基于内嵌光纤栅技术的钢筋混凝土梁自振频率监测试验研究

推进单一传感器多功能化发展是结构工程监测技术领域中新的研究热点之一。本文通过对以内嵌光纤光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)应变传感器的钢筋为受力筋的钢筋混凝土小梁进行ABAQUS模态分析、人工激励试验和抗弯试验,探究内嵌于钢筋的FBG应变传感器监测钢筋混凝土梁未加载和损伤状态下的自振频率方案的可行性。结果表明：通过人工激励试验获得的未加载试验梁的自振频率约为37.43Hz,与ABAQUS有限元模态分析结果38.366Hz和理论计算得出的试验梁横向振动一阶自振频率理论计算结果36.167Hz基本一致,误差不超过2.5%;在抗弯试验中,试验梁出现破损后FBG应变传感器仍能够稳定监测到结构的自振频率,在试验全过程中,FBG应变传感器能实时监测钢筋的应变变化情况,实现了用内嵌于钢筋的FBG应变传感器同时进行结构自振频率监测和应变监测的目的。     

基于变尺度杜芬阵列的超声非线性输出信号检测

针对超声非线性输出信号中二次谐波信号比较弱、且是经过复杂传播的非线性时间序列,利用变尺度杜芬阵列对超声非线性输出信号进行检测评估材料的疲劳损伤。首先对杜芬振子进行频率变换、分析初始相位对检测结果的影响,构建检测实际工程信号的杜芬阵列模型,并对超声非线性输出信号进行变尺度变换,使杜芬阵列与超声非线性输出信号相匹配。当处理信号输入杜芬阵列模型时,第二个杜芬振子相轨迹由混沌状态过渡至大尺度周期状态,微弱二次谐波信号可以被有效的检测出来。根据杜芬振子总驱动力幅值和响应信号幅值之间的对应关系对二次谐波信号幅值进行有效估算。最后,探究随机噪声对检测模型的影响,当待测信号含有噪声时,杜芬振子相图仍变为大尺度周期状态,随着信噪比降低,相轨迹越来越粗糙,且稳定性变差。以上分析表明,利用构建的杜芬阵列模型能够有效检测超声非线性输出信号的二次谐波,对材料的疲劳损伤状态进行有效评估。     

位移电流在偶极源电磁测深中的影响研究

采用基于电型源和磁型源的矢量势导出了在电偶极源激励下的层状地球中的频率域电磁响应的表达式;并通过G-S逆拉氏变换在时间域中对其结果进行了验证。研究了K、H型三层地电模型,得出忽略位移电流时使得垂直磁场Hz振幅、相位观察值增大,而在高频时忽略位移电流对水平电场Ex振幅和相位几乎没有任何影响。在K型的地电模型的Hz计算中,高阻层越厚,忽略位移电流就对计算结果产生影响的起始频率越小。而在H型模型中,忽略位移电流的影响出现的起始频率与低阻层的厚度变化没有关系。     

旋转激励振动载荷对平面摩擦副的影响实验

振动可以减小摩擦,利用自制的旋转激励环境下摩擦力测试实验装置研究了旋转激励振动载荷的幅值和频率对不同材料平面摩擦副摩擦力的影响。实验表明:旋转激励振动载荷降低了平面摩擦副的摩擦系数。相同激振频率下,随着名义振幅的增大,摩擦系数不断减小,且二者呈现近似线性关系。相同名义振幅条件下,Q235A-Q235A平面摩擦副摩擦系数减小率最大,Q235A-花岗岩平面摩擦副摩擦系数减小率次之,Q235A-400目砂纸平面摩擦副摩擦系数减小率最小。相同名义振幅下,随着激振频率的增大,摩擦系数亦呈现减小的趋势;在激振频率为15 Hz以前,摩擦系数减小速率较快,当激振频率超过15Hz后,摩擦系数减小速率变慢。     

扫频实现混响室频率搅拌的仿真和实验研究

频率搅拌混响室具有节省建造成本、提供更大的测试空间、减少测试时间等优点,尤其适用于小混响室,应用前景广阔。计算了给定工作频率下混响室的谐振模式,对频率搅拌的有效性进行理论分析。分别采用FEKO建模仿真和试验两种方式,测量工作区域8个顶点位置的场强值,运用IEC61000-4-21中关于场均匀性的评价标准对测量结果进行检验。结果表明场均匀性均符合标准要求,从而验证了频率搅拌混响室的有效性。在此基础上通过设置对比仿真,比较了中心工作频率在200 MHz,搅拌带宽分别为6 MHz、10 MHz、20 MHz时场均匀性的情况。结果表明随着带宽增大,场均匀性可以得到一定程度改善,但并不明显。     

不同应力水平下预应力钢筋砼梁发射特性研究

在试验基础上,得出声发射参数(事件个数及幅值)、幅值与频数的关系与应力水平有着一定的联系,可以根据变化规律推断梁受载水平。对各阶段声发射最大值波幅值作FFT(傅里叶变换)分析,得出中心频率与应力水平之间的相关性;并且能通过同一时间四个通道接收到的四个信号FFT变换之间的大致判断声发射源的位置;同时对试验过程中影响声发射信号主要的噪声源作频谱分析,可利用一定手段加以去除。     

新型相位差可调的多通道信号发生器设计

利用直接数字频率合成器芯片AD9959设计了一种相位差可调节的多通道正弦信号发生器。系统设计以直接数字频率合成(DDS)技术为核心,采用USB2.0控制器CY7C68013实现整个系统的控制。通过对系统硬件和软件分析,搭建了系统实验电路。实验结果表明,信号源产生的输出信号频率稳定,频率切换速度快,可实现任意两个通道间设定的相位差恒定输出,四通道信号源均能对频率、幅度和相位等指标独立调节。     

低脉冲重复频率条件下无人机微动参数提取

针对低脉冲重复频率条件下的无人机微动特征提取问题,提出一种基于原子放缩正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit, OMP)分解的微动参数估计方法。首先,通过计算时频谱熵从无人机回波数据中筛选出具有显著微动特征的信号。其次,采用变分模态分解(variational modal decomposition, VMD)算法提取旋翼叶片的旋转频率,提出了基于原子放缩的OMP分解方法实现了对无人机旋翼叶片长度的估计。仿真实验表明所提方法相比于传统的OMP方法和VMD-OMP方法都具有明显优势。最后,采用实测数据验证了所提算法的有效性。     

基于Raptor编码的多输入多输出光通信系统设计

为了提高可见光通信(Visible Light Communication, VLC)系统的复用增益,本文提出一种基于多输入多输出(Multiple Input Multiple Output, MIMO)的固定比例像素化VLC系统。系统首先执行空间-角度映射,使数据的传送可在角域中进行;同时利用Raptor编码方法来跟踪由于窗口截断而引起的数据信道特性变化;然后对于使用高速相机捕捉到的一系列时变图像,利用散景效应获得所有链路距离上的固定比例图像。实验利用液晶显示器和高速相机,对所提出的VLC系统进行了验证。与传统的像素化MIMO系统相比,本文所提出的系统在未对准朝向的情境下具有更高的鲁棒性,从而在多路复用场景有着广泛的应用前景。     

模拟月壤微波介电特性的实验研究与统计分析

为配合我国即将发射的绕月星载微波辐射计对月观测资料反演的需要, 在野外采集大量地球玄武岩和斜长岩样品及对其进行主元素化学分析的基础上, 配制了9个模拟月壤样品, 并各制成0.8, 1.0, 1.2, 1.4和1.6 g/cm³五个密度等级; 然后在0.5~20 GHz的频率范围内, 用同轴线终端开路法在HP8722C矢量网络分析仪上对其介电常数进行了测量, 并对测量结果进行了处理和统计分析. 研究表明, 在密度、频率和组分三个参数中, 密度对介电常数的作用最为明显, 频率次之, 组分的影响最小. 三者对介电常数实部的影响所占比例大约为45%, 33%, 22%, 对虚部的影响约为55%, 27%, 19%. 介电常数实部随密度和频率的变化符合较严格的线性关系, 和二者的相关系数分别平均为0.99和−0.73. 虚部和密度或频率在约0.5~10 GHz范围呈线性关系, 但在频率高于10 GHz后, 相关性明显弱化; 组分对介电常数的作用较为复杂, 二者之间很大程度上不遵循简单的函数关系, 相关性最小. 对样品主元素氧化物SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂和ΔFe百分含量的多元回归显示, 它们和介电常数之间倾向于符合一个多元一次函数, Ti氧化物或Fe氧化物或Ti、Fe氧化物组合均未表现出其在对介电常数贡献上的特征组分的作用.