埋地金属输油管道电压信号测量系统设计与实现
发布时间：2021-11-16 16:33
目前,石油、天然气等能源的输送主要是以埋地金属管道为主。由于输送管道的地理环境复杂,输送管道受环境以及杂散电流的影响,易被腐蚀造成管道泄漏等问题。为维护管道健康,目前多采用涂抹防腐层与阴极保护相结合的方法以及通过检测管道电压信号的方式了解管道受保护情况。但是存在着人为检测效率低、误差大、成本高等问题,因此本文设计了一种埋地金属输油管道的电压信号测量系统。本系统具有测量精度高、续航时间长、实时数据交互、工作模式多样化等特点。其中,为提高测量系统的稳定性与可靠性,设计了通信异常处理、离线存储、系统状态监测等功能并提出系统抗干扰的措施与方法。本文的创新点为:第一,针对环境温度变化导致测量误差过大的问题,提出了基于回归分析的测量误差补偿方法;第二,为提高系统的校准效率与测量精度,提出了一种系统自适应校准的方法。本论文完成的主要研究工作如下几个方面:1.完成系统硬件电路的设计。依据系统的芯片功耗需求,采用开关电源和线性稳压芯片进行电源设计,减小了电源噪声对测量精度的影响;采用高精度放大器,嵌位保护和电阻分压电路构成了信号调理电路,满足了对大动态范围电压信号测量的需求;采用SIM808芯片进行通信...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴保系统测试方法
上并联滤波电容来提高环路的稳定性。为了方便电源设计，TI 公司提供了 WEBENCH软件进行设计仿真，结果如图 3.4 所示：图3.4 +7.5V 电源电路仿真图通过图 3.4 得知，电源模块的输出电压上升时间较快约在 1ms 后输出电压达到稳定，并且输出电压的纹波电压较小。对于产生负压的电源模块设计时需要注意电源在启动时需要高达 4.5A 的输入电流并至少需要 2ms 或者更长的时间输出电压才能达到稳定。所以在设计-7.5V 的输出电压时需要延时启动开关电源芯片，并选择较大的输入电容允许输入电容在开关电源芯片启动之前充电到更高的电压。在开关电源芯片启动时，输入电容可以提供一部分输入电流，满足电源启动时的高输入电流需求。依据数据指导手册，输入电容选择470 μ F / 50V的电解电容。综合上述分析，±7.5V 电源模块的原理设计图如图 3.5 所示。（a）+7.5V 电源电路设计原理图
16（b）-7.5V 电源电路设计原理图图3.5 电源模块原理图3.1.2 电信号采集模块设计能够准确的测量埋地输油管道的电压信号对判断管道的健康程度具有十分重要的意义。本系统中对直流电压、交流电压采用同步测量的方式 。（一）电压信号调理电路设计由于输油管道所在的电磁环境复杂，通常其直流电压的范围在-30V~30V，交流电压的峰值范围在 0V~100V 之间。设计了一种以 OP07 芯片为核心的放大测量电路，实现对大动态范围电压的高精度测量。信号调理电路框图如图 3.6 所示。分压电路 嵌位保护 电压跟随 滤波电路 电压放大图3.6 电压信号调理电路方框图按照系统设计指标要求，输入阻抗应大于 10MΩ，故而在分压电路应选取大阻值电阻来提高输入阻抗。但是选取大阻值电阻同时将会带来更大的扰动，因此在电路中选用了精度为±0.1%，温漂系数为±5PPM/℃阻值分别为 10MΩ 和 200KΩ 的电阻。为防止过高的电压对测量电路造成损坏
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于逐步回归的中国犯罪率相关因素分析[J]. 王家琦. 现代商贸工业. 2019(11)
[2]基于回归分析的隧道收敛预测[J]. 何应鹏,王娜,李璇琼. 山西建筑. 2019(10)
[3]基于岭回归的江苏省社会消费品零售额影响因素分析[J]. 王艳. 徐州工程学院学报(社会科学版). 2019(02)
[4]埋地输油管道阴极保护电位欠保护状态的原因与对策[J]. 胡雪梅. 石油化工腐蚀与防护. 2019(01)
[5]基于线性回归的电力物资配套采购数量的预测分析[J]. 胡亚楠,王铁铮,蒋訢晔,巩晓昕. 农村经济与科技. 2019(02)
[6]基于数字锁相放大器测量电阻热噪声[J]. 贾莲莲,贺子芸,曾迪昂,王自鑫,蔡志岗. 物理实验. 2018(12)
[7]基于最小二乘法的线性回归方程推导与应用分析[J]. 陈雨彤. 中国新通信. 2018(24)
[8]埋地金属管道腐蚀检测技术对比研究[J]. 张涛. 湖南工业职业技术学院学报. 2018(05)
[9]适用于低通跨阻滤波器的低噪声低失调斩波全差分运放[J]. 张阳. 电子产品世界. 2018(08)
[10]钢制埋地输油管道的腐蚀及防腐研究[J]. 张宇尘. 化工管理. 2018(20)
博士论文
[1]神经网络协同学习理论及应用研究[D]. 李雨珂.浙江大学 2015
[2]埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究[D]. 郝宏娜.中国石油大学（华东） 2012
硕士论文
[1]天然气埋地金属管道检测项目优化分析与实践[D]. 赵冉.北京建筑大学 2018
[2]一种高精度轨到轨输入输出运算放大器的研究与设计[D]. 黄武.电子科技大学 2018
[3]微弱直流电压信号的采集与测量系统[D]. 闫岩.南京信息工程大学 2017
[4]交流干扰对埋地管道阴极保护效果的影响研究[D]. 李佳佳.西南石油大学 2016
[5]石油管线阴极保护检测系统硬件设计探究[D]. 孔亮.西安电子科技大学 2015
[6]基于物联网技术的无缝针织企业MES系统[D]. 崔定国.杭州电子科技大学 2015
[7]通用软件无线电平台基带处理板的设计与实现[D]. 李钢.北京邮电大学 2014
[8]城市配电线路单相接地故障定位方法的研究[D]. 刘文轩.华北电力大学 2012
[9]电子元器件散粒噪声特性及测试方法研究[D]. 郑磊.西安电子科技大学 2009
[10]基于ASIP阵列结构的图像降噪电路设计与实现[D]. 赵文元.西安电子科技大学 2009
本文编号：3499198
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阴保系统测试方法
上并联滤波电容来提高环路的稳定性。为了方便电源设计，TI 公司提供了 WEBENCH软件进行设计仿真，结果如图 3.4 所示：图3.4 +7.5V 电源电路仿真图通过图 3.4 得知，电源模块的输出电压上升时间较快约在 1ms 后输出电压达到稳定，并且输出电压的纹波电压较小。对于产生负压的电源模块设计时需要注意电源在启动时需要高达 4.5A 的输入电流并至少需要 2ms 或者更长的时间输出电压才能达到稳定。所以在设计-7.5V 的输出电压时需要延时启动开关电源芯片，并选择较大的输入电容允许输入电容在开关电源芯片启动之前充电到更高的电压。在开关电源芯片启动时，输入电容可以提供一部分输入电流，满足电源启动时的高输入电流需求。依据数据指导手册，输入电容选择470 μ F / 50V的电解电容。综合上述分析，±7.5V 电源模块的原理设计图如图 3.5 所示。（a）+7.5V 电源电路设计原理图
16（b）-7.5V 电源电路设计原理图图3.5 电源模块原理图3.1.2 电信号采集模块设计能够准确的测量埋地输油管道的电压信号对判断管道的健康程度具有十分重要的意义。本系统中对直流电压、交流电压采用同步测量的方式 。（一）电压信号调理电路设计由于输油管道所在的电磁环境复杂，通常其直流电压的范围在-30V~30V，交流电压的峰值范围在 0V~100V 之间。设计了一种以 OP07 芯片为核心的放大测量电路，实现对大动态范围电压的高精度测量。信号调理电路框图如图 3.6 所示。分压电路 嵌位保护 电压跟随 滤波电路 电压放大图3.6 电压信号调理电路方框图按照系统设计指标要求，输入阻抗应大于 10MΩ，故而在分压电路应选取大阻值电阻来提高输入阻抗。但是选取大阻值电阻同时将会带来更大的扰动，因此在电路中选用了精度为±0.1%，温漂系数为±5PPM/℃阻值分别为 10MΩ 和 200KΩ 的电阻。为防止过高的电压对测量电路造成损坏
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于逐步回归的中国犯罪率相关因素分析[J]. 王家琦. 现代商贸工业. 2019(11)
[2]基于回归分析的隧道收敛预测[J]. 何应鹏,王娜,李璇琼. 山西建筑. 2019(10)
[3]基于岭回归的江苏省社会消费品零售额影响因素分析[J]. 王艳. 徐州工程学院学报(社会科学版). 2019(02)
[4]埋地输油管道阴极保护电位欠保护状态的原因与对策[J]. 胡雪梅. 石油化工腐蚀与防护. 2019(01)
[5]基于线性回归的电力物资配套采购数量的预测分析[J]. 胡亚楠,王铁铮,蒋訢晔,巩晓昕. 农村经济与科技. 2019(02)
[6]基于数字锁相放大器测量电阻热噪声[J]. 贾莲莲,贺子芸,曾迪昂,王自鑫,蔡志岗. 物理实验. 2018(12)
[7]基于最小二乘法的线性回归方程推导与应用分析[J]. 陈雨彤. 中国新通信. 2018(24)
[8]埋地金属管道腐蚀检测技术对比研究[J]. 张涛. 湖南工业职业技术学院学报. 2018(05)
[9]适用于低通跨阻滤波器的低噪声低失调斩波全差分运放[J]. 张阳. 电子产品世界. 2018(08)
[10]钢制埋地输油管道的腐蚀及防腐研究[J]. 张宇尘. 化工管理. 2018(20)
博士论文
[1]神经网络协同学习理论及应用研究[D]. 李雨珂.浙江大学 2015
[2]埋地金属管道阴极保护电位分布规律研究[D]. 郝宏娜.中国石油大学（华东） 2012
硕士论文
[1]天然气埋地金属管道检测项目优化分析与实践[D]. 赵冉.北京建筑大学 2018
[2]一种高精度轨到轨输入输出运算放大器的研究与设计[D]. 黄武.电子科技大学 2018
[3]微弱直流电压信号的采集与测量系统[D]. 闫岩.南京信息工程大学 2017
[4]交流干扰对埋地管道阴极保护效果的影响研究[D]. 李佳佳.西南石油大学 2016
[5]石油管线阴极保护检测系统硬件设计探究[D]. 孔亮.西安电子科技大学 2015
[6]基于物联网技术的无缝针织企业MES系统[D]. 崔定国.杭州电子科技大学 2015
[7]通用软件无线电平台基带处理板的设计与实现[D]. 李钢.北京邮电大学 2014
[8]城市配电线路单相接地故障定位方法的研究[D]. 刘文轩.华北电力大学 2012
[9]电子元器件散粒噪声特性及测试方法研究[D]. 郑磊.西安电子科技大学 2009
[10]基于ASIP阵列结构的图像降噪电路设计与实现[D]. 赵文元.西安电子科技大学 2009
本文编号：3499198
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shiyounenyuanlunwen/3499198.html
