基于C-DTS的土壤含水率分布式测定方法研究

主动加热光纤布拉格光栅法(Actively Heated Fiber-Optic method based on Fiber Bragg grating method,AHFO-FBG method)因具有体积小、测温精度高、准分布式测量、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点,近年来成为含水率测量技术的研究热点。研究该技术的率定方法对提高含水率测量的精准性和适用性是十分关键的,但现有研究中均未涉及到此内容。因此,本文采用自主研发的AHFO-FBG传感器对黄土开展了一系列率定试验,研究了ΔT_max和ΔT_cum两种率定方法的含水率率定结果,对此两种方法进行了对比分析。同时,进一步探究了不同加热时长和不同加热功率对ΔT_max法和ΔT_cum法率定结果的影响。研究结果表明：ΔT_max和ΔT_cum法均可得到良好的含水率率定结果,ΔT_max法的RMSE比ΔT_cum法高0.001 m³·m^-3,ΔT_cum法的测量优势不是很显著。在相同加热功率下,ΔT_max法和ΔT_cum法均在较短加热时间下的测量误差较小,且加热时间越短,ΔT_cum法较ΔT_max法的优势越明显;在相同加热时间下,低功率(5~10 W·m^-1)时ΔT_max法的RMSE较小,高功率(15~35 W·m^-1)时ΔT_cum法的RMSE较小,且适当的增加热功率有助于减少含水率率定误差。研究成果为AHFO-FBG技术实现土体含水率的精确测量和进一步应用提供了依据。     

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.     

绝对重力仪激光器光纤对准调节方法概述

绝对重力仪激光器光纤由于应力变化、形状改变、震动或耦合器维护等原因破坏了输出激光的偏振态,使其在光纤内的传输变得非常不稳定,导致光纤输出激光的消光比值小于100,无法满足绝对重力观测条件。针对该问题,介绍了光纤对准调节的方法,通过设计消光比检测装置检验消光比值是否大于100。对#181和#250两台WEO100型He-Ne激光器的光纤进行对准调节实验,并通过消光比检测装置实测,两台激光器输出的光束消光比值满足绝对重力测量的条件,表明该对准调节方法科学有效。     

层状土毛细水上升过程中Lucas-Washburn模型评价及修正

受界面效应影响,毛细水在层状土中运移规律还难以用描述均质土中水分运移规律的Lucas-Washburn（LW）渗吸模型进行描述。基于此,本文设计了层状土室内模型试验,采用分布式的主动加热光纤法（简称AHFO）监测毛细水上升过程。根据AHFO测试结果,进一步对LW模型进行了修正,提出了适用于描述层状土中毛细水上升规律的ILW模型,并对ILW模型进行了试验验证。试验结果表明:（1）当毛细水湿润锋抵达“黏土（下部）-砂土（上部）”界面时,会产生“毛细屏障作用”,从而导致上部砂土中毛细水含水率急剧下降;（2）“毛细屏障作用”由砂土和黏土中的基质吸力不均衡造成,基质吸力大小由含水率决定;（3）当毛细水湿润锋抵达“砂土（下部）-黏土（上部）”界面时,在界面处出现“反毛细屏障作用”,从而导致上部黏土层中的含水率比相邻下部砂土层含水率更高;（4）虽然常见的LW模型可准确预测均质土中毛细水上升高度及速率,但受“毛细屏障作用”和“反毛细屏障作用”影响,LW模型在层状土中失效;（5）相比LW模型,ILW模型精度更高,能够更加准确地描述层状土中毛细水上升规律。     

玻璃纤维增强聚合物抗浮锚杆抗拔性能试验研究与机制分析

抗浮锚杆作为一种竖向锚固技术在我国许多地区广泛应用,锚杆作为抗浮结构的核心其性能受到极大关注。但因钢材易腐蚀,传统金属锚杆的耐久性受到质疑,特别是地铁等地下工程存在杂散电流,限制了金属抗浮锚杆的应用。玻璃纤维增强聚合物(GFRP)抗浮锚杆是一种由树脂基体和玻璃纤维复合而成的新材料,与金属锚杆相比,它具有耐腐蚀、抗拉强度高、自重轻等优良特性。通过植入式裸光纤传感测试技术对GFRP抗浮锚杆的界面应力分布、荷载传递规律及破坏机制进行了研究,论证了GFRP抗浮锚杆使用的适宜性。试验表明,GFRP抗浮锚杆破坏以杆体基体材料剪切破坏为主,?28 mm锚杆极限抗拔力为250 kN,能够满足工程需要;杆体轴力沿深度方向逐渐递减,并且超过一定长度后杆体不再受力。结果显示,中风化岩地区,当锚固段长度为3.95⁶.95 m时,轴力影响深度范围约为3.7 m,说明GFRP抗浮锚杆同样存在临界锚固深度问题。锚杆界面剪应力呈不均匀分布,剪应力峰值随荷载的增加逐渐向下转移,同时0值点也向杆体深部转移。研究成果可为GFRP抗浮锚杆应用于工程实际提供依据。     

基于Zemax外海观测光纤探针传感器探头结构的优化设计

光纤探针法是一种适合观测波浪破碎瞬间卷入微气泡羽流的方法,现有的观测探针探头多采用塑料、玻璃等材质,存在脆性大、损耗大、不耐低温、易腐蚀等缺点,拟设计一种蓝宝石光纤探针克服其局限性,提升探测性能.文章在介绍光纤探针传感器测量原理的基础上,采用光学仿真软件Zemax建立了光纤探针传感器探头的仿真模型,并利用模型对其每针的材质、形状、角度等结构设计关键因素进行了优化设计,由仿真结果确定了每针形状为圆锥形、传输材质为蓝宝石.该仿真结果将为后续光纤探针传感器系统的整体设计及光路优化奠定基础.     

大洋调查设备有缆通讯系统研制及技术展望

介绍大洋调查设备的同轴缆通讯传输系统和光缆通讯系统。同轴缆系统主要采用分频器和长距离点对点ADSL实现通讯传输,介绍了分频器设计研制的思路、硬件实现方式和传输频带分析。光缆通讯系统采用长距离激光发射器和集成通用标准接口,介绍了光端通讯器的设计研制思路,主要简述了光端机接口的种类等。结合实际大洋调查设备通讯系统使用情况展望未来通讯系统的发展。     

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.     

光纤陀螺测斜仪的研制及应用

光纤陀螺测斜仪是用途最为广泛的地质钻孔测斜仪,自主寻北测量钻孔方位,可以适用于几乎所有的地质钻进工程。仪器中采用了多项专利技术,仪器具有很高的性能价格比。通过几年在各类地质钻孔中的应用,取得了产品进一步改进的信息和推广应用的经验。     

光纤布拉格光栅波长解调系统的研制

光纤布拉格光栅波长解调系统利用光纤光栅的平均折射率和栅格周期对外界参量的敏感特性,将外界参量的变化转化为其布拉格波长的移动,通过解调布拉格波长的偏移来确定待测物理量的变化。采用波分复用技术构成光纤光栅传感网络,提出了由光源、布拉格光栅传感网络、光栅波长检测电路构成FBG波长解调系统的硬件设计方案。利用LabVIEW丰富的功能函数库,设计光纤布拉格光栅波长解调系统软件的各功能模块。最后在室内进行了FBG波长解调系统的调试实验。结果表明：在相同测试环境下,传感器的测试波长变化较稳定,数据的重复性较好,系统软硬件运行稳定可靠。