段距离无法正常检测，这段距离称为盲区。被测的最高物位如进入盲区，仪表将不能正确检测，会出现误差。如有需要，可以将物位计加高安装。 3
手机自动报警定位系统简介
手机自动报警定位系统简介当绑架抢劫案件发生时，受害人往往无法及时求助而受到歹徒的侵害。在现实生活中，手机作为普及的即时通信工具，危难时刻应该有即时求助的作用，是由于暴力事件发生时，往往不会有受害者拨打电话的机会。因此我们有给手机制作一个求助系统的想法。暴力事件发生时，受害者能通过简单隐蔽的操作即时向公安机关求助，使伤害降到最低点。 我们设想的手机求助系统必须具有操作方便隐蔽.求助即时准确.基本不存在错误操作的特点。 第一部分：手机求助程序启动操作的隐蔽性可行性探讨 在犯罪过程中过分醒目的求助行为可能引起匪徒对受害者的进一部伤害，所以用户求助操作必须具有隐蔽性。通过对目前最普及大部分品牌的手机的外形观察，我们发现*0#*0#三键是紧密联系在一起的而且三键总是处于手机外沿。对于大多数手机用户而言，由于对自己机器的熟悉程度高，当手机放在身上时，*0#*0#三个键往往容易接触到。而且输入*0#*0#三个键只需要隔着裤袋轻轻在手机上划一下（但是出于平时意外按错而造成无故锁机，因此设定要连续按两次“*0#*0#”系统才运行），在犯罪事件发生时，这样轻微的动作成功的几率远大于其他动作，所以我们选择“*0#*0#”，之所以用“*0#*0#”作为手机求助系统（软件接收机）的启动命令是因为为了防止平时的误操作。因此用“*0#*0#”作为程序的启动命令具有较高的隐蔽性，
可行几率非常大，是所有命令中比较容易操作的。 而且在手机内设的命令中并没有“*0#*0#”这条命令，*0#*0#”作为启动命令很难误操。由于手机现在手机大多为java机型和智能机，在手机中内置一个程序是非常简便的。通过手机软件的功能扩展我们能很好的把手机命令转换成程序启动命令。这一点是非常容易实现的。 因此，把*0#*0#作为启动命令最符合实际应用的各种要求。 第二部分：GPS接收机的选择及弱信号的捕捉在GPS接收机中，关键在于把接收到的信号转换为数字信号。一旦信号被数字化，就可以通过数字信号处理得到必要的信息。软件无线电的主要目的是在无线电设备中实用的硬件最少的，从概念上来讲，人们可以通过软件调整甚至改变无线电的功能，因此软件方式具有很强的灵活性，适合在java手机和智能机中实现，所以我们选择GPS的软件接收方式。 由于犯罪活动的地点不一定，可能在信号极其弱的地方，我们需要用到弱信号捕捉的一些技术。 上面我们提到了“*0#*0#”指令在手机里的设定，所以，当手机指令“*0#*0#”被用户输入时，手机便通过预设在机器内的程序开始捕捉GPS卫星发射的信号，通过射频（RF）链将输入信号放大到合适的幅度并将频率转换到需要的输出频率上，再通过模、数转换器（ADC）将输出信号变成数字信号。之后用软件对信号尽心处理或得
超声波定位系统的原理与应用
超声波定位系统的原理与应用 Pr i nc iple and Appl ica tion of Superson ic L oca tion Syste m ●王富东 W ang Fudong 1 基本原理 已经获得广泛应用的无线电定位系统的基本原理是通过接收几个固定位置的发射点的无线电波,从而得到主体到这几个发射点的距离,经计算后即可得到主体的位置。超声波定位的原理与此相仿,只不过由于超声波在空气中的衰减较大,它只适用于较小的范围。 超声波在空气中的传播距离一般只有几十米。短距离的超声波测距系统已经在实际中有所应用,测距精度为厘米级。超声波定位系统可用于无人车间等场所中的移动物体定位。其具体实现可有两种方案。 方案1:在三面有墙壁的场所,利用装在主体上的反射式测距系统可以测得主体到三面墙壁的距离。如果以三面墙壁的交点为原点建立直角坐标系,则可直接得到主体的三个直角坐标如图1所示 。 图1 利用三面垂直的墙壁进行定位 这种方案在实际应用中要受到某些限制。首先,超声波传感器必须与墙面基本保持垂直。其次墙壁表面必须平整,不能有凸出和凹进。传感器与墙壁之间也不能有其它物体。这 在很大程度上影响了其实际使用的效果。方案2:在空间的某些固定位置上设立超声波发射装置,主体上设立接收器(反之亦可)。分别测量主体到各发射点的距离,经过计算后便可得到主体的位置。由于超声波的传播具有一定的发散性及绕射作用,这种方法所受到的空间条件限制较少。即使在主体与发射点之间有障碍物,只要不完全阻断超声波的传播系统仍然可以工作。故本文重点介绍这种方法。发射点的位置通常按直角方位配置。以三维空间为例,可在坐标原点及(X ,0,0),(0,Y ,0)三个位置布置发射点如图2所示 。 图2 距离与坐标换算 主体坐标(x ,y ,z )到三个发射点的距离分别为L 1,L 2,L 3,由距离计算坐标的原理如下: 由图2可得如下三角关系: X 2+Y 2+Z 2=L 1 2 (1) (X -x )2+Y 2+Z 2=L 2 2 (2) X 2+(Y -y )2+Z 2=L 3 2 (3) 求解上列方程可得: x = (L 22-L 12+X 2) 2Y (4)王富东,现在苏州大学工学院工作。 地址:苏州市干将东路178号38信箱 邮政编码:215021收稿日期:1997年12月29日(磁盘来稿)
超声波测声速(DOC)
超声波测声速 声波是一种在弹性介质中传播的机械波,它是纵波,其振动方向与传播方向一致.声速是描述声波在介质中传播特性的一个基本物理量,它与介质的特性及状态因素有关,因而通过介质中声速的测定,可以了解介质的特性或状态变化。例如，测量氯气、蔗糖等气体或溶液的浓度、氯丁橡胶乳液的比重以及输油管中不同油品的分界面等等，这些问题都可以通过测定这些物质中的声速来解决。 频率低于20Hz的声波称为次声波；频率在20Hz～20kHz的声波可以被人听到,称为可闻声波;频率在20kHz以上的声波称为超声波.超声波的传播速度就是声波的速度.由于超声波具有波长短、易发射、能定向传播等优点,在超声波段进行声速测量是比较方便的. 本实验用压电陶瓷超声换能器来测定超声波在空气中的传播速度。 [实验目的] 1.学习相位比较法测定声速的原理及方法.加深对振动合成等理论知识的理解 2.了解压电换能器的工作原理和功能,进一步熟悉信号发生器、示波器的使用 3.练习使用逐差法处理数据 [实验仪器] 声速测定组合仪,信号发生器,示波器 声速测量仪： 由发射器、接收器、游标卡尺组成。当一交变正弦电压信号加在发射器上时，由于压电晶片的逆压电效应，产生机械振动发生超声波。可移动的接收器，将接收的声振动转化为电振动信号输至示波器。接收器的位置由游标卡尺读数确定。 图1. 声速测量仪 使用方法：
左击或右击换能器，可以改变换能器面与水平方向的夹角。按下右边换能器的拖动，可以改变两个换能器之间的的距离。点击或按下窗体中上部的微调按钮，可以缓慢改变两个换能器之间的距离。 信号发生器： 图2. 信号发生器 它是一种多功能信号发生器，可以输出正弦波、方波、三角波三种波形的交变信号，信号频率范围为10Hz—2000kHz，既可分档调节，又可连续调节。信号幅度可连续调节。 1．频率显示窗口：显示输出信号的频率或外测频信号的频率，用五位数字显示信号的频率，且频率连续可调（输出信号时）。 2．幅度显示窗口：显示函数输出信号的幅度，由三位数字显示信号的幅度。 3．输出波形，对称性调节旋钮（SYM）：调节此旋钮可改变输出信号的对称性。当电位器处在关闭或者中心位置时，则输出对称信号。输出波形对称调节器可改变输出脉冲信号空度比，与此类似，输出波形为三角或正弦时可使三角波调变为锯齿波, 正弦波调变为正与负半周分别为不同角频率的正弦波形，且可移相180?。（仿真实验中使用方法：右键单击进行顺时针旋转，左键打击进行逆时针旋转。） 4．速率调节旋钮（WIDTH）：调节此电位器可以改变内扫描的时间长短。在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过低通开关进入测量系统。 5．扫描宽度调节旋钮（RATE）：调节此电位器可调节扫频输出的扫频范围。在外测频时，逆时针旋到底（绿灯亮），为外输入测量信号经过衰减“20dB”进入测量系统。 6．外部输入插座（INPUT）：当“扫描/计数键”（13）功能选择在外扫描外计数状态时，外扫描控制信号或外测频信号由此输入。 7． TTL信号输出端（TTL OUT）：输出标准的TTL幅度的脉冲信号，输出阻抗为600Ω。 8．函数信号输出端：输出多种波形受控的函数信号，输出幅度20Vp–p（1MΩ负载）,10Vp–p (50Ω负载)。
压电式超声波发生器原理
由于超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，如测距仪和物位测量仪等都可以通过超声波来实现。利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求，因此在移动机器人研制上也得到了广泛的应用。下面为大家介绍超声波测距原理是什么。 超声波测距原理 1、超声波发生器 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用电晶体的谐振来工作的。超声波发生器内部结构如图1所示，它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就成为超声波接收器了。 3、超声波测距原理 超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s，根据计时器记录的时间t，就可以计算出发射点距障碍物的距离(s)，即：s=340t/2 。这就是所谓的时间差测距法。 超声波测距的原理是利用超声波在空气中的传播速度为已知，测量声波在发射后遇到障碍物反射回来的时间，根据发射和接收的时间差计算出发射点到障碍物的实际距离。由此可见，超声波测距原理与雷达原理是一样的。 测距的公式表示为：L=C×T 式中L为测量的距离长度；C为超声波在空气中的传播速度；T为测量距离传播的时间差(T为发射到接收时间数值的一半)。 对于超声波测距精度要求达到1mm时，就必须把超声波传播的环境温度考虑进去。例如当温度0℃时超声波速度是332m/s, 30℃时是350m/s，温度变化引起的超声波速度变化为18m/s。若超声波在30℃的环境下以0℃的声速测量100m距离所引起的测量误差将达到5m，测量1m误差将达到5cm。
计算机在煤矿监测监控及人员定位系统的作用
计算机在煤矿监测监控及人员定位系统的作用 随着计算机信息化的不断发展，计算机信息技术在煤矿企业的应用已经越来越广泛，不仅提高了煤矿生产率，改善了安全生产状况，也为煤矿企业带来了巨大的经济效益。本文主要从煤矿安全环境监测监控系统、人员定位系统、人员考勤定位子系统三方面进行了分析和介绍。 标签：计算机煤矿安全生产监测监控系统 计算机信息技术，是煤炭安全生产监控中最基本的应用，也是提升煤炭生产安全水平、强化煤炭安全监督的技术革命和管理革命。由于我国目前煤炭资源比较紧缺，而且我国的煤矿企业安全生产工作的基础比较薄弱，与世界先进国家煤矿企业的差距还很多。这样严峻的安全生产问题造成了不良的社会影响和严重的环境危害，成为社会不稳定的因素。同时我国严峻的煤矿企业安全生产形势引起了国际社会的广泛关注，直接影响着我国的对外贸易与国际形象。 由于传统的生产技术和管理监督体系的落后，所以长期以来，我国的煤炭生产安全事故问题一直没有得到有效的控制，而煤矿的煤炭瓦斯爆炸，透水事件等恶性事故的频繁发生，给国家和人民造成严重的威胁和生命财产的损失。为了从根本上改变以往落后的传统安全管理模式，就把计算机信息技术应用到煤炭生产监控中，把煤炭安全监督管理正式归入信息化现代化的轨道。同时计算机信息化的不断发展，世界各国开始将数字计算机应用于煤矿企业，采用计算机网络技术，全面实现全矿井生产和安全系统的综合监测、监视与控制，大大提高生产效率，改善企业安全生产状况，取得了巨大的效果。 1 煤矿安全环境监测监控系统 1.1 煤矿安全环境监控监测系统构成 根据煤矿安全监测系统组成的概念，可以把监测监控系统功能分为两种，一是，检测各种环境安全参数、设备工况参数、过程控制参数，即我们说的”测”；二是，根基检测的参数去控制安装、报警装置、生产设备和执行机构能，即“控”。煤矿安全系统一般只是监测生产过程，在监测的安全参数达到生产显示的极限值时，声和光报警就会及时输出，所以此类系统被称为监测系统；而一些简单的开关量控制，如断电和闭锁等，一般参与的系统称之为监测监控系统。 煤矿安全系统包含测控分站级和中心站级，而生产监测控制系统层次上一般又分为两级或者三级管理的计算机集散系统。每个测控分站负责内容不同，传感器信号和采集执行机构，实现了采集和控制分散；数据的处理、储存、传输归中心站负责，从而实现了集中的管理。而两者和计算机网络之间实现传输信道的是通过通信、传感器到监控分站的数据传输、测控分站到执行装置信号的传输。 煤矿监测系统一般包括地面中心站，井下工作站和传输系统三个系统组成。
雷电定位系统原理及影响定位结果的因素
雷电定位系统原理及影响定位结果的因素 摘要：在时间差闪电定位算法的基础上，采用蒙特卡罗模拟方法，实现了对闪电定位误差的定量评估。详细分析了闪电定位系统中测站数目、布站方式和站址基线长度3个因素对定位结果的影响。研究表明：定位误差与测站数目、布站方式和基线长度有密切关系。当测站数目一定时，矩形加中心站的布站方式定位结果较好；当布站方式一定时，测站数目越多定位误差越小；在仪器允许的探测范围内，基线越长，覆盖区域越大，定位误差越小。闪电定位误差的定量分析研究，为闪电监测网的站址选择、子站布设等实际工作提供了重要参考依据。 关键词：到达时间；定位原理；定位误差 1.引言 据统计，无论那一时刻，世界上都约有2000个雷暴区在活动，这些雷暴区每秒钟产生1000个以上云地闪和云闪。雷电监测定位系统在雷电的研究、监测及防护领域中处于极其核心的位置。通过实时监测雷暴的发生、发展、成灾情况和移动方向及其它活动特性，对一些重点目标给出类似于台风的监测预报，使雷电造成的损失降到最低点。 自然界中的闪电可以细分为: 1）云闪：云对云、云内放电； 2）地闪：云对地的放电； 3)诱发闪电：人工引雷所形成的闪电； 4）球闪:球状闪电，常常成为地滚闪。 其中，云地闪电对地面上的目标危害最大，是电力、森林防火等领域研究的重点。云地闪电的放电过程如下：云层电荷形成电分布初始击穿梯级先导联接过程 第一回击K过程、J过程直窜先导第二回击。 闪电的放电过程中最重要的过程是回击过程，因为回击的电流大、时间短，辐射的电磁场强，是形成故障、造成危害的主要原因。 每次闪电持续的时间主要由回击数决定，闪电持续的时间一般在1秒以内，平均在0.2秒。一个回击的持续时间一般小于0.1ms（毫秒），回击和回击之间的时间间隔一般为20-200ms之间，平均值为50-70ms。雷电定位系统所测定的回击放电时间是回击产生的电磁脉冲的第一个峰值到达监测站的时刻，精度大约为10-7秒，它等于回击发生的时刻加上传播时延。一次典型的云地闪的电波型[1]如图1-1所示。 1
课程设计作品超声波测距定位实验的仪
课程设计作品：超声波测距定位实验仪 一设计系统的目的用途及其主要功能： 超声波具有指向性强，能量消耗缓慢，传播距离较远等优点，所以，在利用传感器技术和自动控制技术相结合的测距方案中，超声波测距是目前应用最普遍的一种，它广泛应用于防盗、倒车雷达、水位测量、建筑施工工地以及一些工业现场。目前一般都采用波在介质传播速度和时间关系进行测量。常用的技术主要有激光测距、微波雷达测距超声波测距三种。激光测距。这是利用激光的单色性和相传播速度V易受空气中温度、湿度、压强等因素的影响，其中干性好、方向性强等特点，以实现高精度的计量和检测，如量长度、距离、速度、角度等等。手持式和便携式测距仪，作用距离为数百米至数十千米。一般应用到远距离测量。微波雷达测距是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置。根据微波雷达的用途不同，所测定的目标可能是飞机、导弹、车辆、建筑物、云雨等。微波测距一般应用于雷达系统，GPS定位系统。超声波测距就是利用其反射特性，超声波发生器不断地发射出40kHz超声波遇到障碍物后反射回反射波，超声波接收器接收到发射波信号，并将其转换为电信号。相比于其它定位技术超声波定位技术成本低，制作容易，非常适合于短距离测量定位。 本课程设计利用超声波发射与接收装置，实现超声波的测距功能，从而实现物体定位。 利用该设计，可以实现盲人导航系统的研究与应用，实现障碍物的定位测量等。
二硬件设计思想和电原理图 1、超声波发生器 为了研究和利用超声波，人们已经设计和制成了许多超声波发生器。总体上讲，超声波发生器可以分为两大类：一类是用电气方式产生超声波，一类是用机械方式产生超声波。 电气方式包括压电型、磁致伸缩型和电动型等；机械方式有加尔统笛、液哨和气流旋笛等。它们所产生的超声波的频率、功率和声波特性各不相同，因而用途也各不相同。目前较为常用的是压电式超声波发生器。 2、压电式超声波发生器原理 压电式超声波发生器实际上是利用压电晶体的谐振来工作的。它有两个压电晶片和一个共振板。当它的两极外加脉冲信号，其频率等于压电晶片的固有振荡频率时，压电晶片将会发生共振，并带动共振板振动，便产生超声波。反之，如果两电极间未外加电压，当共振板接收到超声波时，将压迫压电晶片作振动，将机械能转换为电信号，这时它就
运用雷电定位系统提高查找线路雷击故障点效率
运用雷电定位系统提高查找线路雷击故障点效率 发表时间：2016-10-11T15:24:02.977Z 来源：《电力设备》2016年第14期作者：尹学军[导读] 雷电定位系统能为绵延在荒郊山谷中的输电线路雷击故障判断提供辅助决策。 （威远县供电公司） 摘要：雷电定位系统能为绵延在荒郊山谷中的输电线路雷击故障判断提供辅助决策，避免巡视人员盲从于运行经验、而进行登杆巡视，同时为雷击区域等级划分提供精确的雷电参数，为雷电分析的提供重要依据，是维护输电线路运行的有力工具。本文就威远县供电公司如何运用雷电定位系统、提高雷击故障查找效率及雷电事故鉴别，进行简要说明和实效分析。 关键字：雷电定位雷电流故障查找 背景介绍 威远县供电公司管辖输电线路属丘陵地带，形成地下矿藏以冶金建材为主导的工业城市，且很多山地地段都是石灰岩，土壤电阻率较大，每年雷暴日约40-50个，线路雷击跳闸仍然是引起输电线路跳闸的首要原因。因此，及时、准确对雷电活动进行大致分析和判断，对于山区线路查找故障点工作而言具有重要意义。 1、线路路径 由于输电线路分布广，并分布在旷野，地形复杂，又属于丘陵地带，因此线路巡视工作较为困难。 2、雷害情况 四川地区雷雨最早从每年的5月开始，最迟到11月，且7、8月达到高峰。其中春季和夏季雷雨天气较多，此时不仅落雷密度大，而且雷电流幅值高，线路遭受雷击跳闸集中发生在每年的6月～8月。威远电网所处地区雷害情况较严重，按照雷区等级划分标准，从图1和图2中，不难看出威远属于雷电活动强烈和雷害风险高的地区，每年雷击跳闸仍然是引起输电线路跳闸的首要原因，且90%以上雷击跳闸故障点处于山区线路。 图1 四川电网雷区分布图
超声波传感器原理及应用
[日期：2007-06-05] 来源：作者：[字体：大中小] 超声波发射原理是把铁磁材料置于交变磁场中，产生机械振动，发射出超声波。 接收原理是当超声波作用在磁致材料上时，使磁滞材料磁场变化，使线圈产生感应电势输出。 超声波传感器原理与应用 2008-04-18 02:40 超声波传感器原理及应用 信息来源：转载https://www.wendangku.net/doc/9311015252.html,发布时间：2008-01-02字号：小中大 关键字：超声波传感器 1、遥控开关超声波遥控开关可控制家用电器及照明灯。采用 2、液位指示及控制器由于超声波在空气中有一定的衰减，则发送到液面及从液面反射回来的信号大小与液位有关，液面位置越高，信号越大；液面越低则信号就小。接收到的信号经BG1、BG2放大，经D1、D2整流成直流电压。当4.7KΩ上的电压超过BG3的导通电压时，有电流流过BG3，电流表有指示，电流大小与液面有关。A点与上图A点相连接。当液位低于设置值时，比较器输出为低电平。BG 不导通，若液位升到规定位置，比较器翻转，输出高电平。BG导通，J吸合，可通过电磁阀将输液开关关闭，以达到控制的目的（高位控制）。 超声波传感器 信息来源：https://www.wendangku.net/doc/9311015252.html,/ca.htm发布时间：2007-11-27字号：小中大 关键字：超声波传感器传感器压电陶瓷超声传感器超声波距离传感器 超声波传感器的测距系统设计图
信息来源：中国超声波发布时间：2008-03-17字号：小中大 关键字：超声波传感器 安全避障是移动机器人研究的一个基本问题。障碍物与机器人之间距离的获得是研究安全避障的前提，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、硬件容易实现等优点，被广泛用作测距传感器。本超声波测距系统选用了senscomp公司生产的polaroid6500系列超声波距离模块和600系列传感器，微处理器采用了atmel公司的at89c51。本文对此超声波测距系统进行了详细的分析与介绍。 1、超声波传感器及其测距原理 超声波是指频率高于20khz的机械波[1]。为了以超声波作为检测手段，必须产生超生波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器，习惯上称为超声波换能器或超声波探头。超声波传感器有发送器和接收器，但一个超声波传感器也可具有发送和接收声波的双重作用。超声波传感器是利用压电效应[1]的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。 超声波测距的原理一般采用渡越时间法tof（timeofflight）[2]。首先测出超声波从发射到遇到障碍物返回所经历的时间，再乘以超声波的速度就得到二倍的声源与障碍物之间的距离，即 1、硬件电路设计 我们设计的超声波测距系统由polaroid600系列传感器、polaroid6500系列超声波距离模块和at89c51单片机构成。