正弦形构造的光纤光栅自致啁啾效应

结合均匀光栅在受到非均匀应变时会产生啁啾效应的原理,提出了一种利用正弦结构将均匀光栅调制成啁啾光栅的方法。设计了正弦结构的基底材料,将光纤光栅粘贴在基底材料的应变非均匀区,通过施加拉伸载荷将其产生的应变引入FBG栅区,使得FBG产生了啁啾效应,FBG被调制成具有多个反射峰和宽带宽的啁啾光栅;使用有限元软件对正弦结构拉伸载荷下的应变进行了仿真,得到了正弦结构不同位置的应变云图;实验结果在位移载荷最大为8 mm时,得到了带宽增加5倍,反射谱具有多个反射峰的啁啾光栅;结合传输矩阵法对啁啾光栅的反射谱进行光谱仿真重构,仿真光谱与实验光谱趋势基本吻合。     

植入碳纤维蜂窝夹芯结构的光纤光栅热载荷响应光谱研究

针对航天领域复合材料结构在空间服役环境的热响应监测需求,研究了一种热载荷作用下基于光纤Bragg光栅(FBG)反射光谱特征分析的碳纤维蜂窝夹芯结构监测方法。将光纤Bragg光栅传感器分别植入碳纤维蜂窝夹芯结构的不同铺层,通过监测不同热载荷下各铺层位置的光纤光栅反射光谱,得到碳纤维蜂窝夹芯结构相关铺层位置热应变特征。研究表明,碳纤维蜂窝夹芯结构不同材料铺层的热应变特征存在一定差异。植入外蒙皮表面与玻璃布之间的光纤光栅反射光谱随着温度升高,中心波长向长波方向漂移,且波形未出现明显改变。埋植于外蒙皮第二、三层碳纤维织物预浸料之间的光栅反射光谱随着温度降低逐渐出现旁瓣、多峰等啁啾效应,其主峰与右侧次峰中心波长均向短波方向逐渐漂移,主峰峰值幅度变化较小,温度灵敏度约为5.56×10-3 dBm·℃-1,而右侧次峰幅度显著增大,温度灵敏度约为40.32×10-3 dBm·℃-1;埋植于内蒙皮和蜂窝芯子之间的光栅反射光谱随着温度降低,其半波峰带宽逐渐增大,变化率约为3.19 pm·℃-1,且出现显著多峰趋势,这是由于层间热应力分布不均匀所形成。在-70~+60 ℃温度范围,各植入层热应变均随温度升高而增大,且变化趋势相接近,而在+60~+120 ℃温度范围内,各植入层热应变变化趋势呈现显著差异。这些特性能够为后继空间环境复合材料航天器结构状态在轨监测提供有益帮助。     

拉伸载荷下含孔复合材料层合板的力学性能及失效机理

采用有限元软件ABAQUS,基于前人提出的失效准则,通过引入纤维损伤因子和基体损伤因子并编制用户材料子程序UMAT,建立了含孔复合材料层合板的三维渐进损伤破坏模型。利用该损伤破坏模型,研究了在轴向拉伸载荷作用下不同圆孔直径和铺层角度的复合材料层合板的纤维和基体的渐进损伤失效过程及规律。结果表明:不同铺层角度条件下,纤维和基体的损伤失效差别较大;圆孔直径和铺设角度对含孔复合材料层合板的失效破坏载荷的影响十分显著,而铺设顺序和开孔位置对失效破坏载荷的影响较小。建立的失效破坏模型能有效地分析层合板的渐进失效破坏过程,为层合板的工程应用和设计提供有益的参考。     

指数修正高斯拟合寻峰算法处理FBG传感信号

光纤布拉格光栅(FBG)传感系统因其检测精度高、重复性好和适应性强等优点而被广泛应用于不同领域。由于FBG传感器为波长调制型传感器,因此对于外界参量的检测即为FBG中心波长的检测,而FBG中心波长值对应于FBG反射光谱的峰值。因此,系统解调的核心即为FBG反射光谱的峰值检测,而高精度的寻峰算法是系统解调的关键技术。现有的寻峰算法对FBG反射谱进行峰值检测时,都是以FBG反射谱为标准高斯型为前提的。但由于实际制作工艺及环境的影响,FBG反射光谱并不是标准高斯型光谱,而是非对称的高斯型光谱,其非对称特性往往会对寻峰精度有一定的影响。针对现有算法这一缺陷,提出了一种指数修正高斯(EMG)拟合寻峰算法。利用三次判定定位实现粗定位,同时剔除假峰和无效峰值;在此基础上以粗定位点为中心进行光谱重构,再利用积分判定峰值偏向;然后根据不同的峰值偏向以给定的指数修正函数进行相应的峰值修正。实验仿真结果表明：定温条件下或变温条件下,与直接寻峰算法、高斯拟合算法和文献中的算法相比,EMG算法的峰值检测误差最小,寻峰精度提高。考虑了FBG反射光谱非对称特性对寻峰的影响,从光谱自身特性的角度,既克服了传统寻峰算法的局限性,又保证了高精度的寻峰效果。     

基于FBG反射谱特征的修补结构裂纹扩展监测

为了提高飞行器壁板裂纹修补结构的安全性,对基于光纤布拉格光栅(FBG)反射谱特征的航空铝合金修补结构疲劳裂纹扩展长度及角度监测方法进行了研究。修补结构在疲劳载荷的作用下,裂纹发生扩展,其尖端附近会产生不均匀应变场,在其作用下FBG传感器反射谱发生变形,通过检测反射谱变形达到监测裂纹扩展的目的。建立了实验样件的模型,使用有限元方法计算得到不同角度下裂纹扩展到不同长度时的应变分布,使用传输矩阵数值计算方法得到相应的FBG反射谱。提取反射谱的主峰偏移、反射谱面积、次峰峰值和三峰峰值等变形特征,建立并训练人工神经网络(ANN),通过ANN建立反射谱变形特征同裂纹扩展情况的关系,实现了对修补结构裂纹扩展的精确监测,监测裂纹长度误差在0.5 mm之内,角度误差在5°之内。解决了修补结构的裂纹扩展精确监测问题,对提高飞行器安全以及节约维护成本有着重要意义。     

浮空器柔性复合蒙皮形变光纤光栅传感实验研究

针对浮空器囊体形状的实时传感问题,研究了柔性复合蒙皮形变光纤传感方法。分析了柔性复合蒙皮形状传感原理与算法;制备了Vectran纤维(聚芳酯纤维)蒙皮试样,实验研究了柔性蒙皮的曲率变化与光纤光栅曲率传感器中心波长漂移量的关系,分析了坐标系变换的曲线重构算法在浮空器蒙皮材料应用下的精度。得出FBG曲率传感器中心波长的漂移量随蒙皮材料的曲率半径增大而增大,形变曲率半径在1～12m~(-1)范围内时,蒙皮形变传感重构误差小于4mm。研究结果表明:用光纤光栅传感方法可实现浮空器柔性蒙皮形变的传感和重构,在浮空器囊体形变监测中具有应用前景。     

基于反射光谱特征辨识的光纤气压与温度集成监测方法

针对飞行器机载环境多参量综合测试需求,研究了一种基于反射光谱特征辨识的光纤布拉格光栅(FBG)气压与温度集成监测方法,给出了基于膜片式结构的双参量传感机理及其理论模型。采用基于耦合模理论的OptiGrating软件,得到不同气压与温度条件下光纤布拉格光栅传感器仿真反射光谱。在此基础上,借助弹塑性和恢复性能优良的平膜片感压机构,构建了膜片式双光纤气压/温度集成监测模型。研究表明,恒温条件下应变传感光纤光栅反射光谱随气压增加而逐渐向短波方向偏移,其中心波长灵敏度约为0.803 0 nm·MPa-1,且反射谱主峰及其旁瓣峰值均随气压变化呈现良好线性关系;当气压恒定而温度变化时,处于仅感温不受力状态的温度传感光纤光栅反射光谱中心波长灵敏度约为9.39 pm·℃-1;当气压与温度交叉变化时,能够实现对变温条件下的微小气压变化实时监测。传感光纤光栅受非均匀应变效应反射光谱存在一定啁啾现象,其反射光谱旁瓣峰值波长随环境温度、气压变化均会发生偏移,具有良好线性关系,且在不同气压下反射光谱对应的同一阶数旁瓣峰值幅度相等。该研究能够为航空航天器系统多物理参量在线综合测试提供有益帮助。     

双边缘均值光纤Bragg光栅波长解调技术

光纤Bragg光栅（FBG）传感器是一种波长调制型传感器，波长解调技术是FBG传感系统的关键，通常是对FBG反射谱进行波形采样，得到反射谱的峰值信号，以此作为FBG中心波长的特征值。这种方法需要实时采集大量数据，所以影响解调速度。通过对FBG反射谱的分析，得出FBG反射谱具有很好的对称性。在此基础上提出了采用反射波双边缘均值的方法测算中心波长。实验证明，采用这种方法进行波长解调，可以使FBG信号处理简单、动、静态波长时测算精度高，可以极大地提高解调系统处理FBG传感信号的速度。     

双长周期光栅调制的光纤光栅光谱分析及其在智能结构监测中的应用

提出一种双长周期光栅(LPFG)调制光纤Bragg光栅(FBG)传感器光谱的方法。双LPFG是由两个中心波长一致的LPFG构成,FBG反射光谱位于双LPFG透射光谱的线性范围内。在对FBG及双LPFG光谱分析的基础上,利用双LPFG的带阻滤波特性,获得FBG反射光经双LPFG调制后的出射光谱并进行分析。将FBG粘贴于钢梁表面,当钢梁产生弯曲应变时,FBG光谱的中心波长发生偏移,经双LPFG调制的FBG光谱的峰值随之变化,引起双LPFG出射光强的变化。采用光电探测器监测经双LPFG调制后FBG的输出光强,得滤波后光强与FBG中心波长变化成线性关系,可探测的材料(钢梁)最小应变为1.05 με。将该方案应用于光纤智能结构冲击监测中,采用摆锤冲击法对四边固支碳纤维板(CFP)试件进行冲击,利用FBG测量板结构的冲击响应信号,系统采集到的动态信号时域波形及频谱与电涡流位移计的测量结果吻合得很好, 实验结果表明采用该调制、解调方案测量结构的冲击响应是可行的。研究结果为FBG在光纤智能结构动态监测领域提供了实验参考。     

非本征型法布里-珀罗干涉仪光纤布拉格光栅应变温度传感器及其应用

介绍了光纤布拉格光栅非本征型法布里珀罗干涉仪集成复用传感器的结构、应变和温度同时监测的原理 ;观察到光纤布拉格光栅反射谱和非本征型法布里珀罗干涉仪干涉谱间的串扰 ,用 3dB带宽平均波长法减小了该串扰 ,提高了测量精度 ;将该传感器应用于三维编织复合材料的应变及温度同时监测。实验结果表明温度精度为± 1℃ ,应变精度为± 2 0 μ ,可满足实际应用的要求     

现代仪器在胆结石研究中的运用

对胆结石组分和元素进行准确的分析可为治疗胆结石和预防其复发提供重要的参考。文章综述了现代仪器在胆结石研究中运用的研究进展,这些技术包括拉曼光谱、能谱(EDX)、傅里叶红外光谱(FTIR)及其二阶导数谱、热重分析(TG)、差示扫描量热法(DSC)、原子吸收光谱、电感耦合等离子发射光谱、高效液相色谱(HPLC)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等。     

光机系统分析方法

为了使光学仪器能在恶劣的环境下正常工作，需要对其进行详尽的工程分析。对光机系统的分析方法，包括传统分析方法、集成分析方法和统一分析方法进行了研究，说明了它们的工作原理及实现的具体步骤，分别列举了它们的优缺点。进一步指出在集成分析中热弹性分析需要解决的问题及Zernike多项式拟合中需要注意的问题，归纳了使用统一分析方法时需要特别注意的问题。在比较了3种方法优缺点的基础上，对光机分析方法进行了展望，得出集成分析方法在很长一段时间内将是光机系统分析的主要方法的结论。     

Power law classification scheme of time series correlations. On the example of G20 group

A power law classification scheme (PLCS) of time series correlations is proposed. It is shown that PLCS provides the ability to classify nonlinear correlations and measure their stability. PLCS has been applied to gross domestic product (GDP) per capita of G20 members and their correlations analysed. It has been shown that the method does not only recognise linear correlations properly, but also allows to point out converging time series as well as to distinguish nonlinear correlations. PLCS is capable of crash recognition as it is shown in the Argentina example. Finally the strength of correlations and the stability of correlation matrices have been used to construct a minimum spanning tree (MST). The results were compared with those based on the ultrametric distance (UD). Comparing the structures of MST, UD and PLCS indicates that the latter one is more complicated, but better fits the expected economic relations within the G20.     

基于无机元素的含量判别食醋的种类和品牌方法研究

化学计量学广泛应用于食品种类和原产地的区分。文章采用原子吸收法测定了32个食醋样品中的Mg, K, Pb, Zn, Fe, Mn, Ca和Cu等八种无机元素含量。采用向量相似法计算了陈醋和白醋以及同一种类不同品牌食醋的相似度;通过聚类分析和主成分分析对来自北京、江西、江苏和山西4个地区品牌的食醋进行了分类,对不同种类的食醋(陈醋和白醋)也进行了分类。聚类分析和主成分分析都将食醋样品分为两大类,每个大类又将食醋样品按不同品牌分开。食醋中无机元素含量差异可作为食醋种类和品牌判别的测量指标之一。     

Recasting the (Synchrosqueezed) Short-Time Fourier Transform as an Instantaneous Spectrum

In a previous work, we proposed a time-frequency analysis called instantaneous spectral analysis (ISA), which generalizes the notion of the Fourier spectrum and in which instantaneous frequency is utilized to the fullest extent. In this paper, we recast both the Fourier transform (FT) and filterbank (FB) interpretations of the short-time Fourier transform (STFT) as instantaneous spectra. We show that to recast the FB interpretation of STFT as an instantaneous spectrum with valid structure, frequency reassignment is a fundamental necessity, thus demonstrating that this IS is closely related to the synchrosqueezed STFT. This result provides a new theoretical motivation for the synchrosqueezed STFT. Finally, we illustrate through example the instantaneous spectra corresponding to the FT and FB interpretations of STFT using two closed-form examples.     

Recent Applications of Fourier Transform Infrared Spectrophotometry in Herbal Medicine Analysis

Abstract

Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) is a fast and nondestructive analytical method. Associated with chemometrics, it is a powerful tool for the pharmaceutical industry. It is becoming a suitable technique for analysis of herbal medicine. This review focuses on the recent developments and updates for the qualitative and quantitative analysis of herbal medicine using FTIR. Moreover, it can be implemented during herbal drug development, in production for process monitoring, or in quality control laboratories.     

Fractional diffusion and reflective boundary condition

Scaling analysis of the magnitude series (volatile series) has been proposed recently to identify possible non-linear/multifractal signatures in the given data [Y. Ashkenazy, et al. Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 1900; Y. Ashkenazy, et al. Physica A 323 (2003) 19; T. Kalisky, Y. Ashkenazy, S. Havlin. Phys. Rev. E 72 (2005) 011913]. In this article, correlations of volatile series generated from stationary first-order linear feedback process with Gaussian and non-Gaussian innovations are investigated. While volatile correlations corresponding to Gaussian innovations exhibited uncorrelated behavior across all time scales, those of non-Gaussian innovations showed significant deviation from uncorrelated behavior even at large time scales. The results presented raise the intriguing question whether non-Gaussian innovations can be sufficient to realize long-range volatile correlations.     

Paper Analysis: Nondestructive and Destructive Analytical Methods

Abstract: Forensic examination and dating documents is an important issue in our society, because documents are used throughout our lives to record everything we do. It starts with our birth certificate and ends with our death certificate. Between them there are receipts, leases, deeds, contracts, checks, wills, sales agreements, and medical records. The validity of all of these documents is often questioned during litigation. This study describes the use of nondestructive analysis of paper (Fourier transform infrared [FTIR] spectroscopy using an attenuated total reflectance [ATR] technique, Raman spectroscopy) and destructive analysis of paper (microscopic analysis of fibers, FTIR analysis of paper ash, inductively coupled plasma–mass spectrometry [ICP-MS]). The results are discussed in detail.     

光谱分析在煤结构研究中的进展

煤结构是各类煤相关研究的微观基础,光谱分析作为煤结构研究的重要方法被广泛应用,其在煤结构研究中的进展对光谱分析方法的普及、应用和发展有重要意义.光谱分析方法研究煤结构已成为煤化工领域使用的常规方法,能够快速无损检测,对煤分子结构的破坏小,可为不同环境条件下煤物理化学性质的变化提供有效的检测手段.从光谱分析在煤质、大分子...     

小波分析及神经网络方法在核物理及核工程中的应用

介绍了小波分析和神经网络方法在核物理及核工程领域的应用现状。 分别对小波分析及神经网络方法的基本原理进行了介绍, 详细讨论了小波变换中的多分辨分析方法在γ能谱平滑以及核电站设备监测等方面的应用, 讨论了连续小波变换在γ能谱分析、 粒子种类鉴别以及核反应堆安全监测等领域的应用。 同时, 还详细介绍了神经网络方法在以上各领域的发展现状。 最后, 展望了两种方法在核安全检测、 核辐射防护以及核电站实时监控等领域的发展趋势。 Applications of wavelet analysis and neutral networks in the field of nuclear physics and engineering are reviewed. The principle of these two methods are introduced briefly, and then the applications of multiresolution analysis technique in the smoothing of γ ray spectroscopy, and in nuclear power plant monitoring are discussed in detail. Applications of the continuous wavelet analysis method in γ ray spectroscopy analysis, in particle identification , and in nuclear reactor safety monitoring are also talked over. In addition, the applications of neutral networks in above fields are introduced. Finally, the trends of the future development for these two methods are prospected.