双程前向结构掺铒光纤光源稳定性的实验研究

为了获得高稳定的光纤陀螺掺铒光纤光源,理论分析了平均波长受温度变化的影响因素,实验研究了双程前向(DPF)结构掺铒光纤光源平均波长温度稳定性。主要通过优化铒纤长度来减小铒纤的本征温度系数对光源稳定性的影响,优化泵浦功率使其引起平均波长的变化达到最小。最终获得了掺铒光纤光源在双程前向结构下的优化铒纤长度12.2m和优化泵浦功率150mW,对比分析了包括优化铒纤长度在内的三个长度下,不同泵浦功率对光源的平均波长、输出功率和谱宽的影响;测量了不同长度铒纤的本征温度系数,获得了平均波长稳定性为-0.452ppm/°C的双程前向光纤光源。     

应用于三轴光纤陀螺中的双程后向ASE光源

根据三轴光纤陀螺的高精度需求,采用大功率高稳定性的高精度双程后向方案掺铒光纤光源。通过对ASE光源的理论分析建立数学模型,并根据所用掺铒光纤及泵浦光源的参数对光源进行谱型分析,确定光路方案。再以掺铒光纤和泵浦激光器的温度特性和补偿为研究重点,对掺铒光纤的长度和掺杂浓度以及泵浦功率和铒纤的匹配性进行试验,最终采用铒纤长度19 m,泵浦波长974.6 nm,泵浦功率140 m A,得到光源光功率为20 m W,平均波长变化量小于0.5′10~(-6)/℃,满足光纤陀螺对ASE光源的要求。     

一种高性能抗辐照掺铒光子晶体光纤光源

为满足空间环境应用高精度光纤陀螺的需求,基于掺铒光子晶体光纤设计了一种抗辐照掺铒光纤光源。首先设计了一种高浓度掺铒光子晶体光纤,通过优化Er3+/Al3+的掺杂浓度,改善了掺铒光纤的荧光特性。然后通过调节光纤长度优化光源输出光谱接近掺铒光纤本征荧光谱,降低了辐照条件下掺铒光纤光源的光谱损耗;结合"平坦谱光谱滤波"和"泵浦光功率闭环反馈控制"技术设计出适合空间辐照环境应用的掺铒光子晶体光纤光源。辐照试验结果表明,光源在200 krad辐照剂量下输出光谱宽度大于40 nm,平均波长稳定性2.6′10~(-6)/krad,功率损耗小于0.2 dB,表现出较好的抗辐照效果。     

使用滤波器和探测器阵列的光纤陀螺光源平均波长漂移监测

为了提升光纤陀螺在工作温度范围内的标度因数稳定性,提出了一种使用滤波器和探测器阵列对光源光谱平均波长漂移进行实时监测的技术方案。光纤陀螺光源光谱通常为平滑的类高斯函数,理论上可以借助少数采样点在较小的误差范围内计算其积分值,因此可以测量光源几个特定波长处的光强,结合适当的数值积分算法,计算其平均波长漂移。以掺铒光纤光源的左峰(中心波长约1530 nm)为例,分析了滤波器参数以及积分方法对监测精度的影响,结果表明当初级滤波器带宽为5 nm,次级滤波器带宽为1 nm,采用Gauss-Legendre积分法时,计算值与测量值的误差小于0.2×10~(-6)。实时监测结果可用于波长反馈控制或标度因数补偿,进一步提升光纤陀螺的环境适应性。     

高精度光纤陀螺光源强度噪声的抑制

掺铒超荧光光纤光源的光源强度噪声是影响高精度光纤陀螺随机游走系数的主要因素。为了降低陀螺随机游走系数,进一步提高陀螺精度,提出了一种抑制光纤陀螺光源强度噪声的方法。利用耦合器两个输出端输出光的相关性,将两束光转换为电信号送入FPGA中,用数字电路相减法实现光源强度噪声的抑制。通过Allan方差法对抑制前后陀螺输出数据的分析结果可以看出,采用数字相减法可以有效的抑制光纤陀螺的光源强度噪声,角随机游走系数与抑制前相比减小33%。该方法与以往的方法相比,具有工程实现简便、可靠性高、维护容易等优点。     

光纤陀螺用光纤光源的新型自动温度控制

光源良好的平均波长稳定性是保证光纤陀螺标度因子稳定性的重要条件。而光纤光源平均波长的变化主要源于环境温度的变化。为了使光源获得更好的输出特性,需要对光源泵浦温度进行精密控制。文中阐述了一种基于FPGA和MAX1968芯片设计的光纤陀螺用光纤光源泵浦温度自动控制(ATC)技术。控制过程中提出了一种新的控制算法--递进式PID。与传统PID算法相比,递进式PID算法的最大特点是其各个参数可以随外界环境而变化。经试验测定,泵浦的温度稳定性能够稳定在±0.03℃以内,因而泵浦具有很好的平均波长稳定性。     

增益平坦滤波器在掺铒光纤光源中的应用

掺铒光纤光源的输出光谱有两个不对称峰,但光源的应用一般都要求有比较平坦的增益输出。借鉴EDFA的增益平坦技术,简述了几种增益平坦滤波器的工作原理及优缺点,包括电介质薄膜滤光片、光纤光栅滤波器、马赫-曾德尔滤波器、光子晶体光纤光栅滤波器和基于高双折射光纤环形镜的滤波器。指出目前采用长周期光纤光栅和电介质薄膜滤光片作为光纤光源的滤波器是比较适合的选择。最后以电介质薄膜滤光片为例,给出了C波段掺铒光纤光源增益平坦的实验结果,并与滤波前做了对比分析。实验表明,滤波器的加入使光纤光源获得了增益平坦的输出光谱。     

消除消偏光纤陀螺克尔效应的一种方法

研究了非线性克尔效应对光纤陀螺噪声的贡献,得到了可以通过采用宽谱光源和调制光路中的光功率来减小甚至消除克尔效应引起的非互易相位差的结果。采用调制光功率的方法消除克尔效应。为了避免因调制光功率降低探测器信噪比,通过分析探测器的噪声原理得到了保证足够信噪比的最小功率输入。设计了光纤放大器光源来实现这种光功率的调制。分别分析了泵浦光功率和泵浦方式对光源的影响,进一步协调了光纤放大器光源的输出功率和放大增益,首次证明了光纤放大器光源的优越性。在实验中,采用了光纤放大器光源的光纤陀螺的随机游走系数被减小到了原来的0.8。     

一种三芯液晶光子晶体光纤的特性

针对三轴光纤陀螺共用光源问题,提出了一种新型的多芯液晶光子晶体光纤,该光纤具有三个呈等边三角形几何形状排列的液晶纤芯.利用有限元法对其功率分布、模场、有效折射率和色散特性进行了数值分析,结果表明,这种三芯液晶光子晶体光纤可将传输光完全等分为三束光,且具有平坦色散特性,在波长为1.45μm～1.75μm之间的色散变化小于2 ps·km-1·nm-1.此外,该光纤在大约150 nm的波长范围内显示出超平坦的色散,并且可以通过改变中心空气孔的直径来调整超平坦色散的波长范围.研究成果对液晶光子晶体光纤、三轴光纤陀螺和三相光纤电流互感器的等光分束器、1×3多芯光子晶体耦合器和平坦色散光纤的进一步发展具有重要意义.     

一种三芯液晶光子晶体光纤的特性（英文）

针对三轴光纤陀螺共用光源问题,提出了一种新型的多芯液晶光子晶体光纤,该光纤具有三个呈等边三角形几何形状排列的液晶纤芯。利用有限元法对其功率分布、模场、有效折射率和色散特性进行了数值分析,结果表明,这种三芯液晶光子晶体光纤可将传输光完全等分为三束光,且具有平坦色散特性,在波长为1.45μm~1.75μm之间的色散变化小于2 ps·km~(-1)·nm~(-1)。此外,该光纤在大约150 nm的波长范围内显示出超平坦的色散,并且可以通过改变中心空气孔的直径来调整超平坦色散的波长范围。研究成果对液晶光子晶体光纤、三轴光纤陀螺和三相光纤电流互感器的等光分束器、1×3多芯光子晶体耦合器和平坦色散光纤的进一步发展具有重要意义。     

光纤陀螺加速退化试验的可行性

以可靠性试验技术为基础,对加速退化试验方法在光纤陀螺产品中实施的可行性进行了探索研究。对光纤陀螺所用器件在长期使用条件下性能变化及其对陀螺整机性能的影响进行了分析,阐述了光纤陀螺性能退化存在的可能性,并通过光纤陀螺长期使用实验数据进行验证,得出了光纤陀螺具有性能退化特性的结论。采用可靠性摸底试验方法对光纤陀螺性能退化在温度环境应力下的可加速性进行了探索,通过温度加速应力下光纤陀螺实际工作性能数据分析得出其性能退化具有加速性,对光纤陀螺实施加速退化试验可行。     

FATIGUE LIFE PREDICTION OF RC BEAMS STRENGTHENED WITH PRESTRESSED CFRP UNDER CYCLIC BENDING LOADS

The application of prestressed carbon reinforced polymer(prestressed CFRP)in reinforced concrete(RC)members can improve the mechanical properties of strengthened structures and strengthening efficiency.This paper proposed a semi-empirical prediction formula of fatigue lives of the RC beams strengthened with prestressed CFRP under bending loads.The formula is established based on the fatigue life prediction method of RC beams and fatigue experimental data of non-prestressed CFRP reinforced beams done before.Fatigue effect coefficient of the formula was confirmed by the fatigue experiments of the RC beams strengthened with prestressed carbon fiber laminate(prestressed CFL)under cyclic bending loads.Fatigue lives of the strengthened beams predicted using the formula agreed well with the experimental data.     

岩石变形光纤光栅传感检测的应变传递分析

岩石变形过程可以通过光纤光栅的表面粘贴法进行检测。建立了考虑表面凹槽时的应变传递模型,经过力学分析得出了应变传递方程及传递系数的表达式;在MTS伺服机上进行了单轴压缩实验,借助光纤光栅对加载过程进行了测试。结果表明,传递方程与粘贴层厚度均匀分布时的方程形式相同,只是特征值k不同;换算后光栅的轴向应变与MTS位移计吻合很好,相对误差仅为3.2%;环向测试优于MTS的环向应变计,而两种方法都明显地优于应变片。实验验证了所建模型的正确性。经应变传递换算后,通过光纤光栅可以实现岩石变形过程中与MTS精度相当的高精确测试。     

Nonlinear rheological properties and stability of dibenzylidene sorbitol fiber networks in poly(propylene oxide)

Dibenzylidene sorbitol (DBS) is known to gel organic liquids and polymers such as poly(propylene oxide) (PPO) by forming long fibers and fiber networks. Potential applications of these networks depend on their ability to withstand large deformations without significant morphological changes. Therefore, we studied the nonlinear rheological properties of the DBS fiber network in PPO for different DBS concentrations. We found that the concentration dependence of critical deformation (transition from linear to nonlinear viscoelastic region) and gel strength (G′ plateau in the linear region) can be explained on the basis of a model for densely cross-linked fiber gels (MacKintosh et al., Phys Rev Lett 75:4425–4428, 1995). Performing periodic strain sweeps, we found that the decrease in gel strength during the deformation cycles can be ascribed to reversible fiber coarsening. Additionally, start-up experiments showed a strong shear thinning behavior, which is in quantitative agreement with the SGM model (Sollich, Phys Rev E 58:738–759, 1998).     

钢纤维混凝土层裂强度的实验研究

钢纤维能显著提高混凝土抵抗层裂破坏的能力,但纤维含量、长细比和形状对高应变率下钢纤维混凝土层裂强度的影响仍缺少系统研究.本文利用大直径Hopkinson杆对混凝土细长杆件进行冲击加载,通过放置在试件后方的空心铝合金杆上应变波形确定试件的层裂强度,系统研究了钢纤维含量、长细比和形状对钢纤维混凝土层裂强度的影响.实验结果表明钢纤维混凝土层裂强度具有应变率效应,即应变率越高层裂强度越高.钢纤维对混凝土层裂强度的增加与纤维影响系数α、纤维长细比和纤维含量三者之乘积具有线性关系.动态加载条件下的系数α高于静态,其原因主要是动态加载时纤维快速从基体拔出时动态剪应力增加.波浪形纤维混凝土的系数α比扁头型纤维高.根据实验结果建立了钢纤维混凝土层裂强度经验公式,公式预测结果能与实验结果较好吻合.     

粘贴碳纤维布加固混凝土管道试验研究

首次通过对14个素混凝土和14个钢筋混凝土环状试件外粘碳纤维布加固性能进行试验，研究了碳纤维布加固混凝土内压圆管的破坏特征、受力性能和破坏机理。对不同加固方法及一次或二次受力的混凝土管在内压力作用下的极限承载力、荷载一应变关系等方面进行了研究。试验结果表明，用碳纤维布加固混凝土内压管可以显著地提高极限承载力，明显的改善了构件的延性，能够获得良好的力学性能。加固后试件的开裂承载力与未加固试件相比，提高幅度不大，加固试件二次受力与一次受力相比，开裂荷载有所降低，但极限承载力基本相同。用碳纤维布加固内压管是一个新课题，具有很好的应用前景，用本文提出的加固方法具有优良的加固性能，可为工程应用提供参考。     

湿热环境下钢纤维聚合物结构混凝土疲劳性能的实验研究

为改善普通高强混凝土的抗裂及耐久性能,本课题组研发了一种新型钢纤维聚合物结构混凝土(SFPSC),并应用于大跨度桥梁上部结构。为了进一步探讨该类新材料的环境疲劳/耐久性能,考虑我国南方和沿海地区桥梁服役时的湿热环境影响,设计了不同的湿热条件(室温大气环境、50℃和80%R·H、50℃和90%R·H)对SFPSC试件进行预处理后,实施了三点弯曲疲劳实验,获得了SFPSC的应力-疲劳寿命(S-N)曲线,并给出了其疲劳方程。研究结果表明,湿热环境对SFPSC的疲劳性能影响较大,高温高湿会导致其疲劳寿命降低。     

AFL加固受损RC柱拟静力抗震实验研究

对已受损并引起承载力和抗震性能不足的在役桥梁墩柱,急需进行加固补强。为此,本文探讨采用新型纤维增强复合材料(FRP)片材——芳纶纤维薄板(AFL)加固受损钢筋混凝土(RC)桥梁墩柱及其拟静力抗震实验方法,并对AFL加固受损RC柱实施了拟静力抗震实验。研究结果表明,采用本文所示AFL加固方法可有效提高RC柱的抗剪承载力、极限位移,改善其延性变形能力和滞回耗能能力。     

TiO2-loaded activated carbon fiber: Hydrothermal synthesis,adsorption properties and photo catalytic activity under visible light irradiation

TiO₂-loaded activated carbon fibers (ACF) were prepared by a hydrothermal method. The samples were characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared (FTIR) spectrometry and UV–vis diffuse reflectance spectra (DRS). SEM images showed that the TiO₂ nanoparticles were deposited on the surface of ACF, and the particle size and loading amount of TiO₂ were varied by changing the initial concentration of tetrabutyl titanate (TBOT). The results of an ash experiment showed that the loading amounts of TiO₂ were 18.4%, 43.3%, 52.5%, 75.1%, and 91.1% for initial concentrations of TBOT of 0.07, 014, 0.21, 0.28, and 0.35 mol/L, respectively. Physical interactions played an important role in the formation of TiO₂/ACF composite fibers that absorb UV and visible light. Compared with those of ACF, improved adsorption and photocatalytic activity toward Rhodamine B (RhB) were observed for TiO₂/ACF composite fiber. The Rhodamine B could be removed efficiently by TiO₂/ACF composite fibers, and the TiO₂ loading amount had a significant effect on the photocatalytic activity of TiO₂/ACF composite fibers.     

极端环境下连续碳纤维增韧的陶瓷基复合材料的力学行为

连续纤维增韧的碳化硅复合材料(以下简称C/SiC),作为超高速飞行器热结构使用时,有可能在高温环境下受到高速撞击的作用,因此,掌握其在极端环境(高温、高应变率)下的力学性能是进行结构安全设计的基础。本文采用具有高温实验能力的分离式Hopkinson杆,在293~1273K温度范围内进行了动态压缩力学性能测试,研究了环境温度和加载速率对材料力学性能的影响。结果表明:C/SiC复合材料的高温压缩力学性能主要受应力氧化损伤和残余应力的共同影响。实验温度低于873K时,应力氧化损伤的影响很小,而由于增强纤维和基体界面残余应力的释放使界面结合强度增大,复合材料的压缩强度随温度的升高而增大;当实验温度高于873K时,应力氧化损伤加剧,其对压缩强度的削弱超过残余应力释放对强度的贡献,材料的压缩强度随温度的升高逐渐降低。由于应力氧化损伤受应变率的影响很大,当温度由873K升高至1273K时,高应变率下压缩强度降低的程度要比应变率为0.0001/s时低得多。