一、A distributed optical fiber bi-directional strain-displacement sensor（论文文献综述）
冯谦[1]（2021）在《多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用》文中进行了进一步梳理传感光纤凭借其灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功率损失小、耐高温、耐腐蚀等诸多优势,在土木建筑、航空航天、交通工程、海上平台、燃料能源等领域得到了广泛应用。然而,光纤类传感器在实际工程中感测时普遍存在一个问题,即光纤传感同时对多个外部参量（应变、温度、振动等）交叉敏感,直接导致被测量无法直接测得或者采集数据失真。另一方面,不同光纤感测技术各自拥有独立的采集系统,各系统采样频率、触发时间等的不同步造成数据采集无法实时同步,给后期数据处理带来困难。本文在国内外研究的基础上,将多芯光纤从通信领域引入到土木传感监测领域,研究了七芯光纤的多参量同步感知性能,梳理了七芯光纤封装方式并分析了其应变转递机制。为面向工程应用,设计研发了多种智能产品及一体化同步解调系统。此外,提出了基于相位敏感光时域反射仪（φ-OTDR）的振动定量识别算法,实现了分布式振动定量监测。最后通过三个具有工程背景的实验验证了七芯光纤多参量同步感知系统的有效性。本文的主要研究内容和成果如下:（1）提出了七芯光纤纤芯功能布局方法并通过交叉试验验证了七芯光纤具有多参量同步感知功能。依据纤芯数量需求、芯间低串扰、配套耦合器成熟度等原则,选取沟道型七芯传感光纤作为本文研究对象。基于提高工程测量精度的原则,提出了纤芯功能布局方法,消除了温度-应变交叉敏感效应,弯曲-应变敏感效应,针对不同工程应用场景给出了相应的纤芯功能布局图。设计实施了七芯光纤的感知性能试验,包括:七芯光纤单参量单独感知试验和多参量同步感知试验,前者标定了七芯光纤光栅（FBG）和布里渊光时域反射仪（BOTDR）的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数,测得了拉曼光时域反射仪（ROTDR）的温度常数系数,得出了偏振敏感光纤振动传感技术（POFVS）的测振范围;在此基础上,后者验证了七芯光纤各纤芯既可单独解调、发挥功能,又可互相补充、互相修正、协同工作的功能,为后续研究奠定了基础。（2）实现了七芯裸纤的封装保护,并通过理论分析和有限元分析探究了封装光缆的应变传递机制。结合国内外单芯裸纤封装方式,提出了七芯裸纤的两条封装保护路线,一是封装成传感光缆,二是复合成系列智能产品。值得说明的是,第一条封装路线中Hytrel材料紧套封装传感光缆对刻制光栅的七芯裸纤同样适用,实现了一条光纤上点式传感与分布式传感同步发挥作用。此外,通过理论分析和有限元仿真探究了七芯传感光缆的应变传递机制,结果显示,传感光缆应变传递具有端距效应,低传递率段小于200 mm。第二条封装路线是将七芯光纤植入结构补强材料中,研制出兼具力学和感知性能的智能碳布、智能碳板、智能玻纤筋和智能钢绞线,性能试验显示智能产品的力学性能满足标准要求,传感光纤与基材之间的协调变形能力良好。（3）研发了适用于多芯光纤多参量同步采集的一体化解调装置。针对目前各类光纤传感技术所采用的解调设备各自独立且又无法同步采集的劣势,研制出一种轻量便携、高度集成的多芯光纤多参量同步解调装置,集成了包括FBG、ROTDR和POFVS三种常用功能的光纤感测模块,可直接解调输出点式应变、环境温度和振动频率等感测参量。（4）提出了一种基于多参数优化算法的振动定量识别方法。为进一步拓展七芯光纤的多功能性,同时为周界安防工程应用实验做铺垫。本文改进了多子群社会群体算法并引入到鉴幅型φ-OTDR多参数优化算法中,基于此提出了一种新的振动扰动定量识别方法,计算出的最大应变能、时均应变、变异系数三个宏观导出量及其矢量合成量均可实现扰动定量识别。在理论研究的基础上,通过室内PZT振动试验和室外岩土扰动试验,验证了本方法可以量化不同程度的振动扰动事件。从而弥补了鉴幅型φ-OTDR光纤传感技术只能定位而无法定量的不足。（5）验证了七芯传感光纤及多参量同步采集装置的有效性和实用性。设计并实施吊车钢梁、长输管道、周界安防三个面向实际工程的应用型试验,根据试验对象特点,有针对性地进行七芯光纤功能布局优化设计,选取了不同的感测参数、不同的光纤传感方案。结果显示,在钢结构梁和管道试验中,采用FBG、ROTDR和POFVS组合的七芯光纤监测方案实现了应变、温度和振动频率的同步测量;在周界安防监测工程应用中,采用φ-OTDR、FBG和ROTDR组合的七芯光纤监测方案实现了扰动位置、扰动程度、应变、温度和持时等监测参量的同步解调,有效提高了系统的识别成功率和信息利用率。
辛承祖[2]（2021）在《基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究》文中提出海洋平台结构作为海洋资源开发利用的重要装备,长期工作于高温、高盐度、高湿度的海洋环境中,且受到风浪流等荷载的持续作用,导致平台不同位置结构出现各种形式的损伤。生活楼作为海洋平台的主甲板的主要设施,虽然没有直接作为整体平台的承载结构,但对于其出现的裂纹等损伤仍要加以关注。本文以某型号的平台生活楼为分析对象,由于生活楼跨度较大,横跨平台两侧参与到了整体结构强度中,在生活楼四个角处产生不同程度的裂纹。因此设计了几种针对该生活楼裂纹的加固方案。提取生存工况下的运动参数,同时考虑风荷载,对加固方案进行校核。有限元结果表明加固方案可以有效降低四个角隅处的应力集中。利用扩展有限单元法,对包含初始裂纹时的裂纹扩展过程进行模拟,增加相应位置肘板可以有效抑制初始裂纹的扩展。但肘板尺寸会受到多方面因素制约,根据裂纹扩展过程中的应变呈梯度分布的特点,提出了利用分布式光纤传感器进行多尺度应变监测方案。通过设计梁变形试验得出了梁的连续位移结果,对分布式光纤进行一维应变监测的性能进行验证。并根据有限元裂纹扩展结果中应变分布,确定了基于分布式光纤的多尺度应变的提取方案。将模拟结果中的20维多尺度应变作为样本特征,对应的裂纹长度作为样本标签。分别以多尺度应变和裂纹长度作为特征输入和输出,建立SVR裂纹长度预测模型。通过三折交叉验证结合粒子群算法得出SVR模型参数C和g,模型预测误差在2%左右。将模型随机分为训练集与测试集,分别对模型进行训练和验证,当测试集和训练集各占比50%时,模型有较好的预测结果。在模型中加入1～10%的噪声对其进行抗噪分析表明模型对5%以内噪声有良好的抑制能力。
刘洋[3]（2021）在《布里渊光时域散射技术在山体滑坡应用监测研究》文中提出山体滑坡自然灾害的预警监测研究一直关系到我国国民生产生活的重大课题,山体滑坡监测预警方式的准确率、实时性等问题一直是该研究领域的重点。如果这些问题不能很好地解决,便会影响山体滑坡监测预警研究的进程,导致国民财产受到严重损失甚至对生命安全带来不利影响,因此对山体滑坡灾害的监测预警研究是十分有必要的。对山体滑坡的预警监测研究早期主要依靠大地测量技术、位移传感器以及测量机器人等方法,这些方案都有各自的弊端和局限性。因此,为了提高对山体滑坡预警监测的准确性与实时性,本文将分布式布里渊光时域反射技术（BOTDR）应用到山体滑坡的预警监测中,通过对传感光纤频移的检测来提高山体滑坡监测预警研究的准确性与实时性。研究内容:利用传感光纤的自身光学特性,对山体滑坡过程中应变发生的位置与强度进行监测。由于山体滑坡变形过程十分复杂,山体斜坡实时监测预警成本非常高,并且很难观察整个滑坡过程中山体各区域状态。如果使用单一监测方案将很难准确了解其全局斜坡变化状态,因此利用BOTDR技术和相位敏感OTDR技术相结合的双参量系统进行山体滑坡预警。针对易滑坡山体表层采用横纵向正交结合的方式布放光纤,对光纤中的光信号进行解调分析。根据分析结果完成对该位置区域的安全监测,并判断是否发生滑坡;为模拟山体滑坡过程中泥沙、碎岩堆积规律制作1000×400×400毫米（长×宽×高）双板应力监测实验模型,将BOTDR结合到山体滑坡预警监测中。设计复合位移量检测装置,用模拟实验的方式对山体滑坡过程中光纤的频移进行检测和分析;通过分布式光纤监测方法用光纤自身参数改变量表征山体滑坡整个过程。用位移量平均变化度这一概念,来直观表征某个光纤监测区域所处斜坡表层的位移量均值。然后对实验数据进行整理和研究,得出位移值和形变量数据之间具有相关联性。本文的创新点是将分布式布里渊散射光时域反射技术应用于山体滑坡监测实验中,通过传感光纤的频移和应变之间的关系,来表征山体滑坡过程中斜坡表面覆土附岩层的形变。通过对山体斜坡表面覆土附岩层的位移测量与数据均一化处理,将滑坡过程中山体表层的滑动过程进行直观展示并分析。提出山体滑坡表面位移量平均变化度的概念并建立数学表达式,并以此表征山体斜坡表面在滑坡过程在各个位置区域的滑动状态与整个测量点所在面的平均位移量。为模拟山体滑坡中泥沙的堆积过程,制作斜坡双板应力监测模型,将BOTDR监测系统应用于山体滑坡三维模型实验中,并通过模拟山体滑坡和泥沙堆积过程,进行位移测量实验和频移监测实验。设计光纤定点监测仪器（光纤时域定标装置）定位实验中的采样点位置,对传感光纤中发生应变的点进行准确定位以此来确定滑坡发生的位置坐标,利用光纤频移阈值报警系统来对光纤中光信号的频移改变量做出判断,并其划分预警等级。
傅芸[4]（2020）在《光纤分布式应变传感新方法与新技术的研究》文中研究指明随着社会的发展和科技的进步,人类对深海、深地和深空进行探索的需求越来越强烈。为了感知已有技术无法达到的领域,研发具有高稳定性、高信号质量、高灵敏度、组网能力强的传感器成为迫切需求。基于光纤的传感系统,在强电磁辐射、易燃易爆、高温高压、野外无法供电等极端或者恶劣的情况下,具有电类传感系统无可比拟的优势。在各类光纤传感系统中,光纤分布式传感系统,由于具有长距离和大容量等优势,广泛应用于工业监测、能源开发、交通管理等领域。而具有更快响应速度、更高稳定性、更长传感距离和更高灵敏度的光纤分布式应变传感技术的开发,对油气勘探、海底地震监测等领域具有极为深远的影响。现有的光纤分布式应变传感系统还存在诸多不足。针对国家自然科学基金国家重大项目子课题“长距离分布式光纤传感网关键器件与技术研究”中提出的已有光纤分布式应变传感系统无中继传感距离不足的问题,以及单参量光纤分布式传感系统无法同时进行动/静态测量的问题,本论文运用新型光纤分布式放大技术和信号复用技术,设计实现了传感距离超过175 km的布里渊光时域分析仪（BOTDA）和传感距离超过150 km的动静态结合的光纤分布式应变传感系统,在原有系统的基础上取得了较大突破。另外,本论文提出了基于弱掺铒光纤的随机激光混合分布式放大方法,为进一步延长光纤分布式传感系统的无中继距离提供了新的途径。同时,本论文针对国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目“基于新型分布式光纤声波传感器的地震检波仪”提出的现有分布式应变动态解调系统信号质量不高和对侧向应变不敏感的问题开展了探索性研究,分析了相干解调模块强度不平衡造成的信号谐波失真,并提出了实时补偿的方法,另外,提出了基于后向瑞利散射偏振态分布式重构光纤双折射矢量以多点监测侧向应变变化的方法。最后,本论文在国家留学基金委的支持下,根据光纤前向布里渊散射对轴向和侧向应变均敏感的特性,对新型分布式应变传感技术进行了探索。本文的主要工作如下:（1）分析了相干解调模块强度不平衡性对于解调信号的影响并提出了实时补偿的方法。针对基于光相干解调的相位敏感型光时域反射仪（Φ-OTDR）,进行了解调模块强度不平衡对解调信号影响的深入研究,并提出了利用后向瑞利散射信号的统计规律对光相干解调模块的强度不平衡性做出实时无损补偿的方法。（2）提出了运用铒离子和拉曼增益共同对分布式应变传感信号进行分布式放大的方法。提出了利用铒离子与拉曼增益一起为分布式应变传感信号提供综合放大的方法,并优化了系统设计,使得信号功率在掺铒光纤的背景损耗和分布式放大上取得平衡,使得系统增益同时拥有最大值。（3）提出了利用后向瑞利散射光的偏振态分布式重构光纤的偏振传输矩阵的方法,实现外界侧向应变变化的多点监测。并且,提出了利用90°光学混频器同时恢复后向瑞利散射光偏振态和相位,在不改变光相干型Φ-OTDR整体设计的情况下,同时对侧向和轴向应变进行分布式监测的方法。（4）提出利用激发多芯光纤的前向布里渊散射,同时对外界的侧向轴向应变进行分布式传感的方法。利用多芯光纤的内侧/外侧纤芯有效激发前向布里渊散射的基模/高阶模,并运用BOTDA对特定声场模式的截止频率进行分布式标定,可以同时对轴向和侧向应变进行感知。（5）利用三阶光纤随机激光放大实现了超长距离无中继BOTDA。利用三阶和二阶光纤随机激光放大,在系统空间分辨率为8 m的情况下,设计出传感长度突破175 km,应变传感精度为±40.12με,所得的品质因子大于200,000的BOTDA系统。（6）实现了超长距离的动静态结合分布式应变传感器。该系统有机利用了多种复用技术,抑制了子系统之间的相互影响,在静态测量空间分辨率8.2 m,动态测量空间分辨率30 m的情况下,设计出无中继传感距离大于150 km,静态应变的传感精度可达±16.4με的动静态结合的光纤分布式应变传感系统。
田长彬[5]（2020）在《线性工程变形场监测的光纤光栅传感理论及关键技术研究》文中指出近年来我国的水利水电、铁路公路、市政工程等领域的设施建设快速发展,一大批高陡边坡、大跨度桥梁、水库大坝、深长隧道等线性工程陆续投入建设或运行。线性工程具有纵向长度长、横向展布小、分布范围广、服役时间长以及运营环境复杂等特点,由于水文、地震、材料腐蚀老化、施工质量、运行管理不当等因素的影响,部分工程设施存在裂缝和病变等不安全因素,因此在一定程度上影响工程安全运营。长时间的疲劳和不健康状态下运营导致事故频发,造成大量人员伤亡和巨大经济损失,严重制约经济建设与社会发展。线性工程灾害初期有较强的隐蔽性、事故突发性强、造成后果严重,因此研究适用于线性工程结构的高精度传感理论以及开发先进的监测设备和测量系统,是有效保证线性工程安全运营、减少灾害发生的关键举措。光纤传感技术具有测量精度高、复用能力强、信号传输距离远等优势受到国内外研究人员的青睐。但是目前用于线性工程结构安全监测的光纤光栅传感技术还存在一定不足:大多数光纤光栅传感器只是采用点式监测与工程结构稳定性相关的倾角、位移、压力、应变等力学参数,不适合用于结构整体位移场的测量和变形面的定位;对于造成柔性光纤光栅传感器测量误差的因素,比如传感点与柔性基体之间应变传递率、传感点的布设间隔、形状重建算法等,以及提高传感器的传感性能方面研究较少。在兼具加固与传感功能的柔性传感器以及三维变形场的高精度传感研究方面不足,不能实现对多种参量的综合分析与准确预警。通过以上讨论与分析,本文以线性工程变形场高精度传感为应用背景,以不同灾害类型（如边坡滑移、路基沉陷、桥梁沉降、大坝变形等）的模型试验和现场应用为依托。理论分析造成柔性光纤光栅传感器形状重建误差的原因,提出基于弯曲形状自分类和自聚类的修正方法。研制了适用于线性工程二维变形场和三维变形场监测的柔性光纤光栅传感器,通过有限元仿真分析和标定实验共同验证所提修正方法的必要性和可行性。开展模型试验和工程现场应用对设计的传感器的性能进行分析研究。具体的研究工作为:1、以耦合模理论和传输矩阵理论为基础,研究了不同栅区长度、栅区轴向均匀受力以及非均匀受力下的光谱变化特性;采用理论推导和建立模型的方式分析传感点与柔性基体之间的粘贴方式（粘贴长度、宽度和厚度）、柔性基体特性、以及传感点布设间隔等因素对柔性传感器变形形状重建精度的影响,从理论上分析指导传感器的制作封装以及实现高精度变形传感的必要性。2、研究分析了适用于线性工程二维变形场和三维变形场的重建算法;针对柔性传感器不同的弯曲变形,提出了基于弯曲形状分类修正实现柔性传感器高精度传感的方法。通过对柔性传感器典型的弯曲形状进行实验标定,利用智能分类算法对传感器的弯曲形状进行自动分类,然后不同弯曲形状自动选取相应的修正系数。采用仿真分析和标定实验共同验证了基于形状自分类的变形场高精度传感方法在二维变形场和三维变形场应用的可行性和必要性。3、针对线性工程结构变形场的多样性,提出了基于弯曲形状自聚类的变形场高精度传感方法。以传感点处的应变增量为特征值,采用聚类算法对应变增量进行聚类,进而自动识别柔性传感器不同弯曲形状的变形段,然后采用优化算法确定不同变形段的最优修正系数,该方法具有自动修正重建位移场的特点,通过仿真分析和标定实验共同验证了基于形状自聚类的变形场高精度传感方法在二维变形场和三维变形场应用的高效性。4、为实现线性工程结构中多参量测量,全面反映被测结构的安全状态。开发了结构新颖的光纤光栅裂缝传感器;研制了监测工程周围环境湿度的光纤湿度传感器;为了满足实际工程需求,提高光纤光栅传感点的成活率并降低传感器的制作成本,设计了牵引式柔性光纤光栅传感系统;制作了集加固和变形传感于一体的网状柔性光纤光栅传感器。开展模型试验验证设计的柔性传感器在路基沉降、桥梁挠变、边坡变形等线性工程监测中能够实现高精度传感;设计的裂缝传感器和三维柔性传感器分别应用到钢管混凝土防脱粘监测和堤坝安全运营监测,对被测结构进行实时监控和预警,保障工程安全高效运营。本文对用于线性工程监测的传感器进行了有效研发与性能优化,在应用方面:监测工程结构变形对其稳定性、安全性进行判断,以便及时采取补救措施防止事故发生;在科学研究方面:分析累积监测数据,进而解释变形机理与验证变形假说,为修改设计、制定规范提供依据。
王本章[6]（2020）在《基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究》文中认为分布式光纤传感技术已用于大型基础设施、地质灾害、物联网系统、地球物理探测等领域中,该研究具有重大的经济和科研价值,成为世界各国大力发展的关键技术。其中,快速分布式光纤传感技术成为主要研究热点之一,并取得了一系列的重要研究进展。然而快速分布式传感研究仍存在诸多急需攻克的难题,如系统采样率较低和数据存储空间较大,并且在长距离快速、单端快速和高灵敏度快速测量等领域仍需有效的解决方案。本论文以光学捷变频技术为核心,开展了高性能快速分布式光纤传感研究工作,主要研究内容如下:在快速布里渊光时域分析（BOTDA）测量领域,针对系统采样率较低和存储空间较大的问题,本论文提出基于压缩感知技术的传感方法,实现布里渊增益谱压缩采样。该方案采用主成分分析算法构造变换域字典,使得布里渊增益谱在变换域投影后具有稀疏性。相比于传统4MHz步长的均匀谱采样,所提出的方案只利用传统方案30%的频率个数即可恢复布里渊增益谱,将系统采样率提高3.3倍,并且直接在采集过程中压缩数据,数据存储空间减少70%极大缓解系统硬件压力。在长距离BOTDA测量领域,针对系统测量时间较长的问题,本论文提出采用基于光学啁啾链调制和布里渊衰减谱结构的传感方法。光学啁啾调制的探测光对泵浦脉冲光宽谱放大,通过补偿泵浦光传输损耗和提高探测光布里渊阈值有效提高系统信噪比。该系统在每一啁啾周期内完成布里渊衰减谱测量,因此测量时间只受限于光纤长度和平均次数,在秒量级的测量时间内完成百公里分布式传感,实验演示了150km分布式测量时间仅为3.2s。本论文进一步引入双脉冲差分技术降低光学啁啾调制噪声和泵浦脉冲前端畸变引入的测量误差,同时利用模式识别算法实现更高精度的本征布里渊频移提取。在单端布里渊光时域反射计（BOTDR）测量领域,针对扫频方案解调速度较慢的问题,本论文提出基于光学捷变频技术的传感方法。利用光学捷变频技术实现参考光频率快速扫描,滤波和检波后实现自发布里渊增益谱的快速重构,其中参考光频率扫描方案包括光学频率快速扫描和光学啁啾链调制。基于光学频率扫描的单端快速分布式BOTDR系统的测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在172m传感光纤上获得了62.5Hz采样速度的分布式测量。基于光学啁啾链调制的单端快速BOTDR系统的测量时间仅受限于光纤长度和平均次数,实验在400m的光纤上获得500Hz振动采样率的分布式测量。在快速分布式光纤测量领域,针对应变灵敏度和应变动态范围无法兼得的问题,本论文提出融合瑞利散射和布里渊散射的双机制分布式光纤传感方法。利用同一组扫频脉冲光实现相位敏感型光时域反射计（phase-OTDR）和BOTDA测量,瑞利信号实现6.8nε高灵敏度相对振动测量,布里渊信号提供绝对应变参考。双机制分布式传感系统测量时间受限于光纤长度、扫频个数和平均次数,实验在50m传感光纤上获得k Hz量级采样速度的高灵敏度分布式测量。
张禄滨[7]（2020）在《基于分布式光纤传感技术的管道监测与评估》文中研究表明分布式光纤传感技术是近年来的研究热点,光纤作为传感器相比传统点式传感器具有分布式测量、抗电磁干扰、信号实效性好等多种优点,本论文将分布式光纤传感技术应用到管道监测中,主要进行了管道沉降和管道第三方入侵破坏识别研究,具体研究工作如下:在管道沉降监测方面:首先进行了布里渊光时域分析技术相关原理以及布里渊光时域光纤解调仪的学习;其次,研究了光纤“应变—管道沉降位移”算法,提出了一种新的利用分布式光纤进行管道沉降间接监测的方法。同时,对管道沉降研究中的光纤植入方式进行研究,确定了“土工布+光纤”的植入方式;随后,将“应变—管道沉降位移”算法程序化,并通过构造的复杂沉降曲线验证算法;最后,通过设计管道沉降模拟试验,进行试验,分析、处理采集到的数据,验证了本文所提出的新型管道沉降间接测量方法。在管道第三方入侵破坏识别研究上:首先进行了Φ-OTDR相位敏感型光纤相关传感原理和Φ-OTDR光纤解调仪的学习;其次,在实验室内搭建Φ-OTDR振动测试系统,利用励磁式振动台作为入侵装置,研究外界振动与瑞利散射光强之间的关系以及Φ-OTDR光纤解调仪的仪器参数特征;随后,通过室外埋设传感光纤,模拟实际管道工程中常见的第三方入侵破坏,研究第三方入侵破坏所产生的振动信号的特征;最后,分析、处理所采集的数据,通过多种信号处理方式进行振动信号的特征提取,再利用SVM支持向量机进行管道入侵破坏的模式识别研究。
胡彦博[8]（2020）在《深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价》文中研究说明在全国煤炭资源开发布局调整阶段,为了保证国家煤炭供给安全,东部矿区仍需保持20年左右的稳产期,许多矿井进入深部开采不可避免。围绕深部煤层开采底板突水通道动态形成过程机理、水害评价防治的科学技术问题,以华北型煤田东缘代表矿井为例,采用野外调研、理论分析、原位测试、室内试验、数值模拟等多种方法,按照华北煤田东缘矿区的赋煤地质结构特征→深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法→深部煤层开采底板岩层变形破坏的时空演化特征和突水模式→深部煤层开采底板破坏深度预测方法和开采底板突水危险性评价方法→深部煤层开采底板水害治理模式和治理效果序列验证评价方法的思路开展研究。主要成果如下:（1）提出了利用布里渊光时域反射技术（BOTDR）对深部煤层开采底板变形破坏的动态监测方法。根据研究表明BOTDR系统监测的动态变形量及应变分布状态与煤层底板岩层应力应变特征具有一致性,是有效监测煤层底板岩层变形破坏的新方案。BOTDR系统对煤层底板岩层监测显示,在采动过程中煤层底板岩层从上向下是呈现压-拉-压的应变趋势;同时获得了有效的煤层底板岩层的最大破坏深度,为深部煤层开采底板破坏深度的精准预测研究提供了有效的原位测试数据。（2）揭示了深部煤层开采完整底板破坏的时空演化特征:a.采前高应力区超前影响范围大约在煤壁前方38 m附近;b.开采底板岩层第一破断点的位置在采煤工作面煤壁前方29.07 m,煤层下方垂距9.24 m处,煤层底板破坏是从脆性岩层开始破断;c.开采底板破断发展趋势是从第一破断点首先向上发展破断,然后再同步向下破断。d.煤层开采底板破断的最大深度处于采前高应力区内,并且最大破断深度在采前高应力区内的峰值应力传播线附近（一般情况下）。根据煤层开采底板破坏的时空演化特征,对比分析了完整底板和含断层底板两种条件下煤层开采底板岩层破坏特点;同时对煤层开采底板进行横向分区,区域名称依次为原岩应力平衡区、采前高应力区、采后应力释放区、采后应力再平衡区。（3）利用BP神经网络、煤层开采底板应力螺旋线解析、气囊-溶液测漏法、经验公式法、多因素回归及分布式光纤实测等方法进行研究分析,得到了对深部煤层开采底板破坏深度进行有效的预测模型及方法;研究表明,多因素回归中模型III预测值更接近分布式光纤监测和气囊-溶液测漏法等实测数据,预测误差较小的预测方法依次为新的数学理论模型解析法和BP神经网络预测模型。（4）利用层次分析法、熵权法、地理信息系统等手段结合深部煤层开采破坏后有效隔水层厚度和其他多种影响底板突水的因素,对深度煤层开采底板突水危险性进行综合评价研究,得到了层次分析和熵权法（AHP-EWM）综合算法评价模型和基于改进型层次分析脆弱性指数（IAHP-VI）法两种深部煤层开采底板突水危险性评价模型,两者都具有一定的实用价值,在实际运用过程中可以根据研究区的实际情况择优选其一,也可以根据两种模型的预测结果取并集,能够进一步提高评价安全程度。（5）基于华北型煤田东缘矿区深部煤层开采底板突水通道的形成机理和突水模式,提出了“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式并进行了定义。在现有的深部煤层开采水害的治理技术上,根据注浆改造目的层的构造、区域地应力、原岩水动力场等因素对地面受控定向钻进顺层钻孔方位和钻孔展布间距的设定进行科学有效的优化研究。（6）提出了“深部煤层开采底板水害治理效果序列验证评价方法”,利用对改造目的层的渗透系数和透水率、煤层底板阻水能力、矿井电法检测、检查钻孔数据等结合GIS系统进行综合研究,建立了科学系统化的评价方法。（7）利用“充水含水层和导水构造协同超前块段治理”模式对华北型煤田东缘矿区深部煤层底板水害进行了治理,结果显示治理效果良好,研究矿区深部煤层工作面实现了安全回采。本论文研究成果可为华北型煤田东缘矿区下组煤开采底板水害防治提供参考。
洪枭[9]（2020）在《深水基础钢板桩围堰施工及过程监测研究》文中研究指明钢板桩围堰在深水基础桥梁施工中应用非常广泛,但在我国钢板桩围堰施工中发生过多起因施工过程控制不当而引发的事故,因此针对钢板桩围堰施工分析和施工过程监测的重要性不言而喻。本文依托花都至东莞高速公路某标段2号大桥的4#桥墩钢板桩围堰工程进行了以下研究:（1）对钢板桩围堰的施工全过程进行了探讨,分析了施工过程中的重难点,针对施工中可能出现的问题进行了总结并给出了相应的措施。（2）通过BOTDA分布式光纤监测技术对钢板桩围堰施工进行了全过程监测,监控了施工过程中钢板桩围堰的受力、变形情况,保证了施工全过程的安全。（3）通过有限元软件Midas/GTS进行了三维有限元模型分析,模拟了实际施工过程中的各个工况,得到了施工全过程中钢板桩围堰的受力特征和变形特征,并将数值分析结果与监测结果进行对比分析,验证了分布式光纤监测数据的有效性和数值的可靠性。（4）基于已验证的三维有限元模型,对实际工程中可能出现的一些工况如水位上升、桩入土深度不一等进行模拟分析,对钢板桩围堰施工进行了安全性评估,验证了钢板桩围堰施工的安全性。
李瑞亚[10]（2020）在《重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法》文中指出高性能的重型数控机床（Heavy-duty CNC machine tools）是国民经济和国防建设的基础性和战略性装备。热误差是制约重型数控机床加工精度的重要因素之一。减小重型数控机床热误差,提高其加工精度对我国基础工业的发展具有重要的战略意义与重大的经济价值。关于重型数控机床热误差的研究,不仅要像传统中小型数控机床一样考虑热误差的时变、时滞、强非线性、多方向耦合等特征,还要解决其庞大的床身,分散的热源和复杂的机械边界条件等给热误差建模带来的困难以及给热误差监测技术带来的挑战。本论文旨在突破传统重型数控机床热误差建模方法和热误差监测技术的局限性,充分利用光纤光栅（Fiber Bragg Grating,FBG）分布式传感技术的优势,发展重型数控机床温度、变形监测新技术,从热机理角度出发,结合先进检测技术,研究重型数控机床热误差建模新原理、新方法。在查阅和综合分析重型数控机床热弹性变形理论、热变形检测技术和热误差建模方法三个关键问题研究进展的基础上,论文开展了基于FBG的重型机床热误差监测原理与方法研究,主要研究工作和取得的成果如下:1.针对重型数控机床热误差强时滞、强非线性特征,研究了重型数控机床结构件热弹性变形特性。首先,从热源与受热结构件相对位置关系的角度出发,提出了重型机床热源分类新方法,将重型数控机床主要热源分为端部热源、侧部热源和环境温度;然后,在分析端部热源作用下结构件热弹性伸长变形特性基础上,重点研究了侧部热源作用下机床梁型结构件热弹性伸长-弯曲复合变形特性及其非同步时滞特征,建立了侧部热源作用下机床梁型结构件热弹性伸长-弯曲复合变形数学模型;最后,在分析环境温度作用下机床对称梁型结构件热弹性伸长特性的基础上,建立了环境温度作用下机床非对称梁型结构件的热弹性伸长-弯曲复合变形数学模型。2.针对重型数控机床床身结构体积庞大造成的机床整机热态参数（温度、热致应变）监测困难,研究了基于FBG的重型数控机床多参数分布式在线检测原理与方法。首先,建立了FBG多参数分布式检测的波分复用准则;然后,建立了FBG温度灵敏度模型,理论与实验分析了FBG对动态温度的响应能力;理论推导了FBG测量热致应变时的应变传递方程和温度解耦方程,并采用德国自动热膨胀分析仪进行了实验验证;最后,研制了面向重型数控机床的增敏型FBG温度传感器和增敏型FBG应变传感器,搭建了重型数控机床FBG多参数分布式检测系统。3.针对重型数控机床大型结构件热变形在线检测的需求,以定梁龙门、滑枕等重型数控机床典型大型结构件为研究对象,开展了基于FBG分布式测量数据的重型机床大型结构件热变形构建方法研究。一方面,提出了基于虚功原理（Virtual Work Principle,VWP）和FBG分布式温度测量的机床龙门结构空间热弹性变形构建方法,建立了机床龙门热变形致六项热误差元素模型;另一方面,提出了基于最小二乘变分原理（Least Square Variational Principle,LSVP）和FBG分布式应变测量的机床滑枕结构热弹性伸长-弯曲复合变形构建方法,建立了机床滑枕热弹性伸长-弯曲复合变形致三项热误差元素。4.针对重型数控机床热误差经验建模方法缺乏实际物理意义的问题,研究了重型数控机床综合热误差建模方法。首先,在考虑电主轴旋转与停转散热形式差异的基础上,对电主轴升温模型与降温模型进行了统一,建立了机床电主轴动态温升-温降理论递推模型;然后,提出了基于Sage-Husa自适应卡尔曼滤波（Sage-Husa Adaptive Kalman Filter,SHAKF）的电主轴理论温度与测试温度数据融合方法;建立了以主轴融合估计温度为主输入,以滑枕测量温度与环境测量温度为双扰动因素的主轴热误差模型;提出了基于蜜蜂算法（Bee Algorithm,BA）的主轴热误差模型系统参数辨识方法;最后,基于多体理论（Muti-body Theory,MBT）,结合机床电主轴热误差模型与床身大型结构件的热耦合误差矩阵,建立了重型数控机床综合热误差模型。5.以武汉重型机床集团ZK5540A重型定梁龙门钻铣床为实验对象,开展了重型数控机床主轴热误差实验、环境温度作用下重型数控机床的热误差实验以及内外热源共同作用下重型数控机床的综合热误差实验,对建立的重型数控机床综合热误差模型进行了实验验证。本论文的研究,对进一步丰富机床热变形理论、发展机床热变形检测新方法与技术、拓展重型数控机床热误差鲁棒建模具有重要的科学意义,对指导提高我国重型数控机床加工精度,从而改善我国大型/特大型高端工程装备工作性能具有重要实际应用价值。
二、A distributed optical fiber bi-directional strain-displacement sensor（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、A distributed optical fiber bi-directional strain-displacement sensor（论文提纲范文）
（1）多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 土木工程健康监测的迫切需求 |
| 1.1.2 光纤传感技术的应用与发展 |
| 1.1.3 现有光纤传感技术面临的问题 |
| 1.2 多芯光纤传感器研究现状 |
| 1.2.1 多芯光纤简介 |
| 1.2.2 多芯传感光纤研究现状 |
| 1.2.3 多芯传感光纤面临的问题 |
| 1.3 研究思路 |
| 1.4 研究内容及章节安排 |
| 1.5 研究主线 |
| 第二章 七芯光纤功能设计与多参量同步感知性能 |
| 2.1 光纤传感原理 |
| 2.1.1 点式光纤传感原理 |
| 2.1.2 分布式光纤传感原理 |
| 2.2 七芯传感光纤选型与纤芯功能优化设计 |
| 2.2.1 面向工程的多芯光纤传感功能 |
| 2.2.2 多芯光纤选型与七芯光纤优势 |
| 2.2.3 七芯光纤纤芯功能布局原则与优化设计 |
| 2.3 七芯光纤单参量独立感知性能测试与系数标定 |
| 2.3.1 应变单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.2 温度单参量感知性能测试与标定 |
| 2.3.3 振动单参量感知性能测试与标定 |
| 2.4 七芯光纤多参量同步感知性能测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 七芯传感光纤封装及其应变传递机制 |
| 3.1 七芯传感光纤制备、封装与工程铺设 |
| 3.1.1 七芯传感光纤制备技术 |
| 3.1.2 七芯传感光纤封装方法 |
| 3.1.3 七芯传感光缆铺设与走线方式 |
| 3.2 七芯传感光纤/缆的应变传递机制 |
| 3.2.1 应变传递理论模型 |
| 3.2.2 应变传递有限元分析 |
| 3.2.3 封装材料特性对应变传递机制的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 七芯传感光纤复合制品与多参量一体化同步解调仪 |
| 4.1 七芯传感光纤复合制品及其性能测试 |
| 4.1.1 智能碳板复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.2 智能碳纤维布编织工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.3 智能玻纤筋复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.1.4 智能钢绞线复合工艺、力学与感知性能测试 |
| 4.2 多芯传感光纤多参量一体化同步解调仪 |
| 4.2.1 研制背景及其功能定位 |
| 4.2.2 硬件系统优化设计 |
| 4.2.3 数据预处理及可视化界面 |
| 4.2.4 关键指标测试 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 基于多参数优化算法的振动定量识别方法 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 Φ-OTD光纤散射模型多参数优化算法 |
| 5.2.1 φ-OTDR光纤散射模型 |
| 5.2.2 改进的多子群社会群体算法 |
| 5.2.3 光强-应变非单一映射关系及其分析策略 |
| 5.2.4 振动定量识别方法及其宏观指标 |
| 5.3 室内PZT振动定量试验 |
| 5.3.1 系统配置 |
| 5.3.2 结果分析 |
| 5.3.3 误差分析 |
| 5.4 室外岩土扰动定位及定量试验 |
| 5.4.1 试验方案 |
| 5.4.2 结果分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 七芯传感光纤多参量一体化同步感知系统应用 |
| 6.1 针对钢梁的多参量同步感知系统应用 |
| 6.1.1 钢梁的挠曲变形及温度感知 |
| 6.1.2 钢梁的整体振动感知 |
| 6.1.3 结论 |
| 6.2 针对油气管道的多参量同步感知系统应用 |
| 6.2.1 管道模型的变形及温度感知 |
| 6.2.2 管道模型的振动感知 |
| 6.2.3 结论 |
| 6.3 某周界安防工程的多参量同步感知系统应用 |
| 6.3.1 工程概况 |
| 6.3.2 技术方案 |
| 6.3.3 扰动定位指标 |
| 6.3.4 多工况、多参量监测结果分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论及创新点 |
| 7.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
| 攻读博士期间发表的文章 |
| 攻读博士期间主持的科研项目 |
| 攻读博士期间获授权的专利 |
（2）基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 海洋平台结构监测 |
| 1.1.1 海洋平台监测的必要性 |
| 1.1.2 海洋平台监测研究现状 |
| 1.2 光纤传感技术 |
| 1.2.1 光纤传感技术的基础 |
| 1.2.2 分布式光纤在裂纹监测中的应用 |
| 1.2.3 基于分布式光纤的多尺度应变监测研究进展 |
| 1.3 机器学习算法在裂纹监测中的应用 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 2 海洋平台结构裂纹扩展过程模拟 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 扩展有限单元法的基本理论 |
| 2.2.1 节点增强函数 |
| 2.2.2 定位裂纹的水平集法 |
| 2.2.3 裂纹扩展准则 |
| 2.3 海洋平台有限元分析 |
| 2.3.1 海洋平台裂纹分析 |
| 2.3.2 加固方案分析 |
| 2.3.3 有限元裂纹扩展过程模拟 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 分布式光纤应用于裂纹监测 |
| 3.1 OFDR的基本原理 |
| 3.2 单根分布式光纤的实际应用 |
| 3.2.1 基于OFDR的传感监测系统 |
| 3.2.2 共轭梁法的基本理论 |
| 3.2.3 根据OFDR的共轭梁法拓展 |
| 3.2.4 OFDR变形监测的实验设计及结果 |
| 3.3 基于分布式光纤的裂纹监测试验设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于多尺度应变的裂纹扩展长度识别研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于粒子群寻优的支持向量回归算法 |
| 4.2.1 支持向量回归算法的基本思想 |
| 4.2.2 粒子群寻优算法 |
| 4.3 多尺度应变特征提取 |
| 4.4 基于多尺度应变数据的SVR模型 |
| 4.4.1 粒子群优化算法寻找最优参数 |
| 4.4.2 裂纹长度预测试验 |
| 4.4.3 噪声对SVR模型的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 本文主要结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 |
| 致谢 |
（3）布里渊光时域散射技术在山体滑坡应用监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.1.1 山体滑坡成因 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 山体滑坡监测现状 |
| 1.2.2 光纤传感技术的发展现状 |
| 1.3 研究方法 |
| 1.4 研究实现路径 |
| 1.5 文章体系构架 |
| 2 分布式光纤监测技术 |
| 2.1 光纤简介 |
| 2.2 分布式光纤传感技术 |
| 2.3 光信号解调技术 |
| 2.3.1 布里渊光时域散射技术 |
| 2.3.2 布里渊光时域分析技术 |
| 2.3.3 布里渊光频域分析技术 |
| 2.3.4 影响光纤频移改变的因素 |
| 2.4 光时域反射(OTDR)技术 |
| 2.4.1 OTDR原理 |
| 2.4.2 相位敏感光时域反射分布式光纤传感技术(φ-OTDR) |
| 2.5 光纤频移与应变关系 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 滑坡面位移监测实验 |
| 3.1 实验基础 |
| 3.2 位移实验仪器 |
| 3.2.1 光纤光栅位移传感器 |
| 3.2.2 位移量测量仪 |
| 3.2.3 位移量区域多点测量仪 |
| 3.3 位移平均变化量 |
| 3.4 实验步骤 |
| 3.5 实验结果分析 |
| 3.5.1 位移监测a管结果分析 |
| 3.5.2 位移监测b管结果分析 |
| 3.5.3 位移监测c管结果分析 |
| 3.6 位移平均变化量结果分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 滑坡定位实验 |
| 4.1 光纤时域定标装置 |
| 4.2 实验步骤 |
| 4.3 相位敏感OTDR实验结果分析 |
| 4.3.1 第一组实验 |
| 4.3.2 第二组实验 |
| 4.3.3 第三组实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 双板模型光纤频移实验 |
| 5.1 双板模型实验监测系统 |
| 5.2 实验开展 |
| 5.3 布里渊频移实验结果及分析 |
| 5.4 光纤频移阈值报警系统 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
（4）光纤分布式应变传感新方法与新技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 分布式光纤传感概述 |
| 1.2 分布式光纤应变传感器概述 |
| 1.3 分布式光纤应变传感器研究进展 |
| 1.3.1 长距离BOTDA研究进展 |
| 1.3.2 Φ-OTDR研究进展 |
| 1.3.3 动静态结合的光纤分布式应变传感系统研究进展 |
| 1.4 本论文的工作 |
| 1.4.1 本论文的选题意义 |
| 1.4.2 本论文章节安排 |
| 第二章 理论基础 |
| 2.1 光纤中的散射 |
| 2.1.1 光纤中的瑞利散射 |
| 2.1.2 光纤中的布里渊散射 |
| 2.1.3 光纤中的拉曼散射 |
| 2.2 光纤分布式应变传感系统原理 |
| 2.2.1 Φ-OTDR系统原理 |
| 2.2.2 POTDR系统原理 |
| 2.2.3 BOTDA系统原理 |
| 2.3 适用于光纤分布式应变系统的信号增强技术 |
| 2.3.1 脉冲编码技术 |
| 2.3.2 掺铒光纤放大技术 |
| 2.3.3 基于拉曼散射的光纤分布式放大技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 光纤分布式动态应变传感系统信号质量提升的方法 |
| 3.1 相干型Φ-OTDR中解调系统的优化方法 |
| 3.1.1 光相干接收机强度不平衡所带来的影响 |
| 3.1.2 相干接收机强度不平衡性的补偿方法 |
| 3.2 基于弱掺铒光纤的混合分布式放大方法 |
| 3.2.1 基于WEDF的分布式放大基本结构 |
| 3.2.2 基于WEDF的分布式放大的仿真模型 |
| 3.2.3 基于WEDF与 RFL的综合放大方法 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 侧向轴向应变同时敏感的光纤分布式传感方法 |
| 4.1 利用光相干型Φ-OTDR同时感知轴向侧向应变的方法 |
| 4.1.1 分布式重构光纤偏振传输矩阵的方法 |
| 4.1.2 适用条件 |
| 4.1.3 仿真结果 |
| 4.2 利用前向布里渊散射同时传感轴向侧向应变的方法 |
| 4.2.1 外界应变对于FSBS频率的影响 |
| 4.2.2 FSBS不同模式的激发效率 |
| 4.2.3 初步实验结果 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 超长距离无中继分布式光纤应变传感技术 |
| 5.1 超长距离的分布式静态应变传感技术 |
| 5.1.1 分布式放大方案 |
| 5.1.2 放大泵浦功率的优化 |
| 5.1.3 实验结构 |
| 5.1.4 实验结果 |
| 5.2 动静态结合的超长距离分布式光纤应变传感技术 |
| 5.2.1 设计原理 |
| 5.2.2 系统结构 |
| 5.2.3 实验结果与讨论 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 本文的研究内容及主要贡献 |
| 6.2 后续工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（5）线性工程变形场监测的光纤光栅传感理论及关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 光纤光栅传感理论与技术研究现状 |
| 1.2.2 光纤光栅传感器的工程应用现状 |
| 1.3 主要研究内容及创新点 |
| 1.3.1 本文主要研究内容 |
| 1.3.2 技术路线 |
| 1.3.3 创新点 |
| 第二章 光纤光栅传感原理和线性工程变形场重建误差分析研究 |
| 2.1 光纤光栅传感原理 |
| 2.1.1 光纤光栅传输特性分析 |
| 2.1.2 光纤光栅的光谱特性分析 |
| 2.2 线性工程变形场重建误差分析 |
| 2.2.1 应变传递机理分析 |
| 2.2.2 形状重建算法分析 |
| 2.2.3 布点间隔分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于形状自分类的变形场高精度传感方法研究 |
| 3.1 基于离散曲率的二维变形传感重构方法 |
| 3.1.1 圆弧曲线拟合方法 |
| 3.1.2 梁元分解拟合方法 |
| 3.2 基于正交曲率的三维变形传感重构方法 |
| 3.3 基于形状自分类的变形场高精度传感实现方案 |
| 3.4 二维棒状柔性光纤光栅传感器的仿真验证和实验验证研究 |
| 3.4.1 棒状柔性光纤光栅传感器的制备 |
| 3.4.2 棒状柔性光纤光栅传感器的传感原理 |
| 3.4.3 有限元仿真验证实验 |
| 3.4.4 弯曲标定实验 |
| 3.5 三维棒状柔性光纤光栅传感器的仿真验证和实验验证研究 |
| 3.5.1 三维棒状柔性光纤光栅传感器的制备 |
| 3.5.2 三维棒状柔性光纤光栅传感器的传感原理 |
| 3.5.3 有限元仿真验证实验 |
| 3.5.4 弯曲形状标定实验 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于形状自聚类的变形场高精度传感方法研究 |
| 4.1 基于形状自聚类变形场高精度传感实现方案 |
| 4.2 二维板状柔性光纤光栅传感器的仿真验证和实验验证研究 |
| 4.2.1 板状柔性光纤光栅传感器的制备 |
| 4.2.2 板状柔性光纤光栅传感器的传感原理 |
| 4.2.3 有限元仿真验证实验 |
| 4.2.4 弯曲形状标定实验 |
| 4.2.5 修正方法的可扩展性实验 |
| 4.3 三维棒状柔性光纤光栅传感器的仿真验证和实验验证研究 |
| 4.3.1 有限元仿真验证实验 |
| 4.3.2 弯曲形状标定实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 光纤监测系统的模型试验和现场应用研究 |
| 5.1 用于线性工程多参数监测的光纤传感器研究 |
| 5.1.1 光纤光栅裂缝传感器设计 |
| 5.1.2 光纤湿度传感器设计 |
| 5.1.3 牵引式柔性光纤光栅传感系统设计 |
| 5.1.4 网状柔性光纤光栅传感器设计 |
| 5.2 模型试验应用研究 |
| 5.2.1 网状柔性传感器的模型试验研究 |
| 5.2.2 板状柔性传感器的模型试验研究 |
| 5.3 现场试验应用研究 |
| 5.3.1 钢管混凝土脱空监测现场试验 |
| 5.3.2 堤坝安全运营监测现场试验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间学术成果 |
| 致谢 |
| 附已发表论文学位论文评阅及答辩情况表 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（6）基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题背景 |
| 1.1.2 研究的目的与意义 |
| 1.2 高性能分布式光纤传感技术研究进展 |
| 1.2.1 快速BOTDA系统研究现状 |
| 1.2.2 长距离BOTDA系统研究现状 |
| 1.2.3 单端快速BOTDR系统研究现状 |
| 1.2.4 高灵敏度phase-OTDR系统研究现状 |
| 1.2.5 高性能分布式光纤传感研究现状分析 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 基于压缩感知技术的快速BOTDA传感研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 受激布里渊散射的理论研究 |
| 2.2.1 基于MZ电光调制器的光学频率调制技术 |
| 2.2.2 受激布里渊散射耦合波方程 |
| 2.3 压缩感知技术在BOTDA系统中的应用 |
| 2.3.1 压缩感知技术 |
| 2.3.2 主成分分析算法 |
| 2.3.3 布里渊增益谱的压缩采样 |
| 2.3.4 基于光学捷变频技术的快速BOTDA实验装置 |
| 2.3.5 压缩采样实验结果和分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于光学啁啾链技术的长距离快速BOTDA传感研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 长距离快速BOTDA传感方案及仿真研究 |
| 3.2.1 长距离快速BOTDA传感方案 |
| 3.2.2 基于光学啁啾链技术的布里渊衰减谱数值仿真 |
| 3.3 长距离快速快速分布式温度传感研究 |
| 3.3.1 实验装置 |
| 3.3.2 实验结果和分析 |
| 3.4 高精度长距离快速分布式温度传感研究 |
| 3.4.1 实验装置 |
| 3.4.2 基于模式识别算法的布里渊频移解调 |
| 3.4.3 实验结果和分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于光学频率调制的单端快速BOTDR传感研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 自发布里渊散射理论研究 |
| 4.2.1 自发布里渊散射 |
| 4.2.2 自发布里渊散射的数值分析 |
| 4.3 基于光学频率扫描的单端快速BOTDR系统研究 |
| 4.3.1 传感方案 |
| 4.3.2 实验装置 |
| 4.3.3 实验结果和分析 |
| 4.4 基于光学啁啾链调制的单端快速BOTDR系统研究 |
| 4.4.1 传感方案 |
| 4.4.2 实验装置 |
| 4.4.3 实验结果和分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于瑞利和布里渊散射的高灵敏度快速光纤传感技术研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于扫频脉冲方案的phase-OTDR系统理论研究 |
| 5.2.1 瑞利散射 |
| 5.2.2 直接探测phase-OTDR一维脉冲响应模型 |
| 5.3 瑞利和布里渊双机制传感系统研究 |
| 5.3.1 传感方案 |
| 5.3.2 实验装置 |
| 5.3.3 实验结果及分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（7）基于分布式光纤传感技术的管道监测与评估（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 BOTDA光纤传感技术 |
| 1.2.2 Φ-OTDR光纤传感技术 |
| 1.3 分布式光纤传感相关原理 |
| 1.3.1 管道沉降监测相关原理(BOTDA) |
| 1.3.2 管道第三方入侵破坏监测相关传感原理(Φ-OTDR) |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第2章 分布式光纤传感原理在管道工程中的应用 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 BOTDA传感原理在管道沉降监测中的应用 |
| 2.2.1 采用管道上下表面埋设两根光纤的方式 |
| 2.2.2 采用管道上方埋设光纤间接测量管道沉降位移的方式 |
| 2.2.3 分布式光纤“应变—管道沉降位移”算法推导 |
| 2.3 分布式光纤传感技术在管道第三方入侵破坏监测中的应用 |
| 2.3.1 干涉型光纤传感技术 |
| 2.3.2 散射型光纤传感技术 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 基于BOTDA技术的管道沉降监测 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 “应变—沉降位移”算法程序化验证 |
| 3.3 分布式光纤传感器植入方法研究 |
| 3.4 土层不均匀沉降试验验证 |
| 3.5 试验结果及讨论 |
| 3.5.1 BOTDA光纤解调仪器信号分析 |
| 3.5.2 试验结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 基于Φ-OTDR技术的管道第三方入侵破坏研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Φ-OTDR系统搭建与室内模拟试验设计 |
| 4.2.1 室内振动入侵模拟设计 |
| 4.2.2 Φ-OTDR室内试验系统搭建 |
| 4.2.3 室内Φ-OTDR振动试验 |
| 4.2.4 试验后的数据分析处理 |
| 4.3 管道第三方入侵破坏试验 |
| 4.3.1 试验场地概况 |
| 4.3.2 管道第三方入侵破坏工况设置 |
| 4.3.3 管道第三方入侵破坏模拟入侵测试流程 |
| 4.3.4 管道第三方入侵破坏模拟试验信号采集 |
| 4.4 扰动试验数据处理以及振动特征提取 |
| 4.4.1 振动信号时域特征分析 |
| 4.4.2 振动信号频域特征分析 |
| 4.4.3 振动信号尺度域特征分析 |
| 4.5 基于支持向量机(SVM)的管道第三方入侵破坏的分类算法 |
| 4.5.1 线性分类 |
| 4.5.2 非线性分类 |
| 4.5.3 适用于多种分类情况的SVM |
| 4.6 基于多分类SVM的扰动模式识别 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（8）深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 变量注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 研究内容及方法 |
| 1.4 技术路线 |
| 2 华北型煤田东缘区域地质及水文地质条件 |
| 2.1 区域赋煤构造及含水层 |
| 2.2 深部煤层开采底板突水水源水文地质特征 |
| 2.3 煤系基底奥陶系灰岩含水层水文地质特征 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 深部开采底板变形破坏原位动态监测 |
| 3.1 分布式光纤动态监测底板采动变形破坏 |
| 3.2 对比分析光纤实测与传统解析和原位探查 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 深部开采煤层底板破坏机理和突水模式研究 |
| 4.1 深部开采煤层底板破裂分布动态演化规律 |
| 4.2 深部煤层开采底板突水模式 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 深部开采底板突水危险性非线性预测评价方法 |
| 5.1 深部煤层开采底板破坏深度预测 |
| 5.2 下组煤开采底板突水危险性评价研究及应用 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 深部开采底板水害治理模式及关键技术 |
| 6.1 底板水害治理模式和效果评价方法 |
| 6.2 底板水害治理模式和治理效果评价的应用 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 结论 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 主要创新性成果 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 学位论文数据集 |
（9）深水基础钢板桩围堰施工及过程监测研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 钢板桩围堰施工研究现状 |
| 1.3 钢板桩围堰施工监测研究现状 |
| 1.4 本文研究技术路线 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 第二章 钢板桩围堰施工过程分析 |
| 2.1 工程概况 |
| 2.1.1 桥梁主要设计参数 |
| 2.1.2 水文地质条件 |
| 2.1.3 钢板桩围堰设计 |
| 2.1.4 施工过程 |
| 2.1.5 材料特性 |
| 2.2 工程特点及重难点分析 |
| 2.2.1 工程特点 |
| 2.2.2 工程重难点分析 |
| 2.3 钢板桩围堰施工工艺 |
| 2.3.1 钢板桩施工前期准备工作 |
| 2.3.2 钢板桩导向安装 |
| 2.3.3 围檩及内支撑体系的安装 |
| 2.3.4 深水基础中钢板桩施工方案 |
| 2.4 钢板桩插打过程中的问题和措施 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于分布式光纤钢板桩围堰施工监测技术 |
| 3.1 钢板桩围堰监测目的与内容 |
| 3.2 分布式光纤传感技术原理 |
| 3.2.1 光时域反射(OTDR)原理 |
| 3.2.2 布里渊散射光时域反射仪(BOTDA)基本原理 |
| 3.3 钢板桩围堰分布式光纤监测方案 |
| 3.3.1 监测桩点布设 |
| 3.3.2 监测人员与监测设备 |
| 3.3.3 安装测试光缆 |
| 3.3.4 围堰监测方案 |
| 3.4 分布式光纤监测数据处理与结果分析 |
| 3.4.1 原始数据处理 |
| 3.4.2 监测结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 钢板桩围堰有限元分析 |
| 4.1 有限元分析方法原理 |
| 4.2 基于MIDAS的有限元分析 |
| 4.2.1 MIDAS/GTS软件介绍 |
| 4.2.2 岩土常用本构模型介绍 |
| 4.2.3 有限元模型的建立 |
| 4.2.4 钢板桩围堰施工过程模拟 |
| 4.3 有限元模拟结果分析 |
| 4.3.1 内力结果分析 |
| 4.3.2 挠度结果分析 |
| 4.4 有限元模拟结果与监测结果对比分析 |
| 4.4.1 各工况钢板桩弯矩对比分析 |
| 4.4.2 各工况钢板桩应变对比分析 |
| 4.4.3 各工况钢板桩位移对比分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 钢板桩围堰施工安全性评估 |
| 5.1 水位变化情况 |
| 5.2 支撑失效情况 |
| 5.3 桩入土深度不一致情况 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 本文主要研究结论 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（10）重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题概述 |
| 1.1.1 课题来源 |
| 1.1.2 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状分析 |
| 1.2.1 重型数控机床热误差研究概述 |
| 1.2.2 机床热弹性变形特性研究现状 |
| 1.2.3 机床热变形检测技术的研究现状 |
| 1.2.4 机床热误差预测模型的研究现状 |
| 1.3 目前研究中存在的问题 |
| 1.4 论文的研究内容与组织结构 |
| 1.4.1 主要研究内容 |
| 1.4.2 论文组织结构 |
| 第2章 重型数控机床结构件热弹性变形特性 |
| 2.1 重型数控机床热源分类 |
| 2.2 端部热源作用下机床结构件热弹性伸长变形 |
| 2.2.1 热弹性伸长的“超前”与“滞后”特性 |
| 2.2.2 有限差分(FDM)数值模型与分析 |
| 2.2.3 实验分析与系统传递函数 |
| 2.3 侧部热源作用下机床结构件热弹性伸长-弯曲复合变形 |
| 2.3.1 热弹性伸长-弯曲复合变形的非同步时滞特性 |
| 2.3.2 有限元(FEM)数值模型与分析 |
| 2.3.3 实验分析与系统传递函数 |
| 2.4 环境温度作用下机床结构件热弹性变形 |
| 2.4.1 机床结构件在环境温度作用下的热弹性伸长 |
| 2.4.2 机床结构件在环境温度作用下的热弹性伸长-弯曲 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 光纤光栅传感器及其分布检测原理与方法 |
| 3.1 光纤光栅多参数分布式检测原理 |
| 3.1.1 光纤光栅基本理论 |
| 3.1.2 光纤光栅传感原理 |
| 3.1.3 光纤光栅多参数检测与空分-波分组合复用 |
| 3.2 光纤光栅温度传感特性 |
| 3.2.1 光纤光栅温度灵敏度 |
| 3.2.2 光纤光栅动态测温特性 |
| 3.2.3 光纤光栅分布式温度测量实验 |
| 3.3 光纤光栅热致应变检测原理与方法 |
| 3.3.1 光纤光栅热致应变传递理论 |
| 3.3.2 光纤光栅热致应变测量的温度补偿 |
| 3.3.3 光纤光栅热致应变测量实验 |
| 3.4 增敏型光纤光栅传感器技术 |
| 3.4.1 增敏型光纤光栅温度传感器 |
| 3.4.2 增敏型温度自补偿光纤光栅应变传感器 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于分布测试数据的重型机床大型结构件热变形构建方法 |
| 4.1 梁式结构件热弹性伸长-弯曲复合变形构建 |
| 4.1.1 轴向离散化与坐标变换 |
| 4.1.2 梁单元节点热位移模型 |
| 4.1.3 全局坐标系下整体热变形 |
| 4.2 重型数控机床定梁龙门结构空间热弹性变形构建 |
| 4.2.1 自由膨胀热变形 |
| 4.2.2 基于虚功原理的龙门结构热致内力模型 |
| 4.2.3 龙门结构空间热弹性变形模型 |
| 4.3 重型数控机床滑枕结构热弹性伸长-弯曲复合变形构建 |
| 4.3.1 滑枕动态离散 |
| 4.3.2 二节点六自由度Euler-Bernoulli平面直梁单元的数学模型 |
| 4.3.3 梁单元应变数学模型与解耦方法 |
| 4.3.4 基于最小二乘变分原理的热致位移求解 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 重型数控机床综合热误差模型 |
| 5.1 重型数控机床主轴热误差建模 |
| 5.1.1 主轴动态温升-温降理论递推模型 |
| 5.1.2 主轴生热离散系统状态空间表达式 |
| 5.1.3 基于Sage-Husa自适应卡尔曼滤波的主轴温度数据融合 |
| 5.1.4 主轴热误差预测模型 |
| 5.1.5 基于蜜蜂算法的主轴热误差模型系统辨识方法 |
| 5.2 重型数控机床床身大型结构件热变形致空间误差 |
| 5.2.1 重型数控机床床身结构基本误差元素 |
| 5.2.2 重型数控机床床身结构误差传动链 |
| 5.2.3 重型数控机床床身结构动态热耦合误差矩阵 |
| 5.3 重型数控机床综合热误差预测模型 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 重型数控机床热误差检测实验研究 |
| 6.1 重型数控机床光纤光栅多参数分布式检测系统 |
| 6.1.1 ZK5540A重型定梁龙门钻铣床 |
| 6.1.2 光纤光栅传感器布置 |
| 6.1.3 光纤光栅多参数分布式检测系统 |
| 6.2 ZK5540A重型数控机床综合热误差模型 |
| 6.2.1 电主轴温度模型 |
| 6.2.2 床身结构热误差元素模型 |
| 6.2.3 重型机床综合热误差模型 |
| 6.3 ZK5540A重型数控机床主轴热误差实验研究 |
| 6.3.1 主轴热误差实验 |
| 6.3.2 转速与环境温度对主轴温度的影响 |
| 6.3.3 主轴温度模型实验分析 |
| 6.3.4 主轴热误差模型实验分析 |
| 6.4 ZK5540A重型数控机床环境温度作用下热误差实验研究 |
| 6.4.1 环境温度致机床热误差实验 |
| 6.4.2 机床热误差与温度场分析 |
| 6.4.3 复杂温度场中床身结构热误差元素 |
| 6.4.4 环境温度作用下机床热误差预测 |
| 6.5 内外热源共同作用下重型数控机床综合热误差预测 |
| 6.6 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 本文的主要创新点 |
| 7.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 英文专业术语缩写一览表 |
| 附录 B 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 附录 C 攻读博士学位期间参与的支持项目 |
| 致谢 |
四、A distributed optical fiber bi-directional strain-displacement sensor（论文参考文献）
- [1]多芯光纤多参量一体化同步感知系统及应用[D]. 冯谦. 中国地震局工程力学研究所, 2021(02)
- [2]基于分布式光纤的海洋平台结构裂纹监测研究[D]. 辛承祖. 大连理工大学, 2021(01)
- [3]布里渊光时域散射技术在山体滑坡应用监测研究[D]. 刘洋. 青岛科技大学, 2021(01)
- [4]光纤分布式应变传感新方法与新技术的研究[D]. 傅芸. 电子科技大学, 2020
- [5]线性工程变形场监测的光纤光栅传感理论及关键技术研究[D]. 田长彬. 山东大学, 2020(01)
- [6]基于光学捷变频技术的高性能快速分布式光纤传感研究[D]. 王本章. 哈尔滨工业大学, 2020(01)
- [7]基于分布式光纤传感技术的管道监测与评估[D]. 张禄滨. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [8]深部开采底板破裂分布动态演化规律及突水危险性评价[D]. 胡彦博. 中国矿业大学, 2020(01)
- [9]深水基础钢板桩围堰施工及过程监测研究[D]. 洪枭. 广州大学, 2020(02)
- [10]重型数控机床热误差光纤分布动态监测原理与方法[D]. 李瑞亚. 武汉理工大学, 2020