基于光纤光栅传感器和卡尔曼滤波器的载荷识别算法

载荷识别在结构健康监测中的地位十分重要,为了在结构健康监测的同时利用最优化算法对系统进行有效控制,提出了一种基于光纤光栅(FBG)传感器和卡尔曼滤波器的载荷识别算法。该算法建立在卡尔曼滤波器的基础上,以FBG传感器测得的应变值作为观测信号,通过卡尔曼滤波器产生的增益矩阵、新息序列和协方差矩阵,利用最小二乘算法实时估计载荷的大小。此算法只需采集前一时刻的估计值和当前时刻的观测值即可估计出当前时刻的载荷,无需存储和读取大量数据。同时,基于卡尔曼滤波器在进行结构健康监测的同时能够应用最优化算法对系统进行控制。为了对识别算法进行验证,采用梁系统作为仿真和试验对象,通过FBG传感器测得的应变值识别载荷。结果表明,所提动态载荷识别算法能够很好地抑制噪声,具有良好的稳定性和实时性。     

Neutron powder diffraction and high-pressure synchrotron x-ray diffraction study of tantalum nitrides

Tantalum nitride(TaN) compact with a Vickers hardness of 26 GPa is prepared by a high-pressure and hightemperature(HPHT) method. The crystal structure and atom occupations of WC-type TaN have been investigated by neutron powder diffraction, and the compressibility of WC-type TaN has been investigated by using in-situ high-pressure synchrotron x-ray diffraction. The third-order Birch–Murnaghan equation of state fitted to the x-ray diffraction pressure–volume(P–V) sets of data, collected up to 41 GPa, yields ambient pressure isothermal bulk moduli of B'_0= 369(2) GPa with pressure derivatives of B 0= 4 for the WC-type TaN. The bulk modulus of WC-type TaN is not in good agreement with the previous result(B_0= 351 GPa), which is close to the recent theoretical calculation result(B_0= 378 GPa). An analysis of the experiment results shows that crystal structure of WC-type TaN can be viewed as alternate stacking of Ta and N layers along the c direction, and the covalent Ta–N bonds between Ta and N layers along the c axis in the crystal structure play an important role in the incompressibility and hardness of WC-type TaN.     

基于光谱特征分析的光纤光栅腐蚀传感器研究

针对航空航天领域铝合金结构服役过程腐蚀监测需求,提出了一种基于铝质细管结构的预载荷型光纤光栅腐蚀传感器。给出了铝合金结构腐蚀在役监测机理,得到光纤光栅反射光谱特征与铝质细管厚度变化之间的理论关系模型,构建了酸碱环境下的光纤光栅腐蚀监测试验系统。通过在细管内部配置不受力且仅感受温度变化的光纤光栅传感器,解决了被测目标的温度与应力交叉敏感问题。研究表明,这种铝质细管封装设计不仅可以感受腐蚀对其力学性能的影响,还能够屏蔽外界腐蚀因素对管内光纤感知器件的干扰。随着金属管腐蚀程度加深,其管壁逐渐变薄,光纤光栅反射光谱逐渐向短波长方向偏移,且管壁厚度变化与光栅中心波长偏移量之间呈较好单调关系。这些特性能够为进一步开展基于光纤感知器件的机械结构在役腐蚀监测研究提供有益帮助。     

柳林3#镜煤吡啶残煤大分子结构模型及分子模拟

对柳林3^#镜煤吡啶抽提残煤(LLR)进行了¹³C CP/MAS NMR和XPS分析,结合元素分析和工业分析,构建了其大分子模型。LLR结构中芳香部分以蒽为主,脂肪结构主要以脂肪侧链的形式存在,氧原子分别以醚键、羟基和羰基形式存在,氮原子以吡咯和吡啶的形式存在。运用¹³C NMR预测软件ACD/CNMR predictor计算了大分子结构模型的¹³C化学位移。与实验¹³C NMR谱图相比较,对LLR的大分子结构模型进行了修正,获得了¹³C NMR计算谱能和实验谱图吻合较好的大分子结构模型。采用分子模拟对LLR化学结构模型进行能量优化,结果表明,大分子结构的能量按其大小排序主要为范德华能、键扭转能、键角能与键伸缩能。芳环之间的平行排列在该结构模型中占有很小的比例。最后通过添加周期性边界条件得到该煤的密度为1.22 g/cm³。量子化学半经验方法(PM 3)模拟结构表明,脂肪侧链中的C-C键较长,因而活性较高;边缘碳原子带有较多的负电荷,易于发生氧化反应;芳香碳原子所带电荷较少,稳定性很高。     

基于光纤SPR光谱分析的污水降解过程监测研究

讨论了光纤表面等离子体波传感器的工作原理,并对将其用于监测以甲基橙为代表的环境污水降解过程的可行性进行了探讨。用光纤SPR传感器监测了50 mL初始浓度为30 mg·L-1的甲基橙原溶液在降解过程浓度的变化,对降解过程中光纤SPR传感器的光谱进行了详细的分析;同时采用紫外-分光光度计对降解过程中溶液浓度的变化进行了监测,并对2种方法所测的数据进行了分析对比。结果表明,光纤SPR同常规方法的测量结果一致,随着降解时间的增加,甲基橙溶液的吸光度和浓度逐渐减小,光纤SPR传感器的共振波长逐渐发生蓝移,同初始标定的甲基橙原溶液共振光谱比较,说明甲基橙逐渐被降解,且在2 h内降解率达到73%,说明用光纤SPR传感器监测污水降解过程是完全可行的。研究结果不仅为环境污水降解过程提供了一种新的监测方法,同时促进了我国SPR传感技术与环保监测研究结合,为光纤SPR技术走向实用,并最终实现产业化积累了经验。     

无溶剂体系中酶法合成2-辛基十二烷醇酯

考察了无溶剂反应体系下脂脂酶催化直接酯化合成２－辛基十二烷醇酯。在ｍｏｌ醇：ｍｏｌ酸＝１．６：１,反应温度６０℃,脂肪酶添加量４％,反应时间１０ｈ的最佳条件下,酯化率可达９４．８％。     

PVDF涂层建筑膜材单元结构力学性能的试验研究

使用PVDF涂层建筑膜材制成的结构,在承受外载荷情况下,力学行为非常复杂。在本文中,重点研究其单元结构在承受外载荷情况下的力学性能。首先,对PVDF涂层建筑膜材进行拉伸试验,测定其在常温和低温环境下膜的拉伸力学性能参数。然后,以制成的三角框架结构膜单元为对象,在常温条件下,从有限元分析和实际加载试验两方面计算得出结构单元在均布载荷下的位移、应变和应力分布。最后,对其进行强度验证,得出采用膜单元构建大型建筑是安全的结论。试验方法和结果可以应用于膜建筑结构的设计。     

基于SPR光谱分析的液体折射率测量研究

文章从电磁场理论和射线理论的角度,详细讨论了光纤表面等离子体波传感器工作原理,分析了表面等离子体共振(SPR)光谱共振波长与液体介质折射率之间的对应关系。采用相关光谱检测技术,获得八种不同类型分析醇所对应的SPR光谱曲线族,其共振波长随液体折射率的增大而逐渐向长波长方向偏移。通过对乙醇与乙二醇混合液体所对应的共振光谱分析,实现对两者配比浓度的测定。整个传感系统结构简单,测量光路部分实现全光纤化,不仅能够对目标测量介质的实时、快速、精确测量,还可用于特殊测量场合,实现远程遥测功能。     

铁卟啉/钒取代杂多酸新型催化剂的合成、表征和性能研究

文章以水溶性碘化四对(4-三甲氨基苯基)铁卟啉和钒取代杂多酸H5PMo10V2O40为原料,采用离子交换方法在水溶液中合成了一种铁卟啉/钒取代杂多酸新型无机-有机复合催化剂,并使用红外和紫外光谱技术对其结构进行了表征,结果表明,这种新型复合催化剂仍然保持着卟啉的大环共轭结构和杂多酸的笼状多电子结构。同时研究了以30%过氧化氢水溶液为绿色氧化剂,初步探讨了这种铁卟啉杂多酸催化剂对苯的羟基化反应的的影响,考察了催化剂的催化活性。催化氧化实验表明,制备的铁卟啉/杂多酸配合物可用作苯直接氧化羟基化成苯酚的催化剂,并且表现出较高的催化活性。