光纤传感技术论文汇总十篇

序论：好文章的创作是一个不断探索和完善的过程，我们为您推荐十篇光纤传感技术论文范例，希望它们能助您一臂之力，提升您的阅读品质，带来更深刻的阅读感受。

篇（1）

1. 引言

分布式光纤传感技术适用于桥梁工程的检测以及施工过程监控。其原理基于在光纤中传播的激光会发生布里渊散射，而散射光的频率，会随所在的点的温度和应变发生变化，这两种效应都是线性的。一般使用通讯光纤布置于工程构件，进行测量，因此，必须对光纤进行标定。标定后的光纤，其频移与相应的温度或应变有一个明确的换算系数，单位是Hz/℃，以及Hz/?ε.

为了标定光纤，我们制作了专用标定台。由钢质简支梁组成，采用砝码做四点弯曲加载，因此中段是纯弯曲段。梁的弹性模量、尺寸已知，因此可以在理论上确定弯曲应变、应力。在纯弯曲段贴应变片，测试应变值作为校验。由于本次试验目的在于检验标定方法和标定方案的合理性，采用一段已经标定过的光纤做实验，其标定值为0.051MHz/?ε，本文不做应变片以及砝码载荷下理论应变的校验分析。

2. 试验材料和仪器

此次试验同时标定的光纤有：（1）裸光纤；（2）普通紧套光纤；（3）铠装紧套光纤。

三组光纤稍微预张拉后分别粘贴在钢梁的下侧即受拉一侧，三条光纤线路分别连接好（激光笔测试光路通畅），各自编号，各自线路上对应的待测纯弯段距离范围量测准确后，即开始测试。

测试仪器为日本 NBX6050分布式光纤监测仪。图1是实验装置。

图1 实验装置

3. 测试结果及数据分析

本文仅分析裸光纤的标定结果，另两组光纤的标定，数据处理较复杂，将另文发表。

实验过程包括加载砝码、运用光纤监测仪发出激光、读取散射光、分析频移得出数据。数字化的数据以电脑文件形式保存。图2是由数据画出的裸光纤的测量曲线。其中中段是纯弯曲段的响应，两侧有非纯弯曲段以及光纤引线的响应。

图2 裸光纤应变曲线

根据数字化的数据文件，数据导入excel绘制散点图并拟合线性直线

得出结果见表1. 拟合的直线见图3。根据直线方程，可以知道其标定系数。

表1 拟合直线的数据

图3 拟合的线性度及其斜率

拟合线性方程式表明裸光纤的标定值在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。与名义标定值符合较好，也符合一般光纤的平均特性。

4. 结论

通过使用标定台，对光纤进行试验性标定，确认名义应变系数为0.051的光纤，其标定系数在0.0508-0.0514MHZ/?ε之间。标定的最大相对误差为0.78%. 研究表明，这种标定台性能较好，标定方法合理。

本次试验还有很多其他数据待分析，将另外撰文发表。

参考文献

[1] 史彦新. 分布式光纤应变监测系统研究[D].中国地质大学（北京）硕士学位论文，2010.

[2] 王 静.光纤光栅多参数传感理论技术研究及在地下工程灾害监测中的应用[D].山东大学博士学位论文，2010.

[3] Tarun Kumar Gangopadhyay， Mousumi Majumder， Ashim Kumar Chakraborty， Asok Kumar Dikshit， and DiPak Kumar Bhattacharya. Fiber Bragg Grating Strain Sensor and Study of Its Packaging Material for Use in Critical Analysis on Steel Structure. Sensors and Actuators A， 2009，150：78～86.

[4] Jun hong Ng， Xiaoqun Zhou， Xiufeng Yang and Jian zhong Hao. A Simple Temperatue-Insensitive Fiber Bragg Grating Displacement Sensor， Optics Communications， 2007， 273：398～401.

[5] 陈朋超. 长输管道安全预警系统若干关键技术研究[D].天津大学硕士学位论文，2009.

[6] 何建平. 全尺度光纤布里渊分布式监测技术及其在土木工程的应用[D].哈尔滨工业大学博士学位论文，2010.

篇（2）

【中图分类号】TU196+.1 【文献标识码】 B

Study on high strain detection of precast pile using FBG sensing technology

Qiu Zhenhong

(Shanghai jiangnan architectural design institute co,. ltd ShangHai 201800)

【Abstract】 FBG which has the advantage of high precision, strong ability of anti-electromagnetic, strong adaptive capacity to environment, long service life, etc has become a new advanced detection way in the field of pile foundation and bridge. This paper introduces the measure principle of FBG sensing technology and the implantation process of fiber grating into precast pile. Combined with the specific project, the traditional high strain data and FBG strain data is compared. The results showed that FBG data is suitable for high strain detection.

【Keywords】 FBG; high strain; detection of pile foundation; precast pile

0 引言

桩基检测中高应变检测是一项重要检测内容，通过分析应力应变随桩身变化情况分析桩身完整性和桩的承载性状[1-2]。由于采用高应变进行承载力检测具有工期短、成本低、效率高等特点，促进了高应变检测法的推广，但是高应变检测的精度很大程度上与测试传感器有关。传统的电阻式、钢弦式、电感式传感器普遍存在灵敏度差、精度低、抗电磁干扰能力弱，受水腐蚀失真或失效等缺点，难以适应现代工程精确检测的要求。而近年来兴起的光纤光栅传感器则具有精度高、抗电磁干扰、防水防潮、抗腐蚀和耐久性长等特点[3-6]，其体积小、重量轻，便于铺设安装，且不存与监测对象不匹配的问题，对监测对象的材料性能和力学参数等影响较小。另外，光纤光栅传感技术采用光纤进行信号传输，传输损耗小，容易实现远距离信号传输，正好弥补了传统检测技术的不足。本文结合具体的工程实例，将FBG传感器植入检测的预制桩中，同时采集传统

的高应变检测应变数据和FBG应变数据，并进行对比研究。结果表明：FBG测量数据可靠，具有较好的适用性。

1 FBG传感技术测量原理

光纤布拉格光栅（Fiber Bragg Grating,简称FBG）是利用光纤材料的光敏性在纤芯内形成空间相位,光栅其作用的实质是在纤芯内形成一个窄带的滤波器或反射镜，使得光在其中的传播行为得以改变和控制[7]。

图1 光纤光栅传感器的构造

如图1所示，FBG传感器分布在光纤纤芯的一小段范围内，它的折射率沿光纤轴线发生周期性变

作者简介：邱正红，1982年出生，男，汉族，重庆潼南县人，工学学士，助理工程师，主要从事岩土工程勘察和基坑设计工作。E-mail：qzh@live.it

化，图中纤芯的明暗变化代表了折射率的周期变化。光纤布拉格光栅是光纤纤芯折射率沿光纤轴向呈周期性变化的一种光栅。目前已有的基于光纤布拉格光栅的各种传感器的工作原理都可以归结为对布拉格光栅中心波长的测量[8-9]，即通过对由外界扰动引起的布拉格光栅中心波长漂移量的测量，得到被测参数；布拉格光栅中心波长与光纤纤芯有效折射率以及光纤光栅长度周期Λ相关[10]即：

(1)

其中：为布喇格光栅的中心波长；为光纤纤芯的有效折射率；为布喇格传感器光栅的栅距。

图2FBG传感器工作原理图

显然，宽带光源的输入光谱在通过FBG传感器1后，形成了波谷峰值为的凹陷，而反射光谱则具有波峰。当光栅所在处的光纤产生轴向应变时，栅距变为：

(2)

此时布喇格波长产生相应的变化，它满足：

(3)

其中：为有效光弹系数,它的值约为0.22。

另外，温度变化会引起光纤折射率的变化，同时也会引起栅距的变化，当温度变化为时，将引起布拉格波长产生移动，可以表示为：

(4)

其中：为光纤的热膨胀系数，；为光纤的热光系数，。

由(3)、(4)两式得到同时考虑应变与温度变化时，所引起的波长移动：

(5)

由此可知，只要测出布喇格波长的变化，就可以得到外界的应变或温度扰动。

2 预制桩FBG植入工艺

预制桩一般是在工厂制作而成的，特别是预应力预制桩是在预制厂经过先张预应力，离心成型及高压蒸养等工艺生产而成的高强预制混凝土构件[11]，无法将光纤光栅浇注到其中。在打桩的过程中，由于预制桩管壁与土体的摩擦力很大，将光纤光栅贴在预制桩表面时，很容易造成打桩时光纤光栅被刮断[12]。本文采用在预制桩表面刻槽后放入光纤光栅再用高强度胶进行密封，这样既成能保证光纤光栅的成活率，又能保证光纤光栅与预装桩身变形的一致性。预制桩的FBG植入工艺主要包括以下四个工序。

（1）光纤熔接

在FBG传感技术测量中，光纤只是进行光信号的传输，真正起到测量作用的是光栅的那部分。所以要根据桩长截取相应长度的传输光纤与FBG传感器进行熔接。

（2）刻槽布纤

用开槽机在预制桩身表面沿着布纤路线刻槽，槽宽和槽深以能放入光纤为准(太深容易破坏桩身强度)，光纤放入槽内用502胶水进行定点固定，刻槽布纤如图3所示。

图3 刻槽布纤

（3）光纤保护

用高强胶（环氧树脂）填充槽内进行光栅粘贴和光纤线路保护，在桩端出露的光纤用套管进行保护，将多余的光纤盘绕在桩头并用缓冲材料进行包裹保护，光纤保护如图4所示。

图4 线路保护

（4）打桩对接

将布好光纤的桩按顺序进行打入，在桩对接时进行上下两桩光纤的对接，并将多余光纤盘绕在接头地方进行强化处理，打桩对接如图5所示。

图5 打桩对接

3 工程实例

3.1 工程背景

嘉定区城北大型经济适用房（南块）位于上海市嘉定区，住宅楼和配套商业拟采用桩基础，地下车库、地下P型站和地下水泵房拟采用抗拔桩。工程主要负责桩基设计参数可行性研究工作。根据设计需要，结合勘察资料，进行现场原位测试，包括：模型桩单桩竖向抗压、单桩竖向抗拔静载，锤击桩高应变跟踪监测及桩身应力分析，获得各层土设计参数。

3.2 测试方法

本文主要研究该工程中管桩（管桩桩长13.0m，内径0.22m，外径0.4m）的高应变检测。通过光纤光栅测得应变数据分别与高应变测桩仪导出数据进行对比。桩身应力测量采用光纤光栅应变传感器。光纤光栅应变传感器布设：在桩顶以下1m处（-1m)布设一个；在土层交界处6.5m处（-6.5m)布设1个，在桩底以上50cm处（-12.5m)布设1个，FBG传感器布设如图6所示。

图6 FBG传感器布设图

高应变初打跟踪监测试验按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）进行，测试方法见图7。

图7 高应变测试图

3.3 检测数据分析

本文选取了一根测试桩，对桩的锤击高应变数据进行分析。通过预埋在桩身上的光纤光栅测得应变数据分别与高应变测桩仪输出数据进行对比研究，FBG传感器测试出的数据曲线如图8所示。曲线中第一个峰值的出现表示在击打过程中桩身产生的最大应变，其余峰值是由于击打过程中余震产生。图形显示在-1m处峰值最高，其次-6.5m处，-12.5m处峰值最小。这表明：在被击打过程中，离测试桩由桩顶至桩底，桩身应变逐渐减小，在桩顶处会产生最大应变，所以在锤击过程中要加强对桩顶的保护。

图8高应变时光纤测得应变曲线图

由于-1m处安装的FBG传感器与高应变检测中的应变片安装位置接近（检测传感器的安装用膨胀螺栓安装在距桩顶约2倍桩径处），将-1m处的FBG测试数据与应变片的数据进行了对比，光纤应变曲线与高应变仪导出应变曲线对比图如图9所示。从图9中可以看出，两者的曲线较为吻合，这说明FBG传感技术适用于高应变检测。

图9 高应变时光纤曲线与高应变仪导出曲线对比图

4 结论

（1）本文将FBG传感监测技术应用于桩基检测中，将光纤光栅测得应变数据与高应变测桩仪输出数据进行比较研究。结果表明：FBG传感数据能较好地适用于高应变检测，但也存在不足，由于高应变检测同时需要应变数据和加速度数据，而此次测试只采集了桩身FBG应变数据，如果在桩身相应的位置能安装FBG加速度传感，同时采集FBG应变和加速度数据，拟合桩基的承载力与传统高应变测桩仪测出的桩基承载力进行对比，将是本论文需要深入研究的一个方向。

（2）FBG传感器可以安装在桩体的任何位置，如果将FBG传感技术运用于高应变检测中，就可以

测得桩体任何位置的应变，而不仅仅局限于桩顶附近。

（3）检测数据的精确度不但与测试方法有关，还与传感器的性能有关，FBG传感器正是由于其高精度、抗电磁干扰能力强等特点得到了工程界广泛的关注。但是，由于其比较高的价格也限制着它的发展。随着科学技术的发展，FBG传感技术将会得到广泛发展。

参 考 文 献

[1] 刘万恩，蔡克俭，夏结祥． 海上超长大管桩的高应变动力检测[J]． 施工技术，2006增刊，249-252．

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[8] 王惠文．光纤传感技术与应用[M]．北京：国防工业出版社，2001．

[9] 徐恕宏．传感器原理及其设计基础[M]．北京：机械工业出版社，1988．

篇（3）

1.引言

近年来，港口大型设备事故时有发生，靠传统检测很难及时、全面发现故障发生的预兆及发展趋势。而起重机械事故通常具有不确定性和不可预见性，其造成的结果却是极其严重的。目前，我国大部分港口普遍缺乏一套行之有效地实时监测和评估港口大型设备的技术和方法。若不能及时、准确地获取港口大型设备真实的状态信息，则会给设备运行留下安全隐患。随着经济的飞速发展、货运量的大幅增加，确保港口机械设备的技术性能状态经常处于良好状态，实现实时监测，避免突发性故障的发生是亟待解决的问题。

2.港口大型设备检测存在的问题

通过调研分析，当前港口大型设备在安全管理上主要有以下几个问题。

（1）部分港口缺乏先进的检测手段、方法及设备，对港口大型设备的维护主要以日常检测为主，不能实时、准确地反映设备的实际状况。

（2）各港口的检测人员检测技术水平不一，对关键的失效模式并不能进行准确地判别，检测和诊断则缺乏较强的针对性。

（3）港口现场作业繁忙、环境恶劣，不停机检测和检测数据的传输存在很大的困难。且设备运行状况相关数据大量流失，对设备的健康状况诊断数据匮乏。

（4）港口大型设备缺乏有效的在线实时监测设备、系统及安全评估系统。

以上问题已成为港口大型设备安全、可靠运行的潜在隐患。因此，迫切需要一种能及时发现危险源的实时监测技术来解决这些难题，及早发现缺陷并判断缺陷是否具有危险性，以使能及时维修处理，避免起重机事故的产生。

3.港口大型设备安全监测技术研究

目前，针对港口大型设备检测的常规办法主要有目测、射线检测、磁粉探伤检测和超声波检测等方法。以上检测方法具有很大的局限性。首先，结构表面去漆，不仅耗时长，且对于不规则的构件表面检测比较困难，对人的操作技术水平要求较高，但效率较低。第二，射线检测对人的身体有害，检测时必须有很严格的保护措施。第三，起重设备检测属于高空作业，存在一定的难度，且检测的范围有一定的局限。第四，目测等方法很容易引入主观误差。基于以上原因，一般性检测手段对于港口重大设备的缺陷诊断，误判、漏判很难避免，且不能实时准确反映在役设备的真实状况，对于设备运行将留下安全隐患。

随着科技和工业的发展，国外较早地开展了起重设备的在线监测与诊断研究，将成果应用到实际，并取得显著的经济效益。近年来，国内对于港口起重设备在线监测技术的研究也向多方面进行了拓展。

3. 1港口大型设备安全监测技术

3.1.1基于电阻应变技术的无线应力在线监测系统

电阻应变技术是通过电阻丝应变与电阻变化的对应关系来获得被测件在贴有应变计处的结构应变值，从而实现对结构的检测。该方法技术成熟，成本较低，不会对待测构件造成损伤。当前国内学者开展了无线应力在线监测系统的研究。无线应力在线监测系统是借助遥测技术获取结构受力部位的应力信息，并实时传输到监测设备，以达到实时了解起重机结构受力状态的一种起重机实时监测系统。此技术中应力的采集多采用电阻应变技术。电阻应变片其耐蚀性、耐湿性、耐久性差，环境适应性差，难以实现在线监测系统对起重机长期监测的目的。此外，该在线监测系统在干扰因素过多，传输距离较大的情况下，无法保证数据能够安全无误传输。

3.1.2声发射技术

声发射技术，它是以瞬态应力波的形式迅速释放其内部积累的应变能的过程，可准确捕捉活动裂纹的位置。声发射技术用仪器探测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号对声发射源的状态做出正确判断。声发射技术具有动态、实时、整体和连续等特点，对结构的形状、尺寸不敏感，可以对大型结构进行大面积的检测。它能够在线检测、监测活性缺陷。对于受力情况复杂的起重机金属结构，它比超声波、磁粉检测效果更好、更真实，同时也可以减少检验中不必要的停机。声发射技术可以弥补常规无损检测方法的不足，实现结构状态的整体监测，为有效地安全监测提供准确的依据。

声发射技术不能提供被测件的静态缺陷。在实际中，由于大型起重机械工作环境比较恶劣，噪声非常大，而声发射信号却非常微弱，声发射信号则很容易被噪声湮没，实际测得的声发射信号将含有较多电气、机械噪声，在实际的工程应用中声发射监测效果并不太理想。

3.1.3光纤光栅传感技术

光纤传感技术是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和测量被测量信号的新型传感技术。光纤光栅传感技术的优点是抗干扰性强，不受电磁、噪声影响；灵敏度、可靠性高；能串接复用，可实现分布式监测；耐久性好，动态响应快，信息传输远，信号长距离传输不需要专门的调节，可满足长期健康监测的要求。但传感器、检测仪等设备成本相对较高，且光纤传感器对温度同样敏感，在实际应用中需要采取相应的温度补偿措施。光纤光栅传感技术目前多用于桥梁结构安全监测。

3.1.4数字图形图像处理技术

数字图形图像处理技术是通过将采集到的图像信息转化为数字信息，并利用计算机进行除噪、增强、复原、分割、提取等处理的方法与技术。基于数字图像处理技术的监测方法是一种新型的非接触式监测方法。基于数字图形图像处理技术的监测系统与光纤传感技术等监测技术相比，成本较低。它是一种实时的、高精度的、远距离的、能进行结构静动态位移监测的监测方法。该方法不伤及被测物，不干扰被测物自然状态，且可瞬时获取被测物体大量物理信息和几何信息。基于数字图像处理技术的监测方法对于拍摄环境要求较高。基于数字图像处理技术的监测方法现多用于桥梁、坡道等相对简单的结构。起重设备工作环境复杂，利用照相机技术在无线网络传输速度低的情况下不易满足起重设备监测的需求。利用数字摄影测量技术进行自动实时监测将是今后钢结构安全监测的发展趋势。

3.2港口大型设备监测管理

对监测得到的数据进行详细的分析，若分析得到异常数据，应对用户及时发出警告并寻找产生异常的原因，通过检修维护，排除异常，以达到消除事故隐患的目的，实现安全监控与起重机正常作业同时进行。使用监测系统还可以积累大量史数据，当起重机出现故障，可以为维修人员查找故障提供依据，在故障发生之前做出预报，减少事故发生的概率和损失，提高起重机的安全性和可靠性。

4.结束语

本文充分比较了各种港口大型设备安全监测技术的应用特点及技术特性，为港口企业和相关科研单位提供参考。开展港口大型设备安全监测技术研究，开发起重设备安全在线监测系统，对于港口相关部门及时掌握港口在役设备的运行状况，防止起重事故的发生具有重要的意义。

参考文献：

[1]杨巧萍，刘延雷.声发射检测起重机的现状与可行性试验[J].机械管理开发.2011，1：66-67.

[2]齐到满.基于无线网络的冶金起重机结构应力远程监测技术研究[D].硕士学位论文.武汉：武汉理工大学.2011.05.

[3]吴占稳，沈功田，王少梅等.声发射技术在起重机无损检测中的现状[J].起重运输机械.2007（10）：1-4.

[4]陈晓军.基于FBG传感技术的起重机健康监测系统设计[D].硕士学位论文.太原：中北大学，2013.05.

篇（4）

中图分类号： TU997 文献标识码： A 文章编号：

一般在桥梁施工监测中常用传感器为振弦传感器、金属应变片等，随着科技的技术光纤传感器越来越受到人们的关注，与传统的传感器相比其具有测量精度高、动态范围大、频带宽并可实现绝对测量以及抗电磁干扰、耐腐蚀的特点。

本文基于城市高架桥盖梁的施工过程，在其典型受力位置埋入光纤光栅应力和温度传感器，对其各典型施工阶段进行理论应力和实测应力的对比分析。

光纤光栅传感技术

光纤是光导纤维的简称，一般由纤芯、包层、涂覆层构成，是一种多层介质结构的圆柱体光学纤维。纤芯和包层为光纤结构的主体，其主要材料是二氧化硅，对光波的传播起着决定性作用，纤芯的折射率比包层的折射率稍大，但满足一定的入射条件时，光波就沿着纤芯向前传播。

光栅传感器满足Bragg条件（光波的耦合模理论），也即光纤光栅的中心波长与有效折射率和光栅周期满足下式：

可见，光纤光栅的反射波长主要和光栅周期和有效折射率有关，当光纤光栅感受到外界环境温度变化或应变变化时，不仅会引起光栅周期的变化，而且还会引起有效折射率的变化，从而引起反射光波长的偏移，这就是光纤光栅传感的基本原理。

对于光纤光栅而言，有效折射率的变化主要由弹光效应和热光效应引起，光栅周期的变化主要由热膨胀效应和外界的应变引起。但对于成品的传感器中，弹光效应和热光效应为光纤光栅的特性，可以通过实验进行标定，最后转换成成品中给出了传感器的应变灵敏系数和温度灵敏系数。

光纤光栅埋入与盖梁施工

直立式大悬臂盖梁结构，墩柱尺寸为1.8m*2.0m；盖梁整体形式为T型，悬臂长度为6.6m，根部高度为2.2m，端部高度1.2m。在盖梁理论计算中采用大型有限元软件Midas FEA，为实体有限元模型，在结构建模计算中严格按照结构的实际施工过程进行。施工过程为：

盖梁钢筋的绑扎—盖梁混凝土浇筑—4根N2钢绞线的张拉（浇筑9天后）—一侧右边架设4片小箱梁（N2张拉10天后）—钢绞线N4和N6张拉—全部小箱梁架设—剩余钢绞线张拉（架梁16天后）。

在桥墩盖梁建模中，为提高分析精度，采用四面体单元进行墩柱盖梁的网格划分。采用钢筋单元模拟预应力钢束，根据空间位置关系与混凝土实体单元耦合，同时考虑施工阶段混凝土材料时间依存关系的影响。

图1光纤光栅传感器的埋入

传感器的埋入如图2所示，在预应力张拉及上部结构主梁安装过程中，盖梁上缘结构应力的变化相对较大，集中张拉预应力或大批量安装主梁却未及时张拉预应力，均极有可能造成盖梁根部截面受拉而开裂。为了排除混凝土水化热和其收缩、徐变产生的影响，在盖梁中预埋了光纤光栅温度传感器。

传感器安装在盖梁钢筋绑扎完毕后，混凝土浇筑之前进行。光纤光栅传感器的埋置一般遵循以下顺序：串联传感器、预埋位置的确定、传感器线路的布置、传感器绑扎、引线保护等。

传感器绑扎过程中，扎丝应距离传感器端部约5cm，不应太靠近传感器中部，防止传感器在绑扎过程中受拉或受扭；两端引出线应采用软质细管（如注浆管）进行保护。串联传感器线路布置时，宜沿钢筋走向布置，避免过多的弯曲、缠绕等，其弯曲越小，对传感器波长测量影响越大。

3．测量结果分析

桥梁监控的一个重要目的便是荷载施加前、后盖梁典型截面处应力的变化，以此来推断盖梁的施工质量、钢绞线张拉情况、盖梁的实际受力情形等。此处施工荷载引起的应力变化，指各施工阶段前、后，该盖梁监控测点处应力改变的大小；盖梁根部上缘应力分别为四个测点的平均值。

实测值与FEA值结果对比

4．结语

由上述数据对比分析可知，一次架梁和二次架梁过程中，实测应力值和计算结果相差较大，原因可能为上部小箱梁架设和钢绞线张拉顺序的改变，对悬臂盖梁根部截面产生较大的应力起伏，施工过程中应引起足够的重视。应力变化趋势均与理论计算值有较好的吻合，说明光纤光栅传感器在测量由于荷载引起的盖梁典型截面应力变化时，其数据结果准确，误差较小，光纤光栅传感器在该盖梁施监控中发挥了良好的作用。

参考文献：

篇（5）

《光电测试技术》是上海电力学院测控技术及仪器专业的重要专业选修课。它是一门综合性很强的课程，涉及了光学、电子和计算机等多门学科，也是现代检测技术重要的发展方向，对培养学生综合运用专业知识及创新能力起着非常重要的作用。如何在有限的学时内，通过该课程的学习，培养学生达到教学目标，这对教师提出了挑战。笔者从教学内容的选取和组织安排等方面进行了一定的探索和研究。

一、优选教学内容

光电测试技术课程包涵的知识点很多，并且随着科技的进步，新的测试技术不断地出现，需要进一步扩充教学内容。而不同的院校有又不同的背景，在不同的领域上有所侧重，需要量体裁衣，合理选择教学内容。

（一）突出电力特色

上海电力学院的办学定位与培养目标是主要为社会培养和输出所需要的应用型技术人才，特别要为电力行业的科技进步服务，培养电力行业所需的第一线的应用型技术人才。为了突出本校的电力特色，尤其考虑到测控技术与仪器专业的部分学生在毕业后会进入电厂等相关电力领域工作，所以在教授内容中加入最新的电力知识是很有必要的。

近年来，光电测试技术的发展可以说是日新月异，新的科技成果不断涌现，在电力系统中的应用，主要体现在以下几个方面。

1.火焰图像检测器

光学成像技术在燃煤火电厂煤粉炉炉膛火焰视频监视上的应用，可以直接地反映炉膛内的燃烧情况，给运行人员提供相对直观的判断依据，对锅炉的安全运行和操作起到及时的指导作用。安装好、调试好、使用好炉膛火焰电视设备，对锅炉的安全和节能经济运行都有着非常重要的意义。这部分内容可以和书本教材中的固体成像器件配合起来教学。

2.激光盘煤技术

传统的煤场存煤量测量方法不仅需要耗费大量的人力和物力，其测量结果也极不准确，严重制约了电厂现代化管理水平的提高。目前新型的自动盘煤方法为激光盘煤仪，采用二维高频率激光扫描仪对料场的表面进行高频率断面扫描获得高密度的断面数据，结合行程测量器获得的料场长度和回程测量器获得的扫描仪偏转角度数据，实现料场体积的计算、料场三维模型的显示。在盘煤的实时性和准确性方面都有显著的改善，取得了比较满意的结果。[1]该部分内容可以和书本教材中红外辐射与红外探测器配合起来教学，还可结合数字信号处理、数字图像处理等课程对图像恢复重建等展开探讨。

3.光纤传感技术

光纤传感技术具有细而柔软、抗电磁干扰、绝缘性能好、防爆性能好、 耐腐蚀、导光性能好、信号衰减小等特点，可以解决常规检测技术难以完全胜任的测量问题。分布式光纤传感技术是随着“智能结构和智能材料”的需要而发展起来的一项新技术，集传感与信息传输于一体，广泛应用在电力行业中：电缆状态监测，如电力电缆的表面温度检测监控、事故点定位、电缆隧道、夹层的火情监测等；变电站监测，如母排、桥袈、变压器、电动机、发电机、配电盘的温度分布、测量及故障点检测等；水电站、发电厂监测，如加热系统、蒸汽、输油管道；送煤系统的温度监测和故障点的检测等等。

光纤传感技术正好和书本教材的光导纤维与光纤传感器匹配，在了解光导纤维与光纤传感器的基本原理后，引入大量的光纤传感技术在电力系统中应用的工程实例，更好地贯彻了理论联系实际这一原则，可以使学生思考如何学以致用。

（二）适应科技发展

光电测试技术内容多，知识面广，又是多学科交互融合、互相渗透的前沿科学。通常情况下，教材对基础知识、基本原理和基础效应介绍较多，对具体应用和设计方面则较少；对经典的光电器件介绍较多，新型光电器件较少；传统技术叙述较多，尖端技术和综合应用较少。由于种种限制，不可能找到一本非常完美、各方面都满意的书本教材，我们只能选择较合适的，在讲授基本内容的同时，一定要补充最新的相关内容，将新型的光电检测器件、新型的光电测试技术和手段、各种光电检测器件的最新进展和应用等最新相关科研成果融合在教学过程之中，不断进行教学内容的完善和改进，有效的引导学生了解最新的、最先进的科学内容。比如在中国第一个目标飞行器和空间实验室——天宫一号与神舟十号飞船实现对接时，激励学生关注其中所采用的最新光电测试技术。

以上的内容是书本教材所无法包括的，所以我们要结合时代科技的进步，与时俱进，不断深化教学内容，注意学校的行业特色，关注火电厂及电力设备等的光电测试技术，对于教材上没有提到的但是有益的内容，一定要在课堂上提出，或者给出相关概念引导学生自己查找所需资料，不断的通过自制多媒体课件、课外资料等来添加教学内容，给《光电测试技术》注入新的血液，来激发学生的学习兴趣。

二、 精心组织教学内容

上海电力学院将该课程核定为32学时，在短课时内，面对如此多的教学内容，需要根据本专业的特点精心组织安排，否则会使得内容杂乱无章，缺少完整性和系统性，让学生无所适从。

（一）课程认识和章节联系

首先讲解课程的主要内容、结构和各章节的之间的联系，让学生对该课程有一个整体性的认识，然后具体到每一个章节。在开始学习前都列出教学要求，学完一章后都有复结，让学生清楚自己应该达到的标准，也方便期末考试。第一部分光电测试技术的理论基础是最基础的内容，尤其是我校未开设《物理光学》《应用光学》等相关课程，学生只是在《大学物理》中接触过有关光的知识，这部分必须详细讲解。第二部分是常用的光辐射光源，只有这一章是讲如何产生光信号的，其中光电测试用主要的光源发光二极管和半导体激光器都是从电信号转换成光信号，正好与第三部分光电检测器件是如何进行将光信号转换成电信号相对应，可以让学生更换地理解光电转换。第三部分是各种光电检测器件的结构原理及应用，要结合它们各自典型的应用系统的分析和设计，使学生对整个知识体系有个更全面、更深刻的理解。

（二）注意知识点的联会贯通

光电测试技术涉及光、机、电、自动控制等许多领域。如在讲到光电器件和集成运算放大器连接时，模拟电子技术中运算放大器的三大特点：“虚短”“虚断”和“虚地”，如何运用它们来完成电压放大、电流放大和阻抗变换，而这牵涉深度负反馈的概念，又与自动控制相关。所以在教授新课程的时候，不断地回顾先前学习过的课程，可以较好地调动学生的参与积极性，不会觉得什么都是新的，都要从头开始学，能够温故知新。

（三）重视实践教学

《光电测试技术》又是一门实践性很强的学科，我们积极鼓励学生参加大学生科技创新活动，坚持课堂教学与课外创新实践活动相结合，提高学生的设计与综合分析能力。

例如讲解光敏电阻后，先采用浙江英联科技开发有限公司的YL系列传感器实验仪及系统实验台开设光敏电阻的特性测试实验，让学生先了解光敏电阻的光电特性、伏安特性和光谱响应特性，对书本知识深入掌握后，再鼓励学生从光敏电阻特点出发自己设计路灯自动点熄电路，通过查找阅读资料并与实际应用电路比较，能否进一步改进，使其更加智能化、自动化等，最后以小论文的形式提交。这样不仅加深了学生对基础知识的理解，拓宽了知识面，更是锻炼了学生独立思考和自主创新的能力。

在教学过程中，注意提出在日常生活中的一些光电检测系统应用实例，可以提高学生学习的热情。如讲到光电开关，就会提到在洗手时，是如何实现手到水出的？除了光电开关外，还有什么器件能够达到这种效果的？热释电器件可不可以？

三、结论

对《光电测试技术》的教学内容进行了探讨，通过合理选择教学内容、注重结合我校电力特色、重视实践教学，将学生独立思考能力、动手能力和创新能力的培养融合到专业课教学中，培养适应21世纪全面发展的高素质人才。

篇（6）

中图分类号： TN 911.74文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.01.009

引言

随着科技的发展，安全防范的重要性越显突出。一些重要的保密部门、军事要地、银行、机场等对大范围、长距离、高可靠性的安防技术的需求越来越显著。目前，已有大量的光纤传感技术应用于安防系统，其特点是抗干扰性强、可靠性高，隐蔽性好、可防探测，易于安装和维护[12]。

在实际应用中，常常会遇到需要对多个对象进行监测，而一个被监测对象需要对应一套光纤传感结构，这不仅大大提高了整个监测系统的成本，而且系统的复杂程度也逐级上升，给维护也带来了很大的困难[3]。为了解决上述问题，通常采用复用的方法，来达到简化系统，降低成本，易于维护的目的。

1背景技术

在光纤传感所采用的复用技术中，相位载波复用是较常采用的技术，即通过相位载波复用，使不同的感应单元复用共同的光源、光纤光路以及光电探测器等。这种复用方法，如文献[45]所描述，通过对不同的感应单元施以不同频率的相位载波进行调制，每个载波频率对应于一个感应单元，各感应单元产生的干涉信号被共同的光电探测器检测。为了实现复用与解复用的目的，上述的相位载波复用技术一般具有以下特征：

（1）为了使复用的信号不发生混叠，相邻载波频率之间的频率差必须大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍；

（2）对于光电探测器后的信号，通过信号处理技术，采用载波基波或谐波作为参考信号，对载波基波或谐波边带信号进行处理，以达到将干涉信号解调出来的目的。

在该技术中，由于对相邻频率的间隔要求，同时为了使不同载波的基波、谐波频率不发生混叠，使得调制频率的选择受到较多限制，由此会影响到实际复用的数量；同时，为了使复用的数量足够大，对调制器件的工作点要求可能会很分散，并要求调制器件具有高的工作频率，这不利于实际应用。在信号的解调中，如引入信号处理技术，会增加信号处理部分的技术难度和技术复杂性，并大大提高后端的开发成本和设备成本。

在光纤传感系统的许多实际应用场合，两个事件完全同时发生的概率很小，即两个感应单元同时感应到信号的可能性很小。针对这种情况，本文提出一种新型的基于相位载波复用技术的光纤传感复用方法。在光纤干涉系统中，对感应外界扰动的不同感应光纤单元产生的干涉信号，用不同频率的载波进行调制，相邻载波频率之间的频率差无需大于外界扰动引起的信号基波频率上限的两倍，各光纤感应单元形成的信号被共同的光电探测器检测后，利用信号基波来分析扰动信号的物理量，并利用载波基波或谐波的边带判断感应扰动信号的光纤。

由于每次扰动事件只发生在一个感应单元，即只有一个感应单元感应到扰动信号，设该单元为第i个感应单元，从式（4）可以看出，调制频率fmj（j≠i）的基波和谐波将不会出现边带，而调制频率fmi的基波和谐波则出现边带，根据这一特点即可判断感应扰动的感应单元。由于仅需观察是否出现边带，仅需相邻的调制频率有一定的间隔，不影响边带判断即可，不需要传统的相位载波复用方案那样要求具有两倍于基波最大频率的要求。图1为i单元发生扰动时的频谱示示意，在该图中，载波频率fmi出现了明显的边带，说明感应信号来自于感应单元i。对于出现边带的载波频率的确定，利用一些便捷的分析手段，例如边带的能量、谱线的对称性等，即可实现；信号基波则可用来恢复干涉信号。

由于仅用信号基波来恢复干涉信号信息，无需像传统相位载波复用那样用载波基波或谐波作为参考信号来解调干涉信号，相应的信号处理手段简单，由于这个特点，也可以很方便地应用于施加载波的调制端远离解调端的情况下（例如图3的结构中），而无需将调制信号引回解调端或在解调端恢复出解调所用的参考信号。

3数据分析

本文采用的是图2的结构。所使用的第一耦合器1为3×3均分耦合器，第二耦合器2为2×2耦合器，有2个复用的感应单元：4（1）、4（2），使用的是光缆中的一芯，相应的光缆长度分别为21 km、14 km。光源为中国电子科技集团公司第44所生产的SO3B型超辐射发光管（SLD）型稳定光源。光纤延迟器3使用的是美国 “康宁”生产的G652型单模光纤，光电检测装置8中使用的光电探测器为中国电子科技集团公司第44所生产的型号为GT322C500的InGaAs光电探测器。使用的相位调制器是将光纤绕在压电陶瓷上制作而成。经测试，信号基波的最高频率小于80 kHz，施加在相位调制器7（1）、7（2）上的频率分别为100 kHz、110 kHz。低通滤波器9的带宽为80 kHz，从光电检测装置8输出的信号经低通滤波器输出的信号，经信号采集卡采样后，进行扰动位置以及扰动性质的判断。同时，对光电检测装置8输出的信号进行采样，对载波基波的边带，即频率100 kHz、110 kHz的边带进行分析，即可判断扰动来自那根感应光纤。系统中所使用的采集卡为NI公司产品。

当敲击加有100 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的的信号依次如下，图4（a）为加载波后信号波形。图4（b）为其频谱图，可以看到，100 kHz左右的边带有信号，而110 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在100 kHz所在的传感光纤上的。图4（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

当敲击加有110 kHz载波频率的传感光纤时，所得到的信号依次如下，图5（a）为加载波后信号波形。图5（b）为其频谱图，可以看到，110 kHz左右的边带有信号，而100 kHz左右边带比较干净，所以可以判定敲击信号是加在110 kHz所在的传感光纤上的。图5（c）为经过80 kHz低通滤波器后得到的振动信号。

由以上数据分析可以看出，可以用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，可以通过低通滤波器解调出相应的线路上的信号。

4结论

本论文使用载波基波或谐波的边带来判断信号发生的感应单元，这种判断方法简单易行，系统结构简化。本方法的另一优点是相邻载波的频率差无需大于信号基波的频率上限的两倍，这方便了载波频率的选取以及相位调制器件的选择，也使得复用单元的数量更大。

参考文献：

[1]JUAREZ J C，MAIER E W，CHOI K N，et al.Distributed fiber optic intrusion sensor system[J].Lightwave Technology，2005，23（6）：20812087.

[2]潘岳，王健.双马赫曾德尔型干涉仪定位技术研究[J].光学仪器，2012，34（3）：5459.

[3]DAKIN J P.Distributed optical fiber sensors[J].Proc SPIE，1992，1797：76108.

篇（7）

一、引言

国内智能化配电网试点工程建设已在不断扩大，取得很好示范效应，但在实际运用中出现重科技创新轻应用管理的问题，不能发挥应有的作用。配电网管理的基础设备是智能开关，事关配电网科技创新的实际效果。

二、配网中的智能开关

（1）智能开关的定义与发展。智能开关是指一次设备是由非常规互感器、隔离开关、接地开关、断路器组成，二次设备是由电力电子技术、数字化控制装置和通讯接口组成执行单元，一二次集成的开关设备。实现保护、控制、通讯功能，能独立执行当地功能，自动检测设备缺陷和故障，具有远程管理模式。初级智能开关是户外型可视化微机保护装置的一体化带通讯功能的集成柱上开关或开关箱。发展趋势是插接式开关系统（PASS）：PASS采用智能化传感器技术和微处理技术，通过数字通信实现对设备的在线监测、诊断、过程监视和站内计算机监控；通过智能软件分析可确定出设备的运行状况；PASS中安装了电子式互感器；通过高速现场总线传送数字化的电流电压信号。（2）配网中智能开关的选择、规划设计与安装调试。配网开关的选择需满足常规断路器所要求的分闸时间、绝缘耐压、动热稳定性需要。控制装置要实现不间断供电电源。要通过全密封防水型航空接插件和户外密封电缆进行电气连接。开关的智能化与传感技术是分不开的，要提高智能化开关的可靠性、检测精度，需采用光电传感器、在线位移传感器、角度传感器、新型光纤温度传感器、SF6压力传感器及检测真空度的传感技术。配网开关规划设计方面将技术先进和经济效益相结合，线路开关数量适当：线路长、故障多的增加开关数量要适当。辐射型多分支线路中主分支线均要加装开关，次分支可不加。环网的在主分支两侧都加装开关，减少停电范围以及发挥环网作用。智能开关在中压配电网的安装采取柱上断路器和杆下控制箱或者采用电缆开关箱，都要采用防撞、防误碰（控制箱）、防通讯连接线损伤甚至防盗的措施。编制《10kV柱上智能分段负荷开关成套设备（含控制单元、PT）测试规范》。主要项目有两类。设备检测过程中，如出现检测项目A类任一小项不通过，则认定该设备不能通过检测。检测项目B类按实际检测结果评分。A类是相间短路故障隔离、单相接地故障隔离、联络开关转供电、后备电源及工程配置能力；B类是通信协议一致性测试、电磁兼容及耐压、就地操作、结构及配置检查、成套设备运维安全防护。（3）配网中智能开关保护定值管理。第一，开关保护定值预期效果。故障区域自动隔离。当支线发生单相接地、相间短路故障时，根据电流保护阶梯式保护时限和过流三段反时限特性，以及零序电流的变化，智能开关先于变电站出线保护开关跳闸，自动隔离故障线路，变电站出线、干线分段开关及其它分支线路开关不因故障发生而跳闸引起停电。干线故障时，也不会引起变电站跳闸和上一级干线分段开关跳闸。环网线路根据环网方法不同，进行调整。快速恢复非故障区域供电。在辐射型配电网络中，若分支线路保护越级引起干线跳闸，或干线越级导致前一级干线跳闸，则可通过检压重合闸方式，延时和次数的不同进行自愈。达到主干线先重合，合闸闭锁，成功后分支开关检有压而合闸，若故障则分闸闭锁的效果。第二，开关保护定值的设定原则。一是主干分段开关采用阶梯式电流保护。从时间上、电流值上配合。主干断路器3～5个较宜，开关时间值调整一致（多分段开关时局部几个开关合一设定）或级差调整为大于等于150ms。二是分支线路配合前一级分段开关的定值，电流值的设定可根据负荷情况按照躲过负荷启动电流和两相末端短路值来设定，过流时间上等于或小于分段开关值，速断要小于分段开关值。三是计算出来的定值要保证低于变电站出线开关的定值。四是要根据配网管理系统的潮流以及负荷分布进行实时调整。（4）配网中智能开关通讯管理。目前逐步推广应用的通讯通道的最佳方式是主站（子站）采用标准的以太网通信设备，主站（子站）与站端（FTU/DTU）的通信使用较多的是光纤自愈环网和光纤以太网方式。由于架空线路覆盖范围广阔，目前多采用GPRS/CDMA通讯。FTU/DTU通过GPRS通信模块和配网管理系统主站系统构成虚拟专用网。

三、结语

衡量智能开关管理与应用水平，主要看经济效益、安全生产、客户服务、管理水平等方面。智能开关将全面代替其它配网开关，成为配电网管理的重要基础。

篇（8）

中图分类号：B83文献标识码： A

经济的快速增长，人民生活水平的不断提高，在推动建筑行业的发展的同时，也对其发展提出了更高的标准。目前在我国大型建筑物日益重要，像高层建筑、大型水坝、地下工程等都需要有一个高强度的骨架作为支撑，才能使建筑物的安全性、实用性得到保障，此时智能土木结构应运而生，并担当了“土木工程界的知识经济”。现今，智能土木结构在现代建筑中发挥重要作用的同时，也开辟了土木工程快速发展的新天地。

一、智能结构简介

在社会高速发展的信息时代，土木工程师把视野转入信息材料上，开始了将传感器、驱动材料应用于建筑结构中的探索，以求建筑结构本身稳固性的同时，还能对建筑结构内部进行及时的感知，使人们能及时对建筑物的安全性与稳固性做出更确切的分析，从而做出对该建筑物是维修还是报废的判断，这也是人们对智能结构最初的尝试。现在书籍中对智能结构进行了定义，是指在基体材料中融入具有仿生功能的材料，是最终的材料或者构件满足人们对其智能化的需要，这种结构就是智能结构。智能土木结构按其材料可分嵌入式智能土木结构和基体、智能材料耦合结构两种类型。现在建筑工程对智能架构的应用是十分广泛的，建筑结构中安装使用智能结构，使建筑物能准确应对外界环境的变化并对自身作出及时的内部调整，特别在遭遇强风或地震时，智能结构对整个建筑物尤其重要。在地震幅度不是很明显时智能结构实现结构控制一体化的优势更能充分发挥其作用，此外，智能结构对提高建筑结构的抗震性也发挥着很重要的作用，智能结构在建筑领域的应用对建筑设计、建筑施工及建筑检测都起着至关重要的作用，智能土木结构保障建筑物的稳固的同时，也保证了人民的生命财产安全。

二、智能结构应用现状

智能建筑与我国可持续发展观中生态和谐理念高度契合，所以和其他国家相比，目前我国智能建筑主要功能更加凸显了环保、节约、可持续发展利用等特点，在运用智能化结构对建筑结构进行设计时更加注重节能减排以及高效低碳能否实现。智能建筑随着经济的发展已经成为未来建筑的主要发展趋势，智能结构作为智能建筑的重要支撑在建筑智能化发展中被广泛应用，智能结构与传统的建筑结构有着密切的联系，智能土木结构以传统结构为基础，并以此为依据对传统结构做了改进，因此对智能结构的应用离不开对传统结构的理解与掌握。目前，建筑工程中对智能结构的研究有建筑结构的检测与监控、建筑结构抗震抗风降噪的自控制等，利用智能结构使建筑设备自动化、办公化，最终实现建筑物全面的拟智能生命化也是今后智能结构在建筑领域的发展方向。

（一）智能传感元件的应用

土木工程中对建筑物健康检测时常将传感元件埋入或粘贴在建筑结构中，在保证检测结果的准确性的同时，对建筑物的安全性与稳固性作出更确切的评价，得到最精准的数据，从而决定建筑物是维修还是报废。对于重大土木工程建筑结构，由于修建时间较长，设备一般比较陈旧，传统的传感器不能适应此种建筑物的内部环境，这时就需要采用性能较高传感器对其进行结构及健康的监测。利用光纤、智能材料等制成的传感器的应用在土木工程发展史上具有划时代的意义，开辟了土木工程发展史的新篇章。

（二）建筑工程的健康检测

智能结构在建筑工程结构损伤及健康检测方面也发挥着重要作用。在土木工程中对建筑物检测通常采用目测法，此外还常利用超声波、声发射、x 射线等技术进行无损检测，利用这种方法检测是有很多弊端的，如建筑物内部结构的破损情况、建筑物的实时动态等都不能准确的被监测，不能满足人们了解建筑物整体状况的需求，检测结果往往会失真、检测效率也低，甚至会出现完全错误的检测结果。现在利用光导纤维、压电材料、半导体材料等制成的检测器材，在建筑物内部的传感器能及时感知建筑物自身状况，检测损伤并根据建筑结构损坏过程进行损伤定位，例如建筑物发生损伤，内部出现裂纹，裂纹在外界作用力作用下损伤力度加大，并以声速失稳扩展，这些都会被由这些特殊材料制成的传感元件所感知，使人类能准确及时的了解建筑物内部状况，及时对建筑物进行整体规划、采取必要措施避免事故发生。

三、智能结构关键问题总结及建议

（一）提高智能传感技术

传感元件在建筑工程中的应用离不开纯熟的传感技术，因此提高智能传感技术势在必行。从仿生学来看，传感器相当于建筑物的感觉器官，提高智能传感技术必须增强传感技术的系统性，提高传感器感知、处理与识别能力，在此基础上提高传感系统的可靠性和灵敏度实现传感技术的智能化。在建筑工程中要求传感元件不影响建筑物的结构外形，与建筑材料具有很好的相容性，使对建筑结构的强度影响降到最低，此外还应具有对信号的抗干扰能力，在此基础上对建筑物的整体状况能准确感知。

（二）提高智能传感技术

智能结构系统中主要有传感元件、驱动元件及乙级控制元件，它们在对整个建筑物内部损伤情况进行定位时常会有一个计算的过程，在计算过程中常采用小波分析技术、时间有限元模型等对连接网络、数据总线进行定位，最终使传感器的信息处理和数据传输融合。

（三）发展智能控制集成

智能控制系统相当于人类的中枢神经系统的最高级部分大脑，不仅决定着运动系统、感觉系统的有序运行，还担负着整个脑神经高级功能的运转。在土木工程内部安装智能控制集成系统，能使建筑物在遭遇风暴、强降雨等恶劣自然灾害情况下，迅速采取应急措施，使损失降低到最小，因此发展智能控制集成技术也是十分重要的。

（四）发展智能驱动技术

驱动在计算机中的应用十分广泛，所有的硬件设备都需要安装相应的驱动程序才能正常工作。智能驱动技术能够对智能结构的形状和力学原理加以控制，便于对智能结构的管理与规划。驱动相当于一个入口，只有通过这个入口操作系统才能实现对整个部件的控制，在土木工程中驱动技术发挥着不可小觑的作用，发展智能的驱动技术，才能实现建筑物整体的控制，才能使建筑物的性能更加稳固。在建筑工程中要求所使用的驱动系统材料自身机械性能要高，保障其具有很强的抗冲击性；再次，驱动材料与建筑材料本身要有很好的兼容性；最后，还应提高驱动速度，便于及时掌握建筑物的状况。

四、结束语

我国建筑业产值的持续增长推动了建筑智能化行业的发展，目前我国处于智能建筑行业的快速发展期。科学技术的不断进步，经济水平的不断提高，人们对建筑安全性、舒适性、便利性等有了更高层次的要求，者为智能建筑的发展提供契机的同时，也给智能建筑的发展提出了新的挑战。

土木工程智能建筑结构作为智能建筑的灵魂与支撑，在未来智能建筑的发展中不可或缺，因此，我们在今后智能结构的发展道路上必须用发展的眼光、科学的手段，与时俱进，开拓创新。

参考文献：

[1]李沁羽. 智能土木建筑技术的发展与应用[J]. 科技创新导报，2013，（19）.

篇（9）

能预报还是不能预报？

1997年，美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的4名学者联名在《科学》杂志发表了《地震无法被预测》的论文。论文作者指出，在经历了近30年的精心研究地震预报后，他们发现，地震是无法预报的，从事这方面的研究工作也是毫无希望的。

如果说，这篇论文的观点还只是学术界内部探讨的话题和争论，到了2008年，美国地质勘探局（USGS）对此问题的一项正式表态，就把地震不能预报的结论扩展到了社会和公众层面。

美国地质勘探局称，无论是美国地质调查局还是美国加州理工学院或者任何其他科学机构，都没有预报过一次大地震。在可预见的未来他们不知道如何预报地震，并且也不打算知道。不过，借助科学数据，科学家可以计算出未来将发生地震的可能性。比如，科学家预测在未来30年内，旧金山湾区发生一次重大地震的概率为67%，而南加利福尼亚的概率是60%。所以，美国地质勘探局致力于通过提高基础设施的安全等级来长期减弱地震的危害性，而不是把精力放在研究短期预报上。

正因为如此，美国没有设立专门的地震局，政府负责地震预报预测研究工作的部门主要是美国地质勘探局。除了地震之外，他们还对龙卷风、热飓风、火山爆发等自然灾害进行研究。

尽管地震尚不可预报是美国主流科学界的观点，也得到世界大多数国家，包括中国一些科学家的认同，不过，并不意味着所有科学家都认同这种观点。中国老一辈地质科学家，如李四光认为地震可以预报（据说1971年李四光临终前遗憾地说，再给他半年，可能解决地震预报问题）。

事实上，中国曾经成功预报过一次大地震，即1975年2月4日发生在海城的7.3级强烈地震。这次地震是在地震部门预报两个半小时后发生的。由于预报准确，人们撤离及时，海城地震极大减少了死亡人数。我国未实现预报的7级以上大地震，如邢台地震、通海地震、唐山地震的人员伤亡率分别为14%、13%、18.4%。按这三次地震的人员伤亡率平均值估算，海城地震人员伤亡将达15万，死亡可达5万以上。但由于成功了短临预报，海城总共伤亡18308人，死亡328人。

从这个事实出发，有人认为地震是可以预报的。

客观上有很多难以克服的障碍

中国海城地震预报是得到国际上承认的唯一一次成功的短临预报。但是，就在人们以为海城地震预报模式可以推广之时，1976年的唐山大地震却没有预报成功，这是因为地震的成因、发生机理和触发条件等非常复杂多变。所以，《美国地震协会公告》曾评价说，“海城地震的预测，是结合了经验主义分析、直觉判断和好运气，这是预测地震的一次尝试。”

地震的难以预报体现在许多方面，主要有几点。首先是，地球内部的情况难以知晓。地震多数发生在地下15公里以下的地壳里，这次的芦山地震也是发生在离地表16公里处。目前人类对于地壳的研究只能通过钻机钻至地下12公里，远远做不到直接观察到地震孕育发生的全过程，只能在地表凭借有限的仪器设备捕捉地壳内部结构和状态变化的间接信息。其次，人类对地质观察的知识和数据积累并不全面和系统，人类掌握的地震记录和数据并不多。第三，人类对地球构造运动的理论还不成熟，认识才刚刚开始。即便有一些经验和知识，也是此一时的知识和经验，不能用于彼时，如海城的经验无法用于唐山地震，也不可能完全应用于今天的汶川和芦山地震。地质研究人员认为，从地质学的角度考虑，作为一种地质现象，地震发生前一定会有许多前兆，对地震前兆掌握得不够多、不够准，是目前我们无法预报地震的核心问题。

现在不能预报，将来能预报吗？

中国有一些研究人员认为，对于地震来讲，现在不可知是正确的。未来不可知，那就是错误的。未来有多远，则要看研究人员的探索。

自1966年邢台地震以来，中国已在70多次中强以上地震前记录到1000多条地震前兆异常，可归为10大类，即地震学、地壳形变、重力地磁、地电、水文地球化学、地下流体（水、汽、气、油）动态、应力应变、气象异常以及宏观前兆现象。

而近几年，专业人员提出了一些新的监测地震的技术和方法，如光纤传感技术、电磁波、次声波、地应力、大地微动等。

比如，光纤传感器可埋入温度高达250℃以上的地层深处，可用于检测地震波、地质板块内部应力、温度、位移和倾斜、地下流体压力、地下磁场等地下物理量的动态变化。一旦在地震带附近建立起永久的可以监测地震的光纤传感器网络，就可以及时地监测地下的异常情况，对可能发生的地震发出预报或预警。

以往大量的地震都发现，震前电磁前兆是客观存在的。当然，电磁波前兆变化复杂，不同地震前地磁波异常有差异性，使人们目前对电磁前兆现象的物理解释仍无统一定论，但通过长期的实际观测，研究人员在资料分析、信息识别和提取方面也取得了一些认识，认为电磁前兆对预测地震，特别是短临预测有一定的意义。

地震预报未来是否能有突破，谁也没有答案。但是正如法布尔所说：不管我们的照明灯烛把光线投射多远，照明圈外依然死死围挡着黑暗。就让我们从一个点到另一个点移动我们的提灯吧。随着一小片一小片的面目被认识清楚，人们最终也许能将整个画面的某个局部拼制出来。

延伸阅读

地震不能预报但能预警

虽然目前地震预报被视为是不可能的，但是地震预警则是可能的。地震预报与预警的区别在于，前者是地震未发生前进行的预测，后者是在地震发生后的预警。

现在，中国、墨西哥和日本等一些国家都能对地震进行预警。地震发生时，一般是破坏力较小但速度较快的地震纵波先活动，接着就是破坏力大但速度慢的地震横波活动。纵波的传播速度大约6公里/秒，但震动相对较小；横波传播速度大约4公里/秒，但破坏力大，是大地震时的主要杀手。利用震中附近监测仪器捕捉到地震纵波后，快速估算地震参数并预测地震对周边地区的影响，抢在破坏性横波到达震中周边地区之前，通过通讯和媒体预测地震强度和到达时间的预警信息，人们可以得到几秒到十几秒的宝贵逃生时间，可减轻人员伤亡和灾害损失。

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学校以校企联合培养基地为依托，探索建立了全日制专业学位硕士研究生“团队培养模式”：通过组建不同学科领域导师组成的导师团队，建立了团队培养的课程体系，构架了“平台+模块”的可趁体系；形成了学位论文撰写和答辩制度，进入团队培养的研究生在基地实践的时间不得少于12个月，学位论文选题必须来自于企业的项目，由导师团队组织论文答辩。经过在河北沙河市等相关行业企业的试点，这种培养模式的成效已初步显现，企业还将获得优秀的高层次专业人才；深入企业直接参与实践，专业学位研究生将专业理论与专业实践紧密结合，专业素养水平不断提升，学生及其开展的研究对企业也具有一定吸引力。“团队培养模式”促进了校企资源的有效对接，创新了校企人才培养的协同机制，形成了校企双赢的格局。

二、以产学研一体化模式推动校企协同研究与成果转化

学校与中国建筑材料集团有限公司和中国中材集团有限公司签署了共建“‘985工程’绿色建筑材料与新材料科技创新平台”协议，通过建设学校现有的材料复合新技术国家重点实验室、硅酸盐建筑材料国家重点实验室和材料研究与测试中心，支持学校材料科学开展原创性基础研究，提升学校材料学科基础研究创新能力；通过建设学校现有的光纤传感技术国家工程实验室、特种功能材料技术教育部国防科技重点实验室和绿色建筑材料及其制作教育部工程研究中心等国家和省部级重点实验室，支持学校材料科学应用关键技术研究，提升学校材料学科应用研究创新能力；通过建设中国建筑材料集团有限公司、中国中材集团有限公司与学校的联合研究中心，校企合作开展材料学科的产业化关键技术研究，提升材料学科的科技成果转化和产业化能力。这种以学校的三个国家及科研基地为依托开展原创研究、以学校的有关工程技术中心为基础开展应用技术研发、以企业的研发中心为骨干进行产品工程化研究并将三者结合的思路，得到了国家相关部门的认可和支持，得以获批建设“985”优势学科创新平台。