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基于光纤传感技术的工程监测应用研究

红外 2024年第4期45卷 39-45页

作者：贾振安李亚港姚健西安石油大学理学院陕西西安710065 陕西省油气资源光纤探测工程技术研究中心陕西西安710065 陕西省油气井测控技术重点实验室陕西西安710065 CNPC重点实验室——油藏光纤动态检测研究室陕西西安710065

光纤传感技术作为当前热门技术之一,在工程监测领域有着许多重要应用。通过探讨光纤传感技术在工程形变监测中的应用案例,展示了其在工程监测领域的重要性。光纤传感技术利用光纤作为传感元件,可以实现对形变的连续、实时监测,并提供高... 详细信息

光纤传感技术作为当前热门技术之一,在工程监测领域有着许多重要应用。通过探讨光纤传感技术在工程形变监测中的应用案例,展示了其在工程监测领域的重要性。光纤传感技术利用光纤作为传感元件,可以实现对形变的连续、实时监测,并提供高精度的监测数据。通过布设应变光缆和温度补偿光缆,在合璧津高速公路K134段高架桥上进行了监测实验。结果表明,光纤传感技术能够准确评估结构的变形情况,并通过温度补偿算法消除了温度变化对数据的影响。通过几何方法计算沉降位移,可以实现对沉降位移的估算。

关键词：光纤传感技术工程形变监测应变光缆温度补偿

开口管桩循环打入过程及竖向承载特性大比尺模型试验研究

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岩土力学 2024年

作者：朱怀龙朱碧堂罗如平徐长节华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西省地下空间技术开发工程研究中心江西交通职业技术学院浙江大学滨海和城市岩土工程研究中心

深入认识桩打入过程的桩土作用机制对准确计算打入桩的竖向承载力十分重要。为探究砂土中开口管桩在循环打入时桩土作用机制及打桩结束后的竖向承载特性，本文开展了直径为0.273 m的开口钢管桩静压循环打入过程的大比例尺（1:10）模型... 详细信息

深入认识桩打入过程的桩土作用机制对准确计算打入桩的竖向承载力十分重要。为探究砂土中开口管桩在循环打入时桩土作用机制及打桩结束后的竖向承载特性，本文开展了直径为0.273 m的开口钢管桩静压循环打入过程的大比例尺（1:10）模型试验，砂土的相对密度约为40%，通过采用光纤光栅（Fiber Bragg Grating，简称FBG）应变传感器和薄膜压力传感器等先进监测手段，研究循环打桩过程中土塞高度、桩身应变、轴力和侧摩阻力以及桩土界面应力变化规律。打桩结束后，进行了休止时间分别为10 d和30 d竖向受压静载试验。随后，将基于静力触探试验CPT的ICP-05法和UWA-05法预测桩竖向承载力与静载试验测量的承载力进行对比分析。结果表明：开口管桩在静压循环打入过程中土塞效应逐渐增强，贯入结束后土塞呈部分闭塞状态；随着贯入深度的增加，靠近桩尖的应变会出现“反点”，即由贯入最后阶段的压应变转为静止稳定阶段的拉应变，而桩尖处的应变在两个阶段均为拉应变；桩身径向应力在桩尖处最大，随着h/R（h为传感器距桩尖高度，R为桩半径）的增加而逐渐减小，具有明显的h/R效应；休止时间为10 d和30 d的极限承载力分别为289 kN和323 kN，承载力提高约12%，桩承载力具有明显的时间效应；采用ICP-05法和UWA-05法预测桩尖附近的侧摩阻力被低估，而桩尖以上侧摩阻力与实测值吻合较好，ICP-05法和UWA-05法预测桩基承载力偏保守，UWA-05法更接近实测值。

关键词：开口管桩静压循环打入 FBG应变传感器土塞效应竖向承载力

飞秒激光直写多芯FBG及耦合波导的二维矢量位移传感研究

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中国激光 2024年

作者：樊宇包维佳廖常锐王义平深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室人工智能与数字经济广东省实验室(深圳)

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复... 详细信息

本文提出了一种利用单通道测量多路信号的多芯FBG二维矢量位移传感结构，该传感结构的主体基于飞秒激光直写技术制备。通过在多芯光纤的中间芯和侧芯中分别刻写FBG，并进一步制备能够连接中间芯与侧芯的直耦合波导，可以实现单个纤芯复用多路传感光信号的功能，因此能够避免扇入扇出器件的使用。基于该传感结构，进行了方向角为0-360°的二维矢量位移传感测试，并对方向角的测试结果进行了计算重构，比较了实际施加角度与计算重构角度之间的误差。并且，测试了传感器在不同位移量大小下的方向响应，结果表明传感器始终遵循着近似正弦分布的方向响应。最后，测试了传感器在不同方向角下的位移响应，得到最大位移灵敏度约为0.28 nm/mm。

关键词：矢量位移传感飞秒激光直写多芯光纤光纤布拉格光栅波导

光学相干层析显微内窥成像技术研究进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第2期61卷 358-376页

作者：刘德军黄梓毅李卓荣台亚龙王晓彬张立廖常锐王义平深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室广东深圳518060 深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳物联网光子器件与传感系统重点实验室广东深圳518060 南方科技大学医院泌尿外科广东深圳518055 香港中文大学机械与自动化工程学系中国香港新界沙田999077

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点... 详细信息

光学相干层析成像(OCT)是一种无创或微创的、可提供组织深度信息的高分辨率可视化实时成像技术,广泛应用于生物医学成像与临床诊断领域。光纤OCT显微内窥成像技术是基于光纤传输和光纤显微内窥成像的OCT技术,除了具有OCT的一般成像优点外,还具有体积小、质量轻、耐腐蚀、电绝缘、抗电磁干扰等特点,尤其适用于对现有其他成像技术无法到达的狭小腔道内的组织病变进行高分辨率检测和早期诊断。随着激光器、探测器和光纤器件制备技术的发展,光纤OCT系统、光纤探头设计和制备都取得了巨大进步,应用场景也得到不断扩展。具体地:光纤OCT系统从时域OCT发展到频域OCT,成像速度和分辨率获得显著提升;光纤OCT内窥成像探头先后历经了光纤-棱镜型、全光纤型及光纤复合型探头三个发展阶段,目前正朝着多功能集成、小型化、一体化的方向发展;光纤内窥OCT的临床应用从呼吸系统和消化系统逐渐拓展到心血管系统。从光纤OCT系统设计、探头设计与制备、内窥成像应用三方面综述近年来光纤OCT显微内窥成像技术的发展现状,重点总结光纤内窥探头的技术发展及其在医学诊断中的应用,最后结合现有前沿技术报道总结展望了未来光纤内窥OCT的发展方向。

关键词：光学相干层析成像生物医学成像光纤内窥成像心血管疾病

一种ICMOS相机关键组合器件响应标校及降噪方法

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现代应用物理 2024年第1期15卷 44-53页

作者：刘皓挺葛建跃杨少华李刚严明刘璐强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西安710024 北京科技大学自动化学院北京市工业波谱成像工程技术研究中心北京100083

针对增强型互补金属氧化物半导体(intensified complementary metal oxide semiconductor,ICMOS)相机中光纤光锥和CMOS传感器关键组合器件响应标校及其在实际应用中的降噪问题,采用K均值异常点剔除、最小二乘理想线性响应拟合、多项式... 详细信息

针对增强型互补金属氧化物半导体(intensified complementary metal oxide semiconductor,ICMOS)相机中光纤光锥和CMOS传感器关键组合器件响应标校及其在实际应用中的降噪问题,采用K均值异常点剔除、最小二乘理想线性响应拟合、多项式响应误差补偿拟合的成像系统响应标校方法,有效降低了系统固定模式噪声、单个像素响应非线性、整场像素响应非均匀性对ICMOS相机响应输出的影响。采用金字塔真实图像降噪网络(pyramid real image denoising network,PRIDNet)的成像系统图像降噪方法,进一步抑制了ICMOS相机应用过程随机噪声对相机成像效果的影响。研究结果表明:与传统方法中仅做固定模式噪声处理的标校方法相比,应用本文标校方法,像素平均线性度指标提高了约7%,整场响应均匀度指标提高为原来的2.2倍。与其他类型网络相比,采用PRIDNet降噪方法,其峰值信噪比在不同环境光输入条件下均提高了3%~5%。

关键词： ICMOS 响应校正图像降噪多项式拟合 K均值

基于光频域反射仪的分布式光纤传感及应用进展(特邀)

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激光与光电子学进展 2024年第1期61卷 54-71页

作者：王义平钟华健单荣毅梁文发彭振威孟彦杰廖常锐付彩玲深圳大学射频异质异构集成全国重点实验室广东省光纤传感技术粤港联合研究中心深圳市物联网光子器件与传感系统重点实验室广东深圳518060 深圳大学物理与光电工程学院光电子器件与系统教育部/广东省重点实验室深圳市超快激光微纳制造重点实验室广东深圳518060 人工智能与数字经济广东省实验室(深圳) 广东深圳518107

光频域反射仪(OFDR)具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力,其在油气资源勘探、结构健康监测,以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而,扫频非线性噪声、相干衰落噪声,以及光纤中微弱的瑞利后向... 详细信息

光频域反射仪(OFDR)具有高空间分辨率、高精度和高灵敏度等多种分布式传感能力,其在油气资源勘探、结构健康监测,以及医疗微创介入手术等多种场合展示出了巨大的应用潜力。然而,扫频非线性噪声、相干衰落噪声,以及光纤中微弱的瑞利后向散射信号是影响光频域反射仪性能的主要因素。本文介绍了光频域反射仪基本原理和波长、相位两种传感解调方法,详细阐述了多种抑制扫频非线性噪声和相干衰落噪声的方法,同时介绍了光频域反射仪在三维形状、大应变、高温、折射率等4个方面的传感应用进展。

关键词：光频域反射仪扫频非线性相干衰落三维形状大应变高温

基于πPS-FBG传感技术的激光超声水下铝板缺陷检测研究

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河南师范大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 46-51,I0006页

作者：郭古青白盛康田亚莉宫廷孙小聪周月婷邱选兵李传亮太原科技大学应用科学学院山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心山西省光场调控与融合应用技术创新中心太原030024

为实现水下金属构件在线服役状态的在线评估,搭建了一套基于激光超声和π相移光纤布拉格光栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统.为了研究水下激光超声传播规律,以6061铝合金板材为测试样品,进行了不同水深下的激光超声探测实验.与空气... 详细信息

为实现水下金属构件在线服役状态的在线评估,搭建了一套基于激光超声和π相移光纤布拉格光栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统.为了研究水下激光超声传播规律,以6061铝合金板材为测试样品,进行了不同水深下的激光超声探测实验.与空气中超声传播相比,实验发现水下πPS-FBG多接收到一个超声波信号,此信号是激光第一次与水面作用产生的纵波信号.随着激励源与πPS-FBG传感距离的增加,超声信号在时域上也延迟增加;πPS-FBG接收的激光激励的首个超声波信号的波速为2871.91 m/s,缺陷反射波的波速为2911.02 m/s,其与铝板中超声表面波的速度接近,两者的相对误差分别为1.3%和0.03%.改变激励源与缺陷的距离,发现缺陷的定位精度与缺陷距离无关,缺陷位置的定位相对误差随着距离的增大而逐渐减小.本研究为水下金属构件的在线服役状态检测提供了一种潜在应用技术(包括在南水北调工程中),对于提高水下结构的安全性和可靠性具有一定意义.

关键词：激光超声 π相移光纤布拉格光栅 6061铝合金无损检测缺陷定位南水北调工程

视觉SLAM算法在城市地下空间三维建模中的应用

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信息与电脑 2024年第11期36卷 46-48页

作者：饶丹关振红孙强薛晨璐于平安张文博江苏地下空间智慧运维工程技术研究开发中心(金肯职业技术学院) 江苏南京211156

本文研究了基于视觉即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法的城市地下空间三维建模技术,结合地下空间特点,提出了一种新的三维建模方法。通过优化SLAM算法,实现了在地下环境中高效准确地构建三维模型的... 详细信息

本文研究了基于视觉即时定位与地图构建(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)算法的城市地下空间三维建模技术,结合地下空间特点,提出了一种新的三维建模方法。通过优化SLAM算法,实现了在地下环境中高效准确地构建三维模型的目标。利用RGB-D深度相机,实现了对地下环境的立体感知和数据采集,提升了模型的准确性和响应速度。经测试,验证了所采用方法的有效性和可行性,为城市地下空间的数字化建设提供了关键的技术支持。

关键词：视觉SLAM算法城市地下空间三维建模

地下工程突涌水物理模拟试验系统的研制及应用

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采矿与安全工程学报 2010年第3期27卷 299-304页

作者：李术才李利平李树忱冯现大李国莹刘斌王静许振浩山东大学岩土与结构工程研究中心山东济南250061 山东大学光纤传感工程技术研究中心山东济南250061

基于流固耦合模型试验研究现状及其所存在的问题,探讨了突涌水物理模拟的关键技术难题,研制了新型流固耦合模拟试验系统.选用砂和滑石粉为骨料,以石蜡为胶结剂,通过大量配比试验,研制出新型流固耦合两相相似材料,采用高强PVC材料研制出... 详细信息

基于流固耦合模型试验研究现状及其所存在的问题,探讨了突涌水物理模拟的关键技术难题,研制了新型流固耦合模拟试验系统.选用砂和滑石粉为骨料,以石蜡为胶结剂,通过大量配比试验,研制出新型流固耦合两相相似材料,采用高强PVC材料研制出组合式三维流固耦合试验台架,可实现不良地质体和含水层的自动生成;采用光纤光栅技术研制出突涌水前兆信息监测系统,传感器具有体积小、精度高和防水的特点,能够实现应力、位移以及渗压等多元信息的实时并行在线采集和分析.采用该试验系统对巷道涌水进行了物理模拟,试验结果表明该系统稳定可靠,具有良好的应用价值和工程实用意义.

关键词：流固耦合模型试验相似材料试验台架光纤监测系统突涌水模拟