光纤应变仪的研制与应用前景

光纤应变仪是利用特种光纤光栅器件或者光纤干涉技术进行高精度应变传感的仪器.常见特种光纤光栅有相移光栅和光纤光栅谐振腔,线宽均较窄,可达到0.01 pm量级甚至更窄,结合高精度解调方法,可显著提高系统的应变测量精度.     

A non‐baseline algorithm for damage locating in flexural structures using dynamic distributed macro‐strain responses

The concept of distributed strain‐sensing techniques has been proposed in our recent research, which was dedicated to utilizing the strain distributions throughout the full or partial areas of structures to detect arbitrary and unforeseen damage. An algorithm not requiring a detailed analytical model is presented for damage locating in flexural structures through the direct use of dynamic responses recorded by distributed long‐gauge strain sensors. The modal macro‐strain vector (MMSV), which has been proven to have a mapping relation with displacement mode shape, can be extracted directly from macro‐strain time‐series data, from which a damage evaluating index can be derived and used as an indicator for locating damage. Numerical examples are simulated to verify the sensitivity and effectiveness of the index in different cases. Furthermore, experimental investigations on a cantilevered beam with various long‐gauge fibre optic sensors placements are carried out to examine the feasibility and applicability of the proposed method. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Remote structural health monitoring with serially multiplexed fiber optic acoustic emission sensors

Development and testing of a serially multiplexed fiber optic sensor system is described. The sensor differs from conventional fiber optic acoustic systems, as it is capable of sensing AE emissions at several points along the length of a single fiber. Multiplexing provides for single channel detection of cracks and their locations in large structural systems. An algorithm was developed for signal recognition and tagging of the AE waveforms for detection of crack locations. Laboratory experiments on plain concrete beams and post-tensioned FRP tendons were performed to evaluate the crack detection capability of the sensor system. The acoustic emission sensor was able to detect initiation, growth and location of the cracks in concrete as well as in the FRP tendons. The AE system is potentially suitable for applications involving health monitoring of structures following an earthquake Supported by: National Science Foundation, Grant number CMS-9900338     

用于断层测量的温度补偿光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器

针对光纤EFPI传感器通常尺寸很小,而断层尺寸相对较大,导致光纤EFPI传感器在待测断层处安装不便的情况,提出了一种可用于断层测量的光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器.两根陶瓷插芯从陶瓷套管的两端插入构成EFPI结构,通过使用金属内管和金属外管,增大了光纤EFPI位移传感器的尺寸;并且金属外管的两端采用O型圈密封,因此该EFPI位移传感器能够防水防尘.为了消除温度对EFPI位移传感器的影响,两根金属内管采用了不同热膨胀系数的材料在结构上进行温度补偿.在温度连续变化的环境下,对腔长为718.39 m的EFPI位移传感器进行了测量.测量结果显示,经过温度补偿设计后,位移传感器的温度系数由0.14 μm/℃下降到了-0.04 μm/℃,并呈现过补偿.     

光轴角近90°时二轴晶光性正负的判别

二轴晶光率体光性正负有两种判别方法：一种是根据光轴角（２Ｖ）的锐角平分线（Ｂｘａ）与Ｎｇ一致还是与Ｎｐ一致来判别，其临界点是２ｙ＝９０°；另一种是根据三个主拆射率的相对大小来判别．由于二轴晶光率体为三轴椭球体，在其临界点Ｎｇ一Ｎｍ＝Ｎｍ一Ｎｐ时，光轴角并不等于９０°。就是说，两种判别方法的临界点不一致。本文从光率体几何特性研究入手，通过几何及数学方法，着重讨论上述两种判别方法在其临界点时的相对关系，并结合实际例证，认为二轴晶光率体光性正负的临界点不能只确定为一个点，而应限定在一个范围，即２Ｖ＝９０°到Ｎｇ－Ｎｍ＝Ｎｍ－Ｎｐ之间。     

光纤时间传输及相位补偿

介绍了国外几种利用光纤进行时间频率传递的方法和经验.对无补偿光纤时间频率传递方法、双向时间频率传递方法、光学机械温度补偿方法及电子共轭相位补偿方法作了较详细的描述.光纤时延主要随温度而变化,在200 km以内,时延的日变化为几纳秒,月变化为十几纳秒.在50 km内利用光纤传输100 MHz频率信号时,在不补偿情况下频率稳定度为: 3×10-14/s,1×10-15/d;光学补偿后的频率稳定度可达到1.5×10-14/s,1×10-17/d.电子共轭相位补偿后,温度变化20℃引起的相位变化降低了45倍.光纤传输对短期频率稳定度影响较小,对日及更长期的频率稳定度影响较大.     

地质和岩土工程光电传感监测研究新进展——第六届OSMG国际论坛综述

第六届地质(岩土)工程光电传感监测国际论坛于2017年11月3~5日在南京大学顺利召开。本届论坛主题为"基础设施监测技术前沿及应用",共设置了35场特邀报告,来自近20个国家和地区的350余位代表参会。本届论坛显示,近几年来国内外地质和岩土工程光电传感监测领域的研究工作又取得了很多新进展:(1)光电感测解调技术不断成熟和完善,监测信噪比、空间分辨率等指标也突飞猛进;(2)国际上出现了一系列适用于地质与岩土工程监测的新型光电传感器,如聚合物光纤土工织物等;(3)光电传感器及其监测系统成为保障隧道、堤坝、核电站、桥梁等基础设施安全运营的有力工具,为这些设施的健康状态诊断和损伤识别提供了数据支撑;(4)光电传感监测技术在地质灾害监测预警中扮演了越来越重要的角色。未来的研究热点主要集中于3个方面:(1)高性价比的分布式光纤传感解调技术的研发;(2)匹配地质和岩土工程监测需求的新型光纤传感器及其布设工艺的研发;(3)基于人工智能的监测数据处理和灾害预警系统的开发。     

水面菲涅尔反射对~761 nm叶绿素荧光估算的影响

叶绿素荧光是光合作用的有效探针,可用于海洋浮游植物的监测与定量评估。太阳诱导叶绿素荧光覆盖可见光—近红外650—800 nm,在～685 nm与～740 nm表现出两个形态不同的荧光峰特征。基于～685 nm荧光峰的叶绿素浓度反演算法较为成熟,但在高悬浮物和高叶绿素浓度的水体中,算法的有效性不足。基于叶绿素荧光在氧气吸收谱段(O2-A)的填充作用,水体遥感反射率光谱～761 nm峰值中包含有太阳诱导叶绿素荧光信号,能用于水体叶绿素浓度的估算,但该反射峰形态特征还取决于传感器的光谱分辨率。本研究基于不同光谱分辨率的大气吸收谱线特征,模拟了水体遥感反射率光谱(750—775 nm)上太阳诱导叶绿素荧光的信号响应特征;分析了利用遥感反射率(～761 nm)计算叶绿素荧光的原理,阐明了不同光谱分辨率条件下水体叶绿素荧光信号在反射光谱上的形态变化规律。采用水面以上测量法获取的离水光谱辐亮度,包含了水面的菲涅尔反射信号,由于真实的菲涅尔系数难以准确测量,这给基于～761 nm处遥感反射率峰值的荧光信号估算带来不确定性影响。研究表明,假定菲涅尔系数为0时,虽然～761 nm叶绿素荧光信号与其浓度具有较好的线性统计关系,但却带来较大的不确定性;这种不确定的影响,在低浓度叶绿素水体中表现明显,在高浓度叶绿素水体中,影响相对较小;准确估算菲涅尔系数,有助于减少这种不确定性影响。对基于遥感反射率～761 nm叶绿素荧光信号的深入探讨,将能推动未来水体叶绿素荧光的识别与利用。     

地质和岩土工程光纤传感监测技术综述

光纤传感器与常规传感器相比具有很大的优越性,已经成为地质和岩土工程监测领域中的研究热点。本文介绍了光纤传感监测系统的种类、基本测量原理和目前国内外的研究发展状况,并对各种传感技术的性能和特点进行了比较,指出了光纤传感监测技术应用于地质和岩土工程监测尚需研究的相关课题。     

受控定向钻进技术在福建马坑矿区的应用

重点介绍了福建马坑矿区ZK8321分支孔受控定向钻进技术。施工中运用了国内先进的螺杆钻造斜技术及光纤陀螺测量定向技术,避开上部复杂孔段（松散破碎层、溶洞地层、采空区等）及对勘探工作的影响,达到了施工目的;总结了施工技术难点与措施,分析了施工技术效果,积累了宝贵的施工经验。