风速对基于BOTDA架空导线覆冰监测有效性的影响

为了获得架空导线温度在不同气象条件下的变化特征和风速对基于分布式光纤传感技术的架空导线覆冰监测有效性的影响,文中建立了光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用了有限元方法进行求解,分析获得了光纤温度在不同的环境温度、风速和覆冰厚度下的变化规律特征。文中指出了覆冰段与未覆冰段光纤的温差与环境温度初始值大小无关,提供了单独考虑环境温度变化速率或覆冰厚度情况下的临界风速表达式,给出了常见范围内环境温度变化速率以及覆冰厚度下的临界风速值,基于风速值和插值方法可得到常见范围环境温度变化速率以及覆冰厚度下比较准确的临界风速。文中对研究覆冰架空导线在不同气象条件下的温度变化特征以及风速对基于分布式光纤传感的架空导线覆冰监测有效性的影响方面有着一定的参考价值。     

VAE乳胶粉/碳纤维复合改性混凝土的力学性能

为探究醋酸乙烯酯-乙烯共聚物（VAE）乳胶粉和碳纤维对混凝土力学性能的混杂改性效果及机理,制备了1种VAE乳胶粉改性混凝土（VAEMC）、3种碳纤维改性混凝土（CFMC）和3种VAE乳胶粉/碳纤维复合改性混凝土（VAE/CFMC）,测试了改性混凝土的电阻率和力学性能,并进行了扫描电镜试验和压汞试验.结果表明：VAE乳胶粉可以促进碳纤维的分散,VAE/CFMC的电阻率小于CFMC;与CFMC相比,VAE/CFMC的力学性能更佳;VAE乳胶粉与碳纤维具有“正混杂效应”,复掺VAE乳胶粉与碳纤维时,混凝土的力学性能呈现出“1+1>2”的复合增强效果;VAE乳胶粉可以优化CFMC的孔隙结构,细化其孔径,增强碳纤维/混凝土基体界面的物理结合,使碳纤维的破坏形式由拉滑破坏转变为拉断破坏.     

聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维（PPF）的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明：聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.     

基于CVMD和DBO-SVM的光纤周界安防信号识别方法

为降低光纤周界安防信号中噪声对分类结果的影响,提升信号分类的准确率和运行效率,提出一种融合了相关变分模态分解(Correlation Variational Mode Decomposition, CVMD)、蜣螂算法(Dung Beetle Optimizer, DBO)和支持向量机(Support Vector Machine, SVM)的分类方法。利用CVMD去除原始信号中的噪声分量,并提取去噪后信号的能量、能量熵和峭度作为特征向量。采用DBO算法优化SVM,得到最佳惩罚因子和核函数参数,并构建DBO-SVM分类模型。搭建了基于相位敏感光时域反射(Φ-OTDR)技术的周界安防系统,采集了攀爬、敲击、踩踏和无入侵四类信号。实验结果表明,CVMD-DBO-SVM的分类准确率相比CVMD-PSO-SVM和CVMD-GA-SVM更高,达到了98.75%,同时运行时间更短,综合性能最优。     

一种基于CNN的混叠光谱解调算法及FPGA实现

为了解决光纤布拉格光栅(FBG)传感网络的光谱信号混叠问题,基于现场可编程门阵列(FPGA)提出了一种利用卷积神经网络(CNN)模型的混叠光谱信号解调算法,并对其进行硬件实现与加速。通过对模型参数进行定点数量化,压缩网络模型的存储空间,提高FPGA中DSP资源的利用率;利用循环展开和数组重排等硬件优化方法,提高了系统实时性,确定了算法的并行计算方案。研究结果表明,在100 MHz的时钟下,测试集解调精度为1.19 pm,推理速度为每帧14.96μs,光谱解调速率为60 kHz,对于FBG混叠光谱信号解调具有较高的精度和速率。     

基于DFB激光器的振动传感系统改进PGC解调算法

相位生成载波(Phase Generated Carrier, PGC)解调算法是目前光纤干涉传感领域中重要的解调算法。针对目前PGC解调算法中光强扰动和调制深度影响信号解调准确度的问题,提出了一种改进的PGC解调算法(PGC-Ameliorated),并搭建了基于分布反馈(Distributed Feedback, DFB)激光器的振动传感系统进行实验验证。实验结果表明,当被测振动信号的频率为800 Hz时,该算法信噪比为57 dB,优于微分交叉相乘(Differential and Cross Multiplying, DCM)算法和反正切(Arctan)算法近20 dB。在不同光强下,该算法解调信号幅值波动范围在±0.02 rad;在不同调制深度下,该算法总谐波失真最小为0.61%,信纳比最大为25.9 dB,相比于DCM算法和Arctan算法具有更低的总谐波失真和更高的信纳比。     

超混杂纤维金属层板成形方法研究进展

纤维金属层板(Fiber Metal Laminate, FMLs)作为一类兼具金属和复合材料优势的超混杂材料,凭借其优异的性能在航空航天和汽车领域应用广泛,其中商业化最成功的是玻璃纤维增强铝合金层板。首先按照组成金属与增强纤维的种类将纤维金属层板的分类进行介绍,并对其历史背景与研究进展进行了回顾。由于各成形方法涉及的变形机理不同,结合成形过程中几何尺寸和工艺参数对FMLs成形性能的影响,对其回弹、起皱、分层和开裂等成形缺陷和成形难点进行了分析。综述了现阶段国内外自成形、冲压成形、喷丸成形、充液成形和激光成形等技术的发展与应用现状,并对每种技术的优缺点及适用零件的类型进行探究。深入讨论了现有成形技术所遇到的挑战,其中重点对充液成形与冲压成形进行介绍。此外,简要介绍了FMLs在成形过程中的变形机理、变形模式和成形质量。在对各方面因素进行全面分析的基础上,讨论了FMLs成形技术未来的发展方向与挑战,此工作对科研人员未来开发新的成形方法具有一定意义。     

碳纤维复合材料层合板低速冲击损伤应力分析

目的 为掌握碳纤维复合材料板在低速冲击载荷作用下的损伤规律,延缓失效破坏,对其冲击损伤的应力状态进行研究。方法 基于ABAQUS平台,建立碳纤维复合材料层合板低速冲击有限元模型,采用Hashin失效准则和VUMAT用户子程序,对碳纤维复合材料层合板的冲击过程进行数值模拟,同时考虑层合板层内与层间失效,以此来研究低速冲击条件下复合材料的损伤机理,分析冲击损伤过程中的应力变化趋势,讨论应力的分布状态。重点研究铺层角度及铺层距离冲头远近对应力的影响。结果 不同角度铺层的应力传播轨迹均沿着纤维方向和垂直于纤维方向同时扩展,应力均先增加至极限值而后迅速下降;铺层角度越大,板料的承载能力越弱,0°铺层的极限应力为1 432 MPa,而90°铺层的极限应力降至1 206 MPa;离冲头越远的铺层应力越小,达到峰值的时间更早且率先下降,说明远离冲头的铺层更早发生失效。结论 揭示了碳纤维层合板在低速冲击载荷作用下的应力状态及其对损伤的影响规律,能够为复合材料层合板零件设计提供参考。     

格雷互补序列在BOTDR中的应用研究及性能分析

在基于布里渊散射的光时域反射计中,信噪比和空间分辨率是一对一直未能解决的相互制约的因素,而扩频技术是一种常用的提高信噪比的方法。格雷(Golay)互补序列具有好的时域构成特性和频域互补特性,经过适当的信号变换后可以作为一种扩频技术用作光纤传感系统的探测信号。详细讨论了如何在光系统中使用单极性脉冲达到双极性脉冲的效果,并在此基础上设计了一个使用Golay互补序列作为探测脉冲的外差检测式光纤传感系统,在10 km传感距离1 m空间分辨率的基础上,获得了0.41 K的温度分辨率和7.4με的应变分辨率,并定性给出了系统的仿真结果。分析表明使用Golay互补序列作为光纤传感系统的探测脉冲既可以提高系统的信噪比、温度和应变分辨率等性能又不降低系统的空间分辨率。     

光纤布拉格光栅传感技术在隧道火灾监测中的应用研究

针对公路隧道存在潜在的火灾问题,提出一种利用环氧树脂封装而成的光纤布拉格光栅传感器对隧道火灾进行监测,分析了其基本原理及温度传感特性,实验结果表明封装后的光纤光栅的温度传感灵敏度约是裸光栅的2.75倍.再利用光纤光栅多区波分复用技术,设计了一套基于光纤布拉格光栅传感技术的隧道火灾报警监测系统.结合现场模拟监测实验,证明该系统灵敏度高、数据准确,能够对隧道火灾报警方位进行精确判断,为隧道火灾的预警和救灾赢得时间.