高压管件全生命周期动态跟踪监管系统设计
发布时间：2021-08-31 18:32
在石油开采领域中,高压管件作为井下压裂施工中的重要设备,其健康状况对作业尤为重要,一旦发生刺漏,不仅影响公司生产效益,而且会给现场工作人员带来生命危险。因此需要开发一套对高压管件进行全生命周期健康管理的系统,从而保证作业过程安全、稳定、有序、高效的进行。针对上述问题,本文在调研井下压力施工高压管件监测现状和需求的基础上,提出了包括抗金属电子标签、手持射频终端APP、PC监管平台的高压管件全生命周期动态跟踪监管系统设计方案。首先,从标签受金属屏蔽原因入手,提出了金属表面电磁波二次反射的方法设计了一款新型的RFID抗金属电子标签作为高压管件“身份证”;其次,为方便工作人员扫描识别,将管件信息统一编码,写入到标签内,并将标签绑定到对应管件上;最后,对管件全生命周期管理系统APP、PC监管平台和服务器代码三部分设计,分别从计划、入库、领取、使用、报警、检测、报废七大模块入手进行分模块功能流程设计、数据库设计以及代码设计,从而完成系统开发。实验结果表明:利用手持射频终端APP扫描识别标签,不仅可以获取扫描管件信息,而且可以对管件进行全生命周期操作管理。此外为了方便操作,工作人员也可以通过PC监管...
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压管件现场作业（Figure2-1fieldoperationofhighpressurepipefittings）
中北大学学位论文18读写器在扫描待识别物体上的电子标签时，会通过发射天线发射一定频率的射频信号，并产生射频磁场，电子标签在该射频磁场中会产生感应电流从而获得能量。标签依靠感应电流获得的能量将储存在标签芯片中的物体编码信息通过天线发送出去，系统接收天线接收到并传送至读写器，读写器对接收到的信号进行解调读取后，送至后台中央系统进行数据处理，从而实现标签的识别读取[16]。3.2高压管件新型抗金属标签设计了解了高压管件识别技术后，接下来分析射频标签在金属环境下受屏蔽的原因，针对其原因提出解决的方法。同时在标签选用材质上，也需考虑到标签的易绑定、抗击打的问题。3.2.1电子标签受金属屏蔽原因众所周知，无源RFID电子标签本身没有电源，要想标签正常工作，必须为其提供能量。而其能量来源于标签天线接收并转换读写器扫描标签时发射的射频信号，因此，电源恢复电路需要将标签天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压，从而为标签芯片提供能量[17]。在此情况下，要求标签天线尽最大可能捕获到读写器产生的射频信号，如果捕获较少或者捕获不到，便无法转换成标签芯片工作需要的足够能量，导致其无法工作。而在石油开采井下钻探作业中，投球器、泵车、附属件、管汇橇以及所有高压管件都属于金属制品，如果采用无源RFID标签追踪识别这些设备，需将标签绑定在这些金属制品上，而使用如图3-2的具有类偶极子天线的普通无源超高频RFID标签绑定在金属上时，金属会影响标签捕获射频信号[18]，导致标签工作性能急剧下降，无法被读龋图3-2普通卡片RFID芯片的天线（Figure3-2antennaofordinarycardRFIDchip）
中北大学学位论文23表3-2插入金属层（Table3-2insertmetallayer）间隔距离/mm读取率/（次/s）平均值/（次/s）第1次第2次第3次第4次第5次44.04.85.25.35.04.8655.26.85.76.16.26.066.97.27.37.57.37.2477.57.67.48.88.17.8889.710.010.49.99.39.86910.811.011.410.99.510.721011.711.512.912.411.912.081113.812.913.413.713.013.361313.813.914.113.914.213.981614.514.914.513.814.714.481813.9.014.113.513.713.713.782013.1013.213.213.013.013.1从实验结果来看，插入金属层很好的利用了金属涡流的影响，增强了标签的读写率，该金属层与金属表面结合增强了标签感应到读写器发出的射频信号，使标签捕获到足够的射频信号提供能量，标签读写性能增强[28]。由此可以设计出新型抗金属标签的初步模型，如图3-5、3-6。图3-5是新型抗金属标签分层模型，模型为标签天线-柔性硬质材料层-金属层的构造，同时内部柔性硬质材料层保证标签天线与金属层的距离为3mm、金属层与金属表面距离为13mm，最终封装成新型抗金属标签。图3-6是新型抗金属标签3D模型，可以更加直观的看到标签做好的成品。图3-5抗金属标签分层模型（Figure3-5delaminationmodelofantimetallabel）金属表面柔性硬质材料封装标签（天线）柔性硬质材料金属层
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B/S架构的图书管理系统研究[J]. 尹全勤. 科技传播. 2019(06)
[2]基于B/S架构的高校物资供应系统设计与开发[J]. 余柳,张馨艺,曾碧唯,张菁. 电脑知识与技术. 2019(09)
[3]单模态兰姆波线形阵列传感器研制及应用[J]. 焦敬品,杨素方,何存富,吴斌. 仪器仪表学报. 2018(11)
[4]基于工业级标准的低功耗电子标签（RFID）教学平台的设计[J]. 胡玉鑫. 知识经济. 2018(22)
[5]微电网数据通信无线传感器网络性能的跨层控制方法研究[J]. 薛雪,王建平,孙伟. 电子测量与仪器学报. 2018(10)
[6]基于时空域的自适应视频背景建模算法[J]. 张安伦,滕国伟,赵海武. 电子测量技术. 2018(12)
[7]数字媒体专业学生创新创业训练计划体系构建[J]. 郭丰,李松林,吕德生. 黑龙江教育学院学报. 2016(07)
[8]射频识别（RFID）技术在集装箱车辆管理系统中的应用[J]. 陈森,覃远年. 科技信息. 2014(13)
[9]基于RFID的小区智能门禁系统[J]. 郑国伟. 福建电脑. 2013(11)
[10]基于物联网技术构建智慧校园系统方案设计[J]. 刘建华. 甘肃联合大学学报(自然科学版). 2013(03)
博士论文
[1]超高频射频识别抗金属标签研究[D]. 莫凌飞.浙江大学 2009
硕士论文
[1]潍焦集团设备全生命周期精细化管理系统的设计与实现[D]. 王健.山东大学 2018
[2]基于RFID技术的管壳式换热器全生产过程质量监控管理系统研究与开发[D]. 冯韶璐.北京化工大学 2018
[3]基于HTML5的高校就业信息管理系统的研究与开发[D]. 黄文强.南昌航空大学 2016
[4]基于Android平台的老年人用药助手软件的开发[D]. 程超.哈尔滨工业大学 2015
[5]轻量级MOOC平台的实现技术研究[D]. 谭野墨.云南大学 2015
[6]基于Web的工程项目管理软件数据平台设计[D]. 胡琳惠.电子科技大学 2014
[7]基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计[D]. 闫恩亮.燕山大学 2014
[8]基于B/S模式的中职教学评价系统设计与实现[D]. 黄雄生.湖南大学 2014
[9]基于RFID的仓储物流管理关键技术研究与工程应用[D]. 乔鲁豫.东华大学 2014
[10]基于视频检测的电子警察系统的设计与实现[D]. 郤一吟.电子科技大学 2013
本文编号：3375399
【文章来源】：中北大学山西省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
高压管件现场作业（Figure2-1fieldoperationofhighpressurepipefittings）
中北大学学位论文18读写器在扫描待识别物体上的电子标签时，会通过发射天线发射一定频率的射频信号，并产生射频磁场，电子标签在该射频磁场中会产生感应电流从而获得能量。标签依靠感应电流获得的能量将储存在标签芯片中的物体编码信息通过天线发送出去，系统接收天线接收到并传送至读写器，读写器对接收到的信号进行解调读取后，送至后台中央系统进行数据处理，从而实现标签的识别读取[16]。3.2高压管件新型抗金属标签设计了解了高压管件识别技术后，接下来分析射频标签在金属环境下受屏蔽的原因，针对其原因提出解决的方法。同时在标签选用材质上，也需考虑到标签的易绑定、抗击打的问题。3.2.1电子标签受金属屏蔽原因众所周知，无源RFID电子标签本身没有电源，要想标签正常工作，必须为其提供能量。而其能量来源于标签天线接收并转换读写器扫描标签时发射的射频信号，因此，电源恢复电路需要将标签天线感应出的超高频信号转换为芯片工作需要的直流电压，从而为标签芯片提供能量[17]。在此情况下，要求标签天线尽最大可能捕获到读写器产生的射频信号，如果捕获较少或者捕获不到，便无法转换成标签芯片工作需要的足够能量，导致其无法工作。而在石油开采井下钻探作业中，投球器、泵车、附属件、管汇橇以及所有高压管件都属于金属制品，如果采用无源RFID标签追踪识别这些设备，需将标签绑定在这些金属制品上，而使用如图3-2的具有类偶极子天线的普通无源超高频RFID标签绑定在金属上时，金属会影响标签捕获射频信号[18]，导致标签工作性能急剧下降，无法被读龋图3-2普通卡片RFID芯片的天线（Figure3-2antennaofordinarycardRFIDchip）
中北大学学位论文23表3-2插入金属层（Table3-2insertmetallayer）间隔距离/mm读取率/（次/s）平均值/（次/s）第1次第2次第3次第4次第5次44.04.85.25.35.04.8655.26.85.76.16.26.066.97.27.37.57.37.2477.57.67.48.88.17.8889.710.010.49.99.39.86910.811.011.410.99.510.721011.711.512.912.411.912.081113.812.913.413.713.013.361313.813.914.113.914.213.981614.514.914.513.814.714.481813.9.014.113.513.713.713.782013.1013.213.213.013.013.1从实验结果来看，插入金属层很好的利用了金属涡流的影响，增强了标签的读写率，该金属层与金属表面结合增强了标签感应到读写器发出的射频信号，使标签捕获到足够的射频信号提供能量，标签读写性能增强[28]。由此可以设计出新型抗金属标签的初步模型，如图3-5、3-6。图3-5是新型抗金属标签分层模型，模型为标签天线-柔性硬质材料层-金属层的构造，同时内部柔性硬质材料层保证标签天线与金属层的距离为3mm、金属层与金属表面距离为13mm，最终封装成新型抗金属标签。图3-6是新型抗金属标签3D模型，可以更加直观的看到标签做好的成品。图3-5抗金属标签分层模型（Figure3-5delaminationmodelofantimetallabel）金属表面柔性硬质材料封装标签（天线）柔性硬质材料金属层
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于B/S架构的图书管理系统研究[J]. 尹全勤. 科技传播. 2019(06)
[2]基于B/S架构的高校物资供应系统设计与开发[J]. 余柳,张馨艺,曾碧唯,张菁. 电脑知识与技术. 2019(09)
[3]单模态兰姆波线形阵列传感器研制及应用[J]. 焦敬品,杨素方,何存富,吴斌. 仪器仪表学报. 2018(11)
[4]基于工业级标准的低功耗电子标签（RFID）教学平台的设计[J]. 胡玉鑫. 知识经济. 2018(22)
[5]微电网数据通信无线传感器网络性能的跨层控制方法研究[J]. 薛雪,王建平,孙伟. 电子测量与仪器学报. 2018(10)
[6]基于时空域的自适应视频背景建模算法[J]. 张安伦,滕国伟,赵海武. 电子测量技术. 2018(12)
[7]数字媒体专业学生创新创业训练计划体系构建[J]. 郭丰,李松林,吕德生. 黑龙江教育学院学报. 2016(07)
[8]射频识别（RFID）技术在集装箱车辆管理系统中的应用[J]. 陈森,覃远年. 科技信息. 2014(13)
[9]基于RFID的小区智能门禁系统[J]. 郑国伟. 福建电脑. 2013(11)
[10]基于物联网技术构建智慧校园系统方案设计[J]. 刘建华. 甘肃联合大学学报(自然科学版). 2013(03)
博士论文
[1]超高频射频识别抗金属标签研究[D]. 莫凌飞.浙江大学 2009
硕士论文
[1]潍焦集团设备全生命周期精细化管理系统的设计与实现[D]. 王健.山东大学 2018
[2]基于RFID技术的管壳式换热器全生产过程质量监控管理系统研究与开发[D]. 冯韶璐.北京化工大学 2018
[3]基于HTML5的高校就业信息管理系统的研究与开发[D]. 黄文强.南昌航空大学 2016
[4]基于Android平台的老年人用药助手软件的开发[D]. 程超.哈尔滨工业大学 2015
[5]轻量级MOOC平台的实现技术研究[D]. 谭野墨.云南大学 2015
[6]基于Web的工程项目管理软件数据平台设计[D]. 胡琳惠.电子科技大学 2014
[7]基于医案和机器学习的中西医结合糖尿病专家系统设计[D]. 闫恩亮.燕山大学 2014
[8]基于B/S模式的中职教学评价系统设计与实现[D]. 黄雄生.湖南大学 2014
[9]基于RFID的仓储物流管理关键技术研究与工程应用[D]. 乔鲁豫.东华大学 2014
[10]基于视频检测的电子警察系统的设计与实现[D]. 郤一吟.电子科技大学 2013
本文编号：3375399
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