光纤传感技术论文大全11篇
时间：2023-03-30 11:27:42绪论：写作既是个人情感的抒发，也是对学术真理的探索，欢迎阅读由发表云整理的11篇光纤传感技术论文范文，希望它们能为您的写作提供参考和启发。
篇（1）
光纤传感器随着光纤通信技术的实用化有了迅速发展，且以体积小、重量轻、检测分辨率高、灵敏度高、测温范围宽、保密性好、抗电磁干扰能力强、抗腐蚀性强等明显优于传统传感器的特点，其应用范围深入至国防军事、航天航空、土木工程、电力、能源、环保、医学等。现如今光纤传感器已经能够对温度、压力、温度、振动、电流、电压、磁场等物理量进行测定，发展空间相当广阔。
1. 光纤传感器的基本构成和组成原理
光纤传感器主要由光源、光纤与探测器3部分组成，光源发出的光耦合进光纤，经光纤进入调制区，在调治区内，外界被测参数作用于进入调区内的光信号，是其光学性质如光的强度、相位、偏振态、波长等发生变化成为被调制的信号光，再经过光纤送入光探测器而获得被测参数，光纤传感器中的光纤通常由纤芯、包层、树脂涂层和塑料护套组成，纤芯和包层具有不同的折射率，树脂涂层对光纤起保护作用，光纤按材料组成分为玻璃光纤和塑料光纤；按光纤纤芯和包层折射率的分布可分为阶跃折射率型光纤和梯度折射率光纤两种。光纤能够约束引导光波在其内部或表面附近沿轴线方向向前传播，具有感测和传输的双重功能，是一种非常重要的智能材料。
2. 光纤传感器的类型及特点
光纤传感器的类型很多，按光纤传感器中光纤的作用可分为传感型和传光型两种类型。
传感型光纤传感器又称为功能型光纤传感器，主要使用单模光纤，光纤不仅起传光作用，同时又是敏感元件，它利用光纤本身的传输特性经被测物理量作用而发生变化的特点，使光波传导的属性(振幅、相位、频率、偏振)被调制。因此，这一类光纤传感器又分 为光强调制型，偏振态调制型和波长调制型等几种。对于传感型光纤传感器，由于光纤本身是敏感元件，因此加长光纤的长度可以得到很高的灵敏度。
传光型光纤传感器又称非功能型光纤传感器，它是将经过被测对象所调制的光信号输入光纤后，通过在输出段进行光信号处理而进行测量的。在这类传感器中，光纤仅作为传光元件，必须附加能够对光纤所传递的光进行调治的敏感元件才能组成传感元件。
3. 光纤传感器的应用
光纤传感器的应用范围很广，几乎涉及国民经济的所有重要领域和人们的日常生活，尤其可以安全有效地在恶劣环境中使用，解决了许多行业多年来一直存在的技术难题，具有很大的市场需求。主要表现在以下几个方面的应用:
(1) 城市建设中桥梁、大坝、油田等的干涉陀螺仪和光栅压力传感器的应用。光纤传感器可预埋在混凝土、碳纤维增强塑料及各种复合材料中，用于测试应力松弛、施工应力和动荷载应力从而来评估桥梁短期、施工阶段和长期营运状态的结构性能。
(2) 在电力系统，需要测定温度、电流等参数，如对高压变压器和大型电机的定子、转子内的温度检测等，由于电类传感器易受强电磁场的干扰，无法在这些场合中使用，只能用光纤传感器。分布式光纤温度传感器是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，分布式光纤温度传感系统不仅具有普通光纤传感器的优点，还具有对光纤沿线各点的温度的分布式传感能力，利用这种特点我们可以连续实时测量光纤沿线几公里内各点的温度，定位精度可达米的量级，测温精度可达1度的水平，非常适用于大范围多点测温的应用场合。
(3) 在石油化工系统、矿井、大型电厂等，需要检测氧气、碳氢化合物、CO等气体，采用电类传感器不但达不到要求的精度，更严重的是会引起安全事故。因此，研究和开发高性能的光纤气敏传感器，可以安全有效地实现上述检测。
(4) 在环境监测、临床医学检测、食品安全检测等方面，由于其环境复杂，影响因素多，使用其它传感器达不到所需要的精度，并且易受外界因素的干扰，采用光纤传感器可以具有很强的抗干扰能力和较高的精度，可实现对上述各领域的生物量的快速、方便、准确地检测。目前，我国水源的污染情况严重，临床检验、食品安全检测手段比较落后，光纤传感器在这些领域具有极好的市场前景。
(5) 医学及生物传感器。医学临床应用光纤辐射剂量计、呼吸系统气流传感系统;圆锥形微型FOS测量氧气浓度及其他生物参数;用FOS探测氢氧化物及其他化学污染物;光纤表面细胞质粒基因组共振生物传感器;生物适应FOS系统应用于海水监测、生化技术、医药。
光纤传感器在实践中运用到的例子举不胜举，这些技术都是多学科的综合，涵盖的知识面广，象光纤陀螺，火花塞光纤传感器，光纤传感复合材料，以及利用光纤传感器对植物叶绿素的研究等等；随着科技的不断进步，越来越多的光纤传感器将面世，它将被应用到生产生活的每一个角落。
4. 光纤传感器的技术发展方向
光纤传感技术经过20余年的发展也已获得长足的进步，出现了很多实用性的产品，然而实际的需要是各种各样的，光纤传感技术的现状仍然远远不能满足实际需要。目前，光纤传感器技术发展的主要方向是。
(1) 传感器的实用化研究。即一种光纤传感器不仅只针对一种物理量，要能够对多种物理量进行同时测量。
(2) 提高分布式传感器的空间分辨率、灵敏度，降低其成本，设计复杂的传感器网络工程。注意分布式传感器的参数，即压力、温度，特别是化学参数(碳氢化合物、一些污染物、湿度、PH值等)对光纤的影响。
(3) 传感器用特殊光纤材料和器件的研究。例如:增敏和去敏光纤、荧光光纤、电极化光纤的研究等。这些将是以后传感器进一步发展的趋势。
(4) 在恶劣条件下(高温、高压、化学腐蚀)低成本传感器(支架、连接、安装)的开发和应用。
(5) 新传感机理的研究，开拓新型光纤传感器。
参考文献
[1] 肖军， 王颖. 光纤传感技术的研究现状与展望[J]. 机械管理开发， 2006，6.
[2] 吴洁， 薛玲玲. 光纤传感器的研究进展[J]. 激光杂志， 2007，5.
篇（2）
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（3）
一 引言
电缆是变电站的重要组成部分。。由于电缆分布广、易燃、着火后危害大且影响相关供电单位生产，对经济造成巨大损失。因此电缆的防火历来为电力部门所重视。但是电缆事故还是频繁发生。随着光纤技术的发展光纤传感技术在电力设备故障检测中的应用得到了逐步推广，其中光纤测温技术彻底解决了困扰电缆运行中过热监测的难题，可以实现对电力电缆发热敏感部位温度的准确、实时在线监测和故障预警、精确定位。
二 系统简介
AT810分布式光纤温度传感器系统是集光、机、电、计算机、光纤光缆和弱信号检测等技术为一体的高科技产品，主要依据激光耦合到光纤中，利用光纤的光时域反射（OTDR ）和光纤的背向喇曼散射温度效应。将感温光缆敷设于待测空间，可连续测量、准确定位整条光纤或光缆所处空间的温度，还具有不带电、抗射濒和电磁干扰、抗腐蚀、耐高温和使用寿命长等优点。
本系统主要由测温主机、应用软件、感温光缆及其他周边设备配置而成，对电缆桥架、电缆夹层、温油罐和变压器等设备的温度进行连续线型实时在线监测，在被监测设备发生火灾前即发出预警，使用户及时采取措施，排除隐患。整套监测系统通过其测温控制主机通讯接口或干接点继电器端子与火灾报警主控制器相连，并向其提供火灾报警区的报警信息及运行和故障信号。
三 光纤测温原理
激光脉冲在光纤中传输时，由于激光和光纤分子的相互物理作用，会产生三种散射光：瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射，其光谱分布如下图所示：
其中拉曼散射仅对温度敏感，因此最适合用来测量温度。AT810 光纤测温主机就是采用拉曼散射（RAMAN）和OTDR 技术研发的分布式光纤温度探测处理器（DTS），其工作原理如下：
1、激光器发出一束激光，通过耦合器调制后射入感温光纤中；
2、光纤中反射回的拉曼散射光通过光谱分离模块分解成不同波长的Stokes散射光和Antistokes 散射光。其中Stokes 散射光的强度与温度弱相关；而Antistokes散射光的强度与温度强相关；
3、通过对两束光信号进行处理和对比计算得出温度沿光纤的分布曲线；
4、利用光时域反射技术（OTDR），通过计算光波的传输速度和回波时间实现对所有温度点的定位；
四 AT810光纤测温预警系统在电缆线路中的应用
AT810光纤测温预警系统硬件组成如下:
应用中把特制的感温光缆铺设在待测电缆上方，让二者紧密接触。为提高监测的精度，以准确地获得被测电缆上各点的温度情况，须将传感光缆梆扎在电缆上。
下图为“分区温度显示”界面：
每个分区为一回电缆馈线，分区温度显示的是分区内所有温度里的最高值。
双击分区温度画面上的分获图块即可打开分区的实时曲线图：
从中可以清楚地看到当时整条电缆的温度分布情况。
五 应用效果
目前光纤测温系统已经全面应用在我变电站电缆回路中，在运行中曾多次对过热点准确报警，使事故隐患得到及时消除并能够在电缆突发性故障中准确判断出故障位置，大大节省了故障处理时间，使故障线路迅速恢复供电。下图为某馈线电缆绝缘击穿发生单相接地事故时的温度曲线：
通过曲线可以判断出故障发生在250米。
六 应用注意事项
1、输入电流为交流220伏市电；
2、严禁带电插拔光纤测温主机与报警输出箱之间的连接线；
3、主机光缆输入接头要保持清洁，平时用端盖保护；当与监测机连接时，端部要用无水酒精清洗干净后可靠连接。。
4、系统在工作时，禁止观察传感光缆尾端、连接处或者光缆的损坏处，激光会损害眼睛；
5、传感光缆最小弯曲半径不小于5cm，不能用硬或锐利物体挤、压和冲击传感光缆，并应远离热源；
6、由于上位监控系统后台服务程序启动需要一段时间（约2分钟），当上位监控软件打开时可能会提示无法连接，等待两三分钟后按F5刷新屏幕即可；
7、在光纤测温系统刚刚启动的几分钟里，上位机监控画面上的温度可能是不准确的，这是因为光纤测温系统主机内的恒温槽还没有达到稳定的工作状态，其预热的时间大约需30分钟；
8、历史温度曲线查看时，选择的时间段长不要超过4 小时，不然系统查询数据会很慢；
9、系统投入正常运行后要定期（至少一年一次）对系统功能进行测试，以测试和检验系统的火灾探测和报警能力。。
七 结束语
通过我变电站的实运行经验表明光纤测温预警系统不仅能够得到电缆的实时温度分布，及时发现薄弱环节，还能超温报警、升温速率报警及准确判断故障地点。使运行人员能及时了解运行情况、消除故障隐患，防止恶性事故的发生。因此光纤测温预警系统是一种理想的电缆过热监控系统，不仅可广泛应用于发电厂和变电站的电缆过热监控中，也可以应用于地铁、船舶、石油平台、银行和大型图书馆等重要场合的电缆过热监控中。
八 参考文献
[1]彭超，赵健康，苗付贵．分布式光纤测温技术在线监测电缆温度[J]．高电压技术，2006，32（8）．
篇（4）
九天揽月鸿鹄志 步步为营创辉煌
在通往科学高峰的路上,张教授一路前行,品尝着希望与困难,交融着荣耀与汗水,深造期间,他用不懈的努力换来了中国光学科技前沿领域的重大突破。读研期间,他同导师刘树田教授一起在国内率先开展光学分数傅立叶变换的研究。为利用光学分数傅立叶变换进行信息处理铺平了道路。在中科院物理所攻读博士学位期间,开拓了分数傅立叶变换在光学信息处理领域中的应用,被评价是国内在现代光学技术科学领域研究工作中的优秀成果具有国际先进水平。
1999-2001年,他获得日本学术振兴会博士后基金资助,在日本山形大学工学部从事生物成像研究,被应用在实际的仪器上。2001-2002年,他在香港理工大学电子工程系从事光纤气体传感器研究。其研究内容被收录在《光纤传感技术新进展》一书中,已出版发行。2002-2003年,他在德国洪堡基金的资助下在德国斯图加特大学应用光学研究所任洪堡研究员,从事数字全息重建算法的研究,提出了利用相位恢复算法来进行数字全息重建的新方案,引起了同行的重视和肯定。这部分内容作为美国Nova Science出版社的新书《New Developments in Lasers and Electro-Optics Research》中的一章,已经出版发行。
2003年,他进入首都师范大学物理系工作,先后获得了北京市科技新星计划,北京市留学人员择优资助等人才项目的资助。作为北京市“太赫兹波谱与成像”创新团队的核心成员,主要从事太赫兹波谱与成像,太赫兹波段表面等离子光学和微纳光电子器件设计研究。他提出的多波长成像方法得到了美国Rice大学太赫兹研究者Mittleman的认可,被评价为不仅可以有效地增加成像范围,还可以提高信噪比。多篇论文被太赫兹领域的虚拟期刊收录。并于2007年和2009年分别到美国伦斯特理工大学和德国康斯坦茨大学进行访问研究。
篇（5）
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（6）
[中图分类号]G40―057
[文献标识码]A
[论文编号]1009―8097(2009)13―0307―02
引言
高等学校是培养高素质创新人才的基地，如何培养出培养高层次高素质技能型人才以满足社会需要，已经成为当代高校教育的核心问题。实验教学是高等院校教学体系的重要组成部分，是实现素质教育和创新人才培养目标的重要教学环节，相对理论教学，更具有直观性、实践性、综合性、探索性和启发性，对启迪学生的思维，加强学生对理论知识的理解，培养学生掌握科学的实验方法与技能。提高学生综合素质、动手能力与创新能力起着关键性的作用。传感器技术是一门实践性很强的学科，其教学过程中实践教学环节的重要性也就尤为突出。
一 传感技术实验教学现状
近年来随着社会发展对人才要求的进一步提高，实验教学工作已越来越引起人们的普遍关注，但是其现状仍不乐观。《传感器技术》作为自动化、测控技术及仪器等专业的一门专业基础课，其实验教学环节仍然存在如下现象：实验教学模式仍是应试教育模式，比如实验教学本身没有完全摆脱以验证理论为主、学生“照着做”的实验模式；长期的应试教育，养成了学生重视理论课学习而轻视实验课学习，学生对实验课是敷衍了事。整个实验过程中学生处在一种被动盲目的状态，学生只动手而很少动脑，缺少参与实验的主动性和积极性。实验教学方法方面，注重程序化训练模式多，发挥学生主动性不够；重知识传授多，培养学生动手操作力不够；注重灌输式教学方法多，采用启发式、研讨式教学方法少。实验教学内容方面，偏重于传统验证性实验，内容单一、陈旧，方式单调枯燥，学生对综合性、设计性实验的兴趣和动手能力没有得到提高；学生的创新心理得不到满足，创造能力得不到培养，个性得不到充分发挥。另外实验仪器设备条件相对比较薄弱，可能也是学生不重视实验课的原因之一。正是此类种种原因使得实验教学没有达到其真正目的，根据我校检测技术实验室现状提出一点个人见解，旨在提高学生的动手能力，培养创新型人才。
二 传感技术实验教学改革探讨
1 提高学生对实验课重要性的认识
要搞好实验教学和改革，必须要转变理论教学高于实践教学的这种轻视实验教学的传统思想观念。教学效果优秀与否在于教师，而学生的学习效果在很大程度上取决于他们对这门课程的重视程度。通常情况下，学生认为实验课是理论教学的辅助和补充，因此对其不够重视，导致实验做完后只是学会了一些简单的操作和仪器的基本使用方法，而忽略了实验过程中对问题的的分析和解决。所以必须提高学生对实验课的重视程度，变被动学习为主动学习，培养调动学生的积极性，最终实现学生自主创新能力的培养与提高。针对这些问题，我们将实验学时列入计划学时之内，并且体现在教学课表中，使实验教学与理论教学同步，且实验成绩作为该课程成绩的一部分：在采取了这些措施之后，学生对实验课程的重视程度有了明显的提高。
2 加强对实验课的考核
学生最关心的就是成绩，因此成绩评定方式对于实验教学十分重要，要充分利用这一特点来设计合理的考核方案，在达到考察目的的同时，使学生通过实验能够深入理解理论知识，进而培养学生的动手、创新能力，为此，我们设计了较为合理的实验成绩评定公式：实验总成绩=纪律成绩(30％)+操作成绩(40％)+报告成绩(30％)。成绩评定的重点在于学生是否理解并灵活应用了所学知识，同时鼓励创新思想和创新实践过程，而不仅仅是实验结果的正确与否。成绩评定重视实验数据的处理过程而不仅仅是实验报告的形式。另外，对于设计性实验，考核公式中的操作成绩以当面验收为考核依据，通过演示和口头介绍展示实验过程及实验结果。虽然在实验指导及考核过程中，指导教师的工作量有所增加，但这种约束体制有利于培养学生的动手及创新能力。
3 实验教学内容的改革
为了突出实践教学在培养学生应用意识与工程实践能力方面的作用，达到使学生消化理论、提高能力的目的，对传感技术的实验教学内容进行了一系列改革。
其一，保留一些基础验证性实验，如电阻应变、电涡流特性、光纤传感器特性实验等，使学生通过这些实验，理解传感器的基本原理和特性，消化并吸收理论教学内容。
其二，增加一些综合性实验，包括原理上的综合、方法上的综合以及传感器特性的综合；如利用电阻应变片设计数字电子秤，利用霍尔传感器设计测速电路等：也有方法上的综合，如可以利用多种传感器完成转速、位移、重量等被参数的测量。这类实验基本上都是在现有实验设备基础上能够完成的实验，目的是让学生在实验的过程中理解和吸收理论教学中的原理型知识，并加以简单应用。初学这门课程的学生对于这类实验很感兴趣，甚至由此对该课程产生好奇，极大的激发了学生深入探究传感器技术的欲望。
其三，开设一些简单的设计性实验，利用实验台上的某一部分，与学生自行设计的内容连接，来实现对某一信号的检测。如在直线霍尔式位移传感器实验中，让学生自己设计一个信号转换电路来替代实验台配套的处理模块，并将其测量的实验结果与原来的结果进行比较，分析差异的原因，并在其基础上进行改进。这类实验主要是一些设计量小、费时少、需要另加元件也较少的项目。目的是在加深理解理论教学中转换电路作用的同时，锻炼学生的实际动手与设计能力。
其四，开设综合设计型实验，该类实验项目主要是实验教师根据课程及实验大纲要求，设置情景，提供材料，提出问题，在此基础上，让学生通过分析问题、资料收集、理论验证，最后提出解决问题的方法；使学生进一步认识到传感器在控制过程中的实际作用，使其在解决问题中获取知识、应用知识，以培养其创新精神、提高其综合素质和实践能力。例如，针对目前家用天然气设备增多的同时，天然气安全隐患也随之增长的现象，让学生利用传感器设计一个简单的天然气安全报警器，要求实现的功能是检测空气中甲烷(CH4)浓度的含量(天然气主要成分是CH4，浓度介于4～16％时会发生爆炸)，当超出安全限时可以实现声光报警：设计中所必需的元器件由实验室提供。对于这类实验项目，需要学生自己查找资料设计天然气安全报警器的检测电路，并通过实验进行验证。在此实验过程中学生不仅领会了传感器的作用，还了解了传感器在生活中的应用，更重要的是锻炼了学生的动手和实践能力。再比如可以让学生自己制作一些小产品模型，如自动避障小车、恒温控制仪、湿度检测仪等与生活息息相关的各种小仪器，让学生在做实验的同时，也真正的体
会到传感技术在生活中的无处不在。通过一届学生的试验我们发现学生对这类实验项目的兴趣非常高，而且有很多其他班级、年级的同学都期待能够早日步入检测技术实验室，来体验生活中的传感技术。因为实验学时所限。该类实验只局限在一些较简单的设计项目上，起到抛砖引玉的作用。
其五，研究型实验。研究型实验的目的是培养学生独立分析问题、解决问题的能力。对于该类实验，实验室提供进行开发的各种仪器设备，如计算机、示波器、仿真器、开发板、传感器等，学生自拟题目，自由组队，分工合作。在实验进行之前要求学生进行方案论证、可行性分析以及设计‘结果预期，由主要指导教师对报告进行审核，通过后学生方可进入实验阶段，在实验过程中指导老师及实验室老师应给予必要的技术指导。实验结束后由主要完成人并提交实验报告及相关研究论文，并进行汇报。该类实验项目设为全校公开实验项目，或定位为面向全校开放检测技术实验室。目前此项工作正在运行并计划长期坚持下去，我们期待它的成功，并坚信一定能培养出具有更强竞争力的人才。
4 实验教学方法的改革
实验课是验证理论、应用理论以及锻炼学生动手能力的重要环节。在实验指导的方法上，应改变传统的灌入式实验教学方法，采用多种方式同步进行。例如：启发式教学方法，以问题为中心，让学生发现并提出问题，或教师提出问题，或师生共同提出问题，在此基础上，通过分析、资料证明、理论验证，提出解决问题的方法，让学生在问题的提出与解决中获取知识、应用知识，培养创新精神和实践能力：实验探讨教学模式，主要是教师和学生共同设置实验目的，讨论实验要求，分析实验对象、条件，预测实验结果，让学生手、眼、脑并用，广泛参与实验操作，动手实验，观察实验，记载实验，分析实验等。对于实验指导方法要因人而异。有时还要具体问题具体分析。
篇（7）
中图分类号： TU997 文献标识码： A
一、现代大型桥梁健康监测技术的概念
大型桥梁结构健康监测实际上是一个多参数(包括温度、应力、位移、动力特性等)的监测。所谓大型桥梁结构健康监测技术就是指利用一些设置在大型桥梁关键部位的测试元件、测试系统、测试仪器，实时、在线地量测大型桥梁结构在运营过程中的各种反应，并通过对这些大型桥梁结构关键部位的测试数据的现场采集、数据与指令的远程传输、数据储存与处理、结构安全状态的评估与预警等一系列程序，分析大型桥梁结构的安全状况、评价其承受静、动态荷载的能力和结构的安全可靠性，为运营及管理决策提供依据.
大型桥梁结构健康监测技术涉及多个学科交叉领域，随着现代检测技术、计算机技术、通讯技术、网络技术、信号分析技术以及人工智能等技术的迅速发展，大型桥梁结构健康监测技术正向实时化、自动化、网络化的趋势发展。目前，包含多项检测内容、能对大型桥梁状态进行实时监测，并集成了远程通信与评判控制的健康监测系统，已经成为大型桥梁健康监测技术发展的前沿.
大型桥梁结构健康监测技术主要包括监测系统总体设计技术、传感器及其优化布设技术、数据自动采集与传输技术、结构仿真分析技术、健康诊断与结构安全评估技术等。
二、大型桥梁结构健康监测系统总体设计技技术
大型桥梁结构健康监测系统是集结构监测、系统辨识和结构评估于一体的综合监测系统。通常采用各种先进的测试仪器设备对大型桥梁在外界各种激励(包括交通荷载、环境荷载等)下的各种响应进行监测;然后对监测到的各种信息进行处理，结合结构模型等知识对结构进行诊断，分析结构的损伤状况;最后对大型桥梁结构的健康状态进行评价，并确定科学的大桥维修、养护策略。其监测内容一般包括
1)大型桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学性能响应，包括各种荷载下的内力(应力)、变形、固有频率、模态、混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等。
2)大型桥梁重要非结构构件(如支座)和附属设施的工作状态;
3)大桥所处环境条件等。
大型桥梁结构健康监测是运用现代的传感与通讯技术，实时监测大型桥梁运营阶段在各种环境荷载条件下的结构响应与行为，对于具体的一座大型桥梁的监测系统设计，由于其本身的结构特点和监测重点的不同，其相应的监测方法、内容、规模、监测效果也各不相同，但总体上应遵循以下设计准则:
1、系统功能要求
不同的功能目标所要求的监测项目不尽相同。绝大多数大跨度大型桥梁结构监测系统的监测项目都是从结构监控与评估出发的。如果监测系统考虑具有结构设计验证的功能，那就要获得较多结构系统识别所需要的信息。一般来说，对于大跨度索支承大型桥梁，需要较多的传感器布置于桥塔以及加劲梁以及缆索、拉索各部位，以获得较为详细的结构动力行为并验证结构设计时的动力分析模型和响应预测。
另外，在支座、挡块以及某些联结部位需安设传感器获取反映其传力、约束状况等的信息。因此大型桥梁结构健康监测系统的功能应考虑以下几个主要方面:
1）结构整体行为方面:包括研究结构在车桥共同作用、强风、强地面运动下的非线性特性以及桥址处环境条件变化对结构动力特性、静力状态(内力分布、变形)的影响等。
2)结构局部问题:例如边界、联接条件，钢梁焊缝疲劳及其它疲劳问题;结合梁结合面的破坏机制;索支承大型桥梁缆(拉)索和吊杆的振动局部损伤机制。
3)抗震方面:包括各种场地地面运动的空间与时间变化、结构相互作用、多点激励对结构响应的影响等，通过对墩顶与墩底应变、变形及加速度的监测进行大型桥梁抗震分析等。
4)抗风方面:包括风场特性观测、结构在自然风场中的行为以及抗风稳定性。
此外，也应重视结构耐久性问题、基础变形规律、桩基的承载力等问题。
2、效益/成本分析
监测系统的设计首先应该考虑建立该系统的目的和功能，对于特定的大型桥梁，建立结构健康监测系统的目的可以是大型桥梁监控与评估，或是设计验证，甚至以研究发展为目的。一旦建立系统的目的确定，系统的监测项目就可以基本上确定，也就可以确定其功能的设计要求。但由于监测系统设计过程中各监测项目的规模以及所采用的传感仪器和通信设备等的确定需要考虑投资的限度，因此在设计监测系统时必须对监测系统方案进行成本/效益分析。根据功能要求和成本/效益分析将监测项目和测点数量设计到所需的范围内，以便最优化地选择安装系统硬件设施。
三、传感器及其优化布置技术
传感器的选择主要考虑以下几个方面的因素:传感器类型的选择以及传感器的精度、分辨率、频响及动态范围;传感器布设位置以及其周围动态环境的影响程度、测量噪声的影响程度等。
大型大型桥梁健康检测、监测过程中应用的传感器主要用来测量加速度、速度、位移及应变等参数，由于大型桥梁结构尺寸庞大，同时自振频率往往非常低，结构的响应水平通常也非常小，因此，要求传感器必须具有频响范围广、低频响应好、测量范围大的特点。传统的传感器有压电式力传感器、加速度传感器、阻抗传感器、应变片等，它们己广泛应用于各类工程结构的实测中，这里不再赘述.
目前新兴的传感器主要有:疲劳寿命丝、压电材料传感器、碳纤维、半导体材料和光纤传感器等。
光纤传感器是随着光纤通讯技术的蓬勃发展而涌现出来的一种先进的传感器，是用于长期监测的最理想材料。其主要性能特点包括:
1)具有感测和传输双重功能;抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀，本质安全可靠，耐久性好;灵敏度高;重量轻、体积小、可挠曲，对被测介质影响小;
2)便于复用、成网，有利于与现有光通信技术组成遥测网和光纤传感网络;
3)测量范围广。可测量温度、压强、应变、应力、流量、流速、电流、电压、液位、液体浓度、成分等。
四、大型桥梁结构健康监测系统总体设计
现代大型桥梁结构健康监测技术不只是传统的大型桥梁检测技术的简单改进，而是运用现代传感与通信技术，实时监测大型桥梁运营阶段在各种环境条件下的结构响应与行为，获取反映结构状况和环境因素的各种信息，并由此分析结构的健康状况、评估结构的可靠性，为大型桥梁的管理与维修决策提供科学依据.
1 监测系统的组建，见图1：
图 1典型大型桥梁结构健康监测系统框图
2 监测系统的设计原则
1)目的与功能的主辅原则
监测系统的设计应该以建立该系统的目的和功能为主导性原则，建立健康监测系统的目的确定后，则系统的监测项目和仪器系统就可基本确定。一般而言，建立大型桥梁健康监测系统的主要目的是掌握结构的运营安全状况，因此健康监测系统的设计应首先考虑以结构安全性为主的监测原则，是能够关乎结构安全与否的重点监测内容，而其它目的则为辅的。
2)功能与成本最优原则
健康监测系统的成本通常比较大，其成本一般由三大部分组成:结构仿真分析费用、仪器系统费用及处理软件费用。结构仿真分析部分费用一般较小，但其意义重大。仪器系统是健康监测系统成本的主要部分，监测项目及传感器数量越多，监测信息就越全面，从而系统成本就越高;反之则降低系统成本，但同时可能会因为监测信息不足而使监测数据有效性减小。所以为使系统成本更合理，有必要对功能与成本进行优化，使用最小的投资，获得最大的有效监测信息。信息处理软件费用，其主要功能是对巨量信息进行解释、存储、传输及初步评价等，
该部分费用相对也比较小。
3)系统性和可靠性原则
监测分析、仿真计算、工程经验有机结合，也只有用系统分析原理，使测点之间、监测项目之间能相互结合，从而提高整个系统的监测功效;监测系统最基本的要求是可靠性，而整个系统的可靠性取决于所组成的各种仪器的可靠性、监测网络的布置及设计的统筹安排和施工上的配合等因素。
4)关键部件优先与兼顾全面性原则
关键部件是指各种原因导致的可能破坏区、变形敏感区及结构的关键部位，这些关键部件都必须重点监测。但也应考虑全面性，考虑对结构整体性进行监测，例如基础的总体安全性监控等。
5)实时与定期监测结合原则
根据监测目的、功能与成本优化确定监测项目后，应该考虑的是实时监测与定期监测分别设置的原则。由于监测项目的不同，有些项目不必长期实时监测，但其监测频率又远高于人工监测，这时可考虑采用定期监测，以减少后期维护成本和数据处理压力。
结束语：
交通运输是一个国家的经济命脉，而大型桥梁是交通的咽喉，大型桥梁的建造和维护是一个国家基础设施建设的重要组成部分，同时也是经济发展与技术进步的象征。本文简要分析了大型桥梁的健康系统的设计，希望对同行以帮助。
参考文献：
[1]孙全胜.智能大型桥梁结构健康监测的研究，东北林业大学博士学位论文.2005.
篇（8）
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。
篇（9）
在公共男厕所，我们经常会看到人们在使用小便池时，有尿液滴溅在地上，造成便迹难以清洗和增加细菌流动很不卫生，而且我国人口众多，如果这一问题不处理好，就会造成很大的环境污染。根据实验发现，造成这一现象的主要原因是因为人们在使用过程中，站立的位置不对，这就要求我们设计一种新型小便池，可以规范人们在使用时的站立位置，防止尿液滴溅，保护环境，提高国民素质。
1 现有环保小便池及其缺陷
目前市场上的环保小便池，主要有以下三种功能：
（一）在便池的设计上可以分别收集小便和大便，并且在使用时通过排气扇把意味向下排放，不用时有挡板自动隔离，去出臭味；此外，还把洗手池的下水管与小便收集桶相连，起到节水作用。
（二）在设计上将洗手池和小便池一体化，充分利用洗手水清洁小便池，起到节水作用。
（三）将便池与各种医疗检测装置相连，使便池具有健康检测功能。
综上所述，我国在便池节水、除臭、便于收集肥料以及结合医疗设备进行健康检测方面已有相关研究报道。但并未解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上，造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。这就要求我们设计一款新型环保小便池，可以规范人们在使用时的站立位置，如果站立位置符合要求则可以使用小便池，不符合要求则不能使用小便池，起到防止尿液滴溅，保护环境的作用。
2 新型环保小便池的总体设计
根据上述缺陷，这就要求我们设计一种新型环保小便池，解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上，造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。本项目的设计在于在小便池的外侧增加一块可收缩的挡板，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动盖板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制盖板自动放下。
2.1 功能说明
1）当需要使用时，人们站到划线规定位置，双脚下两个传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，收起盖板。不会影响人们正常使用，又能防止尿液溅出或直接滴在地上，造成便迹难以清扫，并产生细菌流动的现象。
2）当使用结束时，人们离开划线位置，双脚下两个传感器无感应，撤消信号，控制电动机反转，放下盖板。
通过这套系统，就可以很直观的告诉使用者，他该站立的位置，防止使用小便池时尿液滴溅，减少细菌流动，起到保护环境的作用。
2.2 原理图（图1、图2）及各部件作用说明
1）传感器：检测使用者双脚站立位置是否正确，正确传感器发出信号控制电动机正转；站立位置不正确，传感器则无信号发出。
2）电动机：系统动力源装置，带动转动杆。
3）转动杆：带动盖板收起和放下。
4）盖板：限制使用者的站立位置，未在规定位置，不得使用小便池，遮挡异味。
3 传感器的选用
传感器用于检测是否有物体存在于传感器的感应范围内，并以此作为判断使用者双脚是否站立到位。
3.1 性能比较
1）磁性开关，在实际应用中，主要用于检测气缸中活塞的运动位置，可在被测物体（如在气缸的活塞或活塞杆）上安装磁性物质，在气缸缸筒外面的两端各安装一个磁感应式接近开关，就可以用这两个传感器分别标识气缸运动的两个极限位置。故不适用于此设备中。
2）光电接近开关（本文中简称光电开关），通常在环境条件比较好、无粉尘污染上的场合下使用。光电开关工作时对被测对象几乎无任何影响。因此，在生产线上被广泛地使用。通常用于生产线设备中，用以检测是否有物料存在，光电开关就会感应到，发出信号，通过控制程序，就可以利用该信号状态来判断出传送带或送料机构中有无物料，从而判断是否驱动下一机构动作。而本文所设计的新型环保小便池工作原理，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动盖板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制盖板自动放下。所以光电传感器完全可以满足以上功能要求。
3）光纤式光电接近开关，光纤式光电开关由光纤检测头、光纤放大器两部分组成，光纤放大器和光纤检测头是分离的两部分，光纤检测头的尾端部分分成两条光纤，使用时分别插入放大器的两个光纤孔。光纤式光电开关的输出连接至PLC。光纤式光电开关也是光纤传感器的一种，光纤传感器传感部分没有电路连接，不产生热量，只利用很少的光能，这些特点使光纤传感器成为危险环境下的理想选择。光纤传感器还可以用于关键生产设备的长期高可靠性和稳定性的监视。相对于传统传感器，光纤传感器具有下述优点：抗电磁干扰、可工作于恶劣环境，传输距离远，使用寿命长，此外，由于光纤头具有较小的体积，所以可以安装在空间很小的地方。光纤放大器根据需要来放置。比如有些生产过程中烟火、电火花等可能引起爆炸和火灾，而光能不会成为火源，不会引起爆炸和火灾，所以可以将光纤检测头设置在危险场所，将放大器单元设置在非危险场所进行使用。根据调节的强度，光纤传感器可以检测不同的物品或者检测距离，所以光纤传感器完全可以满足新型环保小便池的功能要求。
3.2 价格比较
1）磁性开关的价格比较便宜，售价大概在20-200元之间，常用的大概在30元左右。
2）光电接近开关的价格，相对于磁性开关的价格略高一点，相对于光纤式光电接近开关的价格便宜很多。售价大概在80-300元之间，常用的大概在100元左右。
3）光纤式光电接近开关的价格最高，售价大概在300-1800元之间，常用的大概在800元左右。
综上所述，根据各类传感器的性能和价格的比较，选用光电接近开关（光电式传感器），首先光电式传感器完全可以满足新型环保小便池设计的功能要求，而且价格相对比较便宜，适合批量组装使用。本设备选用上海通尔生产型号为G012-MDNA-A的光电式传感器，检测距离0-200cm。
4 程序设计
4.1 PLC可编程逻辑控制器
在机电一体化设备中，有一个可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称PLC）模块，PLC种类有三菱系列、西门子系列、欧姆龙系列、松下系列，本论文仅以三菱PLC为例来讲解。
图3 三菱FX2N-48MR结构图
三菱FX2N-48MR结构图3所示。它有X0-X7、X10-X17、X20-X27共24个输入，Y0-Y7、Y10-Y17、Y20-Y27共24个输出组成。三菱FX2N-48MRPLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成。
4.2 PLC程序设计
1）电气控制原理图（图4）
图4 电气控制原理图
2）I/O分配表（表1）
表1 新型环保小便池I/O分配
3）PLC程序设计（图5）
图5 PLC程序设计
本文所设计的新型环保便池，当人们需要上厕所时，站到规定位置时传感器感应到，发出信号，控制电动机正转，带动挡板自动收缩，人们就可以使用；当使用结束人离开后，传感器感应消失，撤消信号，控制电动机反转控制挡板自动放下。此套装置可以解决因人们使用小便池时，站立位置不对，有尿液滴溅在地上，造成便迹难以清洗，并增加细菌流动，造成细菌流动污染环境这一问题。本设计可以起到提高国民素质，规范国民行为习惯，保护环境的作用。
【参考文献】
[1]孟立凡，蓝金辉，主编.传感器原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2007，8.
[2]李科杰.现代传感技术[M].北京：电子工业出版社，2005.
[3]张岩，胡秀芳.传感器应用技术[M].福州：福建科学技术出版社，2005.
[4]张文栋.微传传感器与微执行器全书[M].北京：科学出版社，2003.
[5]高勤.可编程控制器原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2006，8.
[6]廖常初.FX系列PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2006，1.
[7]孙振华.可编程控制器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2005.
[8]陈立定.电气控制与可编程序控制的原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2005.
[9]祝红芳.PLC及其在数控机床中的应用[M].北京：人民邮电出版社，2007，10.
[10]符磊.电工技术与电子技术基础[M]. 北京：清华大学出版社，1997，12.
篇（10）
2.边坡工程风险分析理论与应用研究
3.边坡工程分布式光纤监测技术研究
4.基于岩体质量指标BQ的岩质边坡工程岩体分级方法
5.边坡工程灾害防治技术研究
6.复杂岩质高边坡工程安全监测三维可视化分析
7.锦屏一级水电站左岸高边坡工程整体稳定性的模型试验研究
8.边坡工程中监测数据场三维云图实时动态可视化方法
9.突变理论在边坡工程应用的研究进展
10.边坡工程监测技术分析
11.地震作用下边坡工程动力响应与永久位移分析
12.基于强度折减法和容重增加法的边坡稳定分析及工程研究
13.深埋混凝土抗剪结构加固设计方法及其在大型边坡工程治理中的应用
14.光纤光栅测试技术在边坡工程中的应用
15.三维不连续变形分析理论及其在岩质边坡工程中的应用
16.工程边坡绿色防护机制研究
17.边坡工程可靠性的支持向量机估计
18.对边坡工程安全系数的思考
19.边坡工程风险评估与风险因子比率分析
20.边坡工程可靠性分析的最大熵方法
21.西南水电高陡岩石边坡工程关键技术研究
22.边坡工程失稳灾害预警系统的研究
23.边坡工程建设安全评估方法研究
24.边坡工程耐久性研究分析
25.边坡工程辅助决策系统及其在万梁高速公路中的应用研究
26.公路边坡工程地质灾害危险性评估方法研究
27.边坡工程稳定性分析及处治技术研究
28.中国典型重大边坡工程稳定性与安全评价现状研究
29.边坡工程风险指标体系的建立与应用
30.边坡工程研究中的新理论和新方法评述
31.边坡工程地质信息的三维可视化及其在三峡船闸边坡工程中的应用
32.GIS和数值模拟技术在边坡工程中的应用评述
33.岩体边坡工程中的位移监测及分析
34.公路边坡工程监测技术评价与分析
35.可用于边坡工程的三种反演方法
36.泥化夹层对边坡工程稳定性影响及控制方法研究
37.风险评估方法在边坡工程中的应用
38.预应力锚索格构在边坡工程中的设计研究
39.锚杆加固机理研究及其在边坡工程中的应用
40.分布式光纤传感技术在边坡工程监测中的应用研究
41.高等级公路中的边坡工程问题
42.复杂边坡工程稳定性监测及信息施工
43.区间分析理论及其在边坡工程中的应用
44.边坡工程中的PSA-ANFIS反演设计方法
45.边坡工程监测资料的稳定性判断和利用
46.岩石边坡工程块体系统稳定性预测、监测与控制
47.植被混凝土在水利边坡工程中的研究进展和应用现状
48.强降雨下元磨公路典型工程边坡稳定性研究
49.既有软质岩边坡工程检测鉴定技术研究
50.边坡工程变形监测系统的研究
51.边坡工程常用稳定性分析方法
52.第七届全国岩土工程实录交流会特邀报告——基坑与边坡工程综述
53.人工智能在矿山岩体边坡工程中应用
54.边坡工程稳定性耦合分析理论与方法研究
55.边坡工程的爆破效应分析
56.福州武警学院新校区边坡工程设计研究
57.边坡工程计算机辅助设计
58.露天矿边坡工程系统演化过程
59.电磁波层析成像技术在复杂地质边坡工程勘察中的应用研究
60.水电建设中的高边坡工程
61.高速公路边坡工程工后稳定性评估
62.抗滑桩在边坡工程中的研究进展及应用
63.改进粒子群优化算法在边坡工程力学参数反演中的应用
64.基于光纤传感的边坡工程监测技术
65.三维环境下边坡工程地质编录关键技术研究及系统开发
66.边坡工程中抗滑桩的效果评价与优化设计
67.边坡柔性防护技术在岩质边坡工程中的应用研究
68.露采边坡工程特点与有关问题的探讨
69.边坡工程监测信息可视化分析系统研发及应用
70.港渝两地边坡工程中土钉技术的对比研究
71.边坡工程集成式智能决策支持系统研究
72.竖向加筋技术在边坡工程中的应用研究
73.边坡工程模糊随机可靠度分析
74.基于逆可靠度的边坡工程反演分析
75.基于异步粒子群优化算法的边坡工程岩体力学参数反演
76.论环境边坡工程的设计与防治措施
77.福建山区高速公路边坡工程与锚固技术
78.大连某档案中心基坑边坡工程支护型式研究
79.极端冰雪灾害对边坡工程稳定性影响分析研究
80.有限元强度折减法在元磨高速公路高边坡工程中的应用
81.边坡工程模糊可靠度研究
82.边坡工程中的岩石力学参数研究方法探讨
83.云南红层分布及其边坡工程病害分析
84.广义塑性理论上限法及其在边坡工程中的应用
85.锚杆抗滑桩加固边坡工程动力稳定性分析
86.边坡工程中破裂角和岩体等效内摩擦角取值及应用若干问题探讨
87.边坡工程评价与设计计算机辅助系统
88.边坡工程反馈设计研究的人工神经网络方法
89.露天煤矿边坡工程的发展趋势
90.露天矿边坡工程技术的发展与展望
91.区间分析在边坡工程中的应用
92.边坡工程处治技术分析研究及工程应用
93.绿春县登天门景区边坡工程治理方案研究 优先出版
94.花岗岩类土质边坡工程特性及加固方法研究
95.边坡工程失稳灾害预警的研究
96.基于能量方法的岩体破坏机理及其在边坡工程中的应用
97.边坡工程加固需求度评价及其应用
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创新引领，科技创新体系建设初见成效
创新管理机制，营造创新环境和文化
大学要发展，必须坚持与时俱进，不断推进科技管理体制机制创新，建立有利于发挥高校学术环境优势、有利于学科交叉和资源共享、有利于调动科技人员积极性、有利于优秀拔尖人才脱颖而出的科技管理体制和运行机制。
“十五”以来。西安石油大学逐步建立完善科技管理制度和科技评价体系，相继制定、完善了《科技基金管理办法》、《重点实验室管理办法》、《科研项目管理办法》、《纵向项目经费资助办法》、《学术交流活动管理办法》、《优秀学术著作资助办法》等近20个文件和管理制度。与此同时，学校不断拓宽奖励范围。加大科技奖励力度，制定了《科技奖励办法》，对高级别项目、成果、论文、专利进行奖励。几年来，共发放科技奖励奖金300多万元。通过调整科研政策，科学评价学术成果，完善创新激励机制，强化量化考核等一系列措施，构建了科技创新的保障平台，形成了良好的学术氛围。这些切实有效的科技政策在教职工中引起了很大反响，极大地调动了科研人员的积极性，提升了广大教职工的科技创新意识。创新人才使用方式，凝聚创新人才队伍
人才是第一资源，是学校科技创新工作的根本保证。近年来，西安石油大学积极构建以业绩和贡献为依据，品德、知识、能力相结合的人才和团队考核评价体系，不断加大工作条件、分配政策向优秀团队和人才倾斜的力度。
学校深入实施人才强校战略，根据学科方向设置基本岗位，实行学术带头人负责制，通过制定配套政策和管理措施，明确学术带头人的责、权、利，促进学术带头人积极进行学科交叉研究，发挥多学科的整体优势，构建创新团队。通过各种措施在校内精心选拔人才，稳定现有的优秀学术带头人和学术骨干，不拘一格引进校外杰出人才。从人员编制、管理体制、资源分配、岗位津贴、职称评审和科技奖励等方面，调动教师进行科技创新的积极性。同时，按照“不求所有，但求所用”的原则，聘请石油石化企业技术骨干和校外专家做兼职教授，定期到校作学术讲座和交流。依托科研基地和重大创新项目，组建跨院(系)跨学科的创新团队，形成“学科带头人＋创新团队”的模式。通过一系列卓有成效的工作，形成了“以事业凝聚人、以待遇和政策稳定人、以感情留住人”的和谐校园环境。
创新平台建设模式，凝练科研特色方向
科研基地是开展学科交叉、进行科技创新的主要舞台，是汇聚科技人才的基地。以学科建设为龙头，依托学科优势，构建科技创新研究平台，有利于发挥学校的特色和优势，提升科技创新能力和办学水平。学校坚持以重点实验室、研究中心等创新平台为依托，以重大项目为牵引，加强创新人才的汇聚和科技创新团队的建设，整合资源，着力构建开放、共享的创新平台体系。建立“开放、流动、竞争、协作”的运行机制，在管理体制改革上勇于突破旧框架，做到责权利高度统一，让科研基地负责人享有充分的人事调配权、财务支配权、设备购置使用管理权和成果所有权。
学校依托石油石化学科优势，整合学科和科技资源，集中优势，率先发展，以此带动和辐射相关学科和科研基地发展。在重点支持优势学科和科研基地优先发展的同时。从科学技术的发展趋势和国家现代化建设的需要出发，创造条件使相关学科和科研基地蓄势发展，在“高、精、尖”上做文章。对有发展潜力的学科和科研基地。明确发展目标，积极培育，把其潜在的优势变为现实优势，逐渐形成“拳头”学科和科研基地。重点建设对学校科技创新工作具有推动作用的石油与天然气工程学科群、机械工程学科群、仪器科学与技术学科群、化学化工学科群，同时，建立一批学科交叉平台，不断形成新的学科增长点，构建相互依托、相互支撑的学科体系。在建设好传统优势学科的同时，根据国家石油石化工业发展和地方经济社会发展需要，培育和建设新兴学科，使其在互渗互动的工作格局中寻求交叉点和生长点。在学科交叉过程中孕育了新的研究方向，学校适时组建了“特种增产技术重点实验室”、“光电传感测并重点实验室”、“油气资源经济管理研究中心”、“钻机控制技术重点实验室”、“油气田环境污染控制技术与储层保护重点实验室”等十多个学科交叉、特色鲜明的创新平台。
创新服务方式，服务地方经济建设
学校充分发挥石油石化学科和地缘优势，坚持“开门办学，联合共建”的方针，与陕西省石油石化企事业单位：在科技开发、联合攻关、人才培养、基地建设等方面全面合作。着力构建科技创新服务平台，为石油石化企业和地方经济社会发展提供高水平的智力支持。学校每年专门组织博士、教授团赴石油石化企业现场考察交流，不仅帮助企业解决技术难题，而且获得了一线科技研发信息，有力地促进了学校的科技工作。学校充分发挥教育科技资源优势，为企业技术人员的在职培训和继续教育提供服务，已先后为石油企事业单位举办石油工程、石油仪器、计算机技术与应用、企业管理、外语等培训班300多期，受训人员近2万人。
近年来，学校积极探索与企业产学研结合的新途径，按照“优势互补、资源共享、互惠互利、共同发展”的原则，从广度和深度两方面大力推进产学研结合。先后和多家省内外石油石化企业、科研院所建立新型校企合作关系，联合共建学科点和研发基地，充分利用企业、科研院所的设备、人员、资金等优势，建立科技创新转化平台。先后与长庆石油勘探局等多家企业互相开放实验室；与宝鸡石油钢管有限公司、中国石油集团测井有限公司、长庆油田公司联合共建国家级或省部级重点实验室和工程技术研究中心。
经过几年的发展，学校的科技创新体系建设初见成效，创新能力得到大幅度增强，服务国家和地方经济社会发展的水平显著增强，科学创新成果不断涌现。
