强激光与粒子束
2024, 36(2): 025021
1 太原理工大学土木工程学院, 太原 030024
2 中铁三局集团投资有限公司, 太原 030001
为监测在役混凝土结构在使用过程中的内部缺陷程度变化并定位缺陷位置, 本文探索一种基于应力波的探测方法并进行试验研究, 将压电传感器(PZT)以阵列形式安装在混凝土表面, 将混凝土划分为不同区域, 阵列中的一个传感器发射波, 另一个传感器接收波, 采用扫频模式和五峰值脉冲模式对混凝土不同区域进行监测。试验结果表明, 当应力波通过待监测区域时, 由于混凝土内部存在缺陷, 应力波幅值衰减, 波能降低。为了量化混凝土结构内部缺陷程度, 构造基于接收信号的能量指数和损伤指数, 并分别建立其与缺陷程度的函数关系, 依据不同区域能量指数和损伤指数差异, 确定混凝土内部缺陷存在的区域。试验结果与试件实际情况相吻合, 验证了本文采用压电传感器监测混凝土内部缺陷的可行性。
压电传感器 应力波 混凝土结构监测 内部缺陷 信号能量分析 时域分析 piezoceramics transducer stress wave concrete structure monitoring internal defect signal energy analysis time domain analysis
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220549
上海交通大学 轻合金精密成型国家工程研究中心,上海 200240
匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响，该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器，综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明，使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能，从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。
阵列式换能器 有限元法(FEM) 频域分析 时域分析 声阻抗匹配层 镁合金 array transducer finite element method(FEM) frequency domain analysis time domain analysis acoustic impedance matching layer magnesium alloy
Author Affiliations
Abstract
1 S.C. NanoPro START MC S.R.L., Bucharest 033091, Romania
2 Center for Surface Science and Nanotechnology, University Politehnica of Bucharest, Bucharest 060042, Romania
3 Academy of Romanian Scientists, Bucharest 050094, Romania
We use distributed fiber optic strain sensing to examine swelling of the fiber’s polymer coating. The distributed sensing technique that uses unmodified low-cost telecom fibers opens a new dimension of applications that include leak detection, monitoring of water quality, and waste systems. On a short-range length scale, the technology enables “lab-on-a-fiber” applications for food processing, medicine, and biosensing for instance. The chemical sensing is realized with unmodified low-cost telecom optical fibers, namely, by using swelling in the coating material of the fiber to detect specific chemicals. Although generic and able to work in various areas such as environmental monitoring, food analysis, agriculture or security, the proposed chemical sensors can be targeted for water quality monitoring, or medical diagnostics where they present the most groundbreaking nature. Moreover, the technique is without restrictions applicable to longer range installations.
Chemical sensing distributed fiber optic strain short range sensing Brillouin optical time domain analysis Photonic Sensors
2022, 12(2): 99
1 国网青海省电力公司 信息通信公司，西宁 810008
2 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192
3 国网新疆电力有限公司 信息通信公司，乌鲁木齐 830002
为研究长期运行光纤复合架空地线(OPGW)的应变性能，使用高精度的分布式光纤传感监测设备布里渊光时域分析仪(BOTDA)对新缆和不同覆冰环境下的旧缆进行应变监测，对比分析了OPGW光缆内光纤的布里渊频率在长期外界环境作用下的变化。试验结果表明，运行时间和覆冰等级是影响OPGW光缆内光纤应变性能的主要因素。
光纤复合架空地线 布里渊光时域分析仪 应变 布里渊频率 覆冰 optical fiber composite overhead ground wire Brillouin optical time domain analysis strain Brillouin frequency icing
1 齐鲁工业大学（山东省科学院） 山东省科学院激光研究所，山东 济南 250103
2 哈尔滨工业大学（威海） 信息科学与工程学院，山东 威海 264209
跨空水介质间的探测技术是世界主要海洋国家的热点研究问题。为研究空中平台与水下的激光致声探测技术，文中在光击穿机制下采用纳秒脉冲激光与水听器之间的光声信号转换来进行空-水跨介质探测模拟实验研究及验证工作。搭建了激光致声空气-水下实验测试系统，采集了激光声扫描探测数据，对典型实验数据在时域内进行分析得出了激光激励声波的传播特性，根据时间互易原理实现了水下激光声信号的三维探测成像。利用有限元法进行激光在水下激发声波及传播的数值仿真，据此对实验进行了验证。此外，从仿真中发现通过提高脉冲能量至2.8×1010 W/cm2所激励的声波在传播400 m后仍能观测出明显的信号，信噪比约为11.3 dB，证明了百米级传输及探测的可能性。此研究结果为采用激光致声技术进行跨空-水介质探测提供了依据。
激光致声 三维成像 时域分析 有限元仿真 laser induced acoustic 3D imaging time domain analysis finite element simulation 红外与激光工程
2021, 50(5): 20200310
1 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室, 山西 太原 030024
2 太原理工大学物理与光电工程学院, 山西 太原 030024
为了提高布里渊光时域分析(BOTDA)传感系统的测量信噪比(SNR),提出了一种基于局部均值分解的降噪算法。首先,自适应地将BOTDA传感系统采集的信号分解为具有真实物理意义的乘积函数(PF)分量。然后,通过计算信号能量在空间各尺度上的分布情况,重构含有信号能量的PF分量,得到降噪后的信号。为了进一步提高算法的降噪性能,引入切比雪夫数字带通滤波器,将分解的PF分量在频域内进行滤波并重构。实验结果表明,相比原始信号,用本算法降噪后的信号SNR至少提升了10 dB,为传感系统提供了一种简单有效的降噪方案。
光学学报
2021, 41(13): 1306009
1 西南交通大学物理科学与技术学院，四川 成都 610031
2 国防科技大学气象海洋学院，湖南 长沙 410073
3 西南交通大学信息科学与技术学院，四川 成都 610031
布里渊光时域分析（BOTDA）在分布式光纤传感系统中展现出独特的优势并得到了广泛的关注，对BOTDA传感系统的温度分布信息进行快速且精确的提取至关重要。随着机器学习算法的快速发展，其在BOTDA传感系统的温度分布信息的提取中展现出巨大潜力。首先，阐述了BOTDA传感系统温度测量的原理。接着，介绍了几种基于机器学习的算法并分析了其在BOTDA传感系统温度提取中的应用和优势。最后，对未来的研究进行了展望。
激光与光电子学进展
2021, 58(13): 1306022
