【摘 要】
:
随着我国城市化进程的加快,城市基础设施日益完善。特别是大型基础设施,如铁路、隧道、桥梁等的结构健康监测,已经成为一个行业,其中地基沉降问题是一项重要内容。因而对地基沉降的监测手段,也呈现出多样化与层次化的实际需求。但从大的类别可以粗略的分为:施工期与服役期的地基沉降监测,本论文关注的是后者。服役期沉降监测一般是定期的常规巡检与特定沉降区域的评估监测相结合,随着物联网技术的发展,这两方面都向着自动化
论文部分内容阅读
随着我国城市化进程的加快,城市基础设施日益完善。特别是大型基础设施,如铁路、隧道、桥梁等的结构健康监测,已经成为一个行业,其中地基沉降问题是一项重要内容。因而对地基沉降的监测手段,也呈现出多样化与层次化的实际需求。但从大的类别可以粗略的分为:施工期与服役期的地基沉降监测,本论文关注的是后者。服役期沉降监测一般是定期的常规巡检与特定沉降区域的评估监测相结合,随着物联网技术的发展,这两方面都向着自动化、智能化、远程等现代化的监测方法发展。本论文就是在这个需求背景下开展的,针对本实验室开发的光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降监测系统(fiber-optic white light Michelson interference ground settlement monitoring,FIGS)的小型化、便携性、成本、多通道复用等问题,基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA),对光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降系统进行仪器化。论文的主要研究内容:(1)基于FPGA技术实现多通道光纤白光干涉地基沉降传感的数据采集与处理,在Verilog HDL语言开发环境下,实现FPGA系统串口数据传输模块、控制指令模块、滤波模块、数据存储模块、白光干涉寻峰模块、时钟模块等的设计。(2)在寻峰模块设计中提出了位置平均法与质心算法两种寻峰算法,这两种算法相结合可以在白光干涉峰出现较大畸变情况下,依然保持沉降监测的精度。实验表明,对多次50μm标准位移测量误差最大为3.71μm,体现出算法对系统稳定性提高的有效性,使该系统满足地基沉降监测的特等精度指标。(3)为实现地基沉降监测系统的小型化、低功耗、成本控制等,设计了该传感系统专用的数据采集与处理硬件板卡。该硬件板卡主要包含FPGA核心模块、串口模块、AD模块及电源模块。通过波形发生器验证,该硬件板卡可正常工作。且经测试,使用该硬件板卡的光纤白光迈克尔逊干涉地基沉降监测系统平均功耗仅为23W。
其他文献
表面等离激元共振(Surface plasmon resonance,SPR)传感技术具有高灵敏、免标记、高重复性、可实时动态监测等优势,广泛应用于食品安全、医疗卫生、环境监测等领域。其中,局域表面等离激元共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)技术因其表面电磁场局域性更强、灵敏度更高、易实现表面功能化等特点,在生物化学分析检测、人体健康动态监测、药
氮化镓(GaN)是一种具有较高的电子迁移率、较低的介电常数以及很好的导热性能的宽直接带隙半导体材料(室温下的带隙宽度为3.39 e V),近几年,它在诸如激光二极管(LD)和发光二极管(LED)等光电子器件中得到了广泛的应用,且在高功率和高效率的5G基站端射频器件和电力电子器件中也有重要的应用。大多数GaN材料是在蓝宝石、单晶硅和6H-Si C等单晶衬底上外延生长的,然而这些单晶衬底制备成本高且尺
对映异构体分离是化学合成和药物研发中的关键步骤,近年来随着手性横向光学力的提出,基于传统光镊的纯光学分选为对映异构体分离带来了全新的途径,但仍然效率低下。等离激元光镊相比于传统的光镊具有更小的捕获体积,可以对纳米尺度的样品进行精确操纵,拥有对纳米尺度的样品进行精确操纵并增强对映异构体分选的能力。本文从等离激元光镊和手性粒子受力原理出发,模拟并讨论了两种类型的等离激元光镊捕获和分选手性粒子的行为。其
由于光纤传感器具有抗电磁干扰、体积小、灵敏度高等一系列优势决定其能够应用于恶劣环境中的参量测量,将逐渐取代电子式传感器。实验证明,光纤法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Perot Interferometer,FPI)传感器在位移、温度等方面有着独特的优势。利用普通单模光纤制作的FPI传感器,由于一定数值孔径的限制,在大动态范围和低损耗级联传感器的制备和实现方面存在着困难。折射率渐变光纤(Grade
倾斜光纤布拉格光栅(TFBG)作为新型通信波段光纤无源器件,既具有普通光纤布拉格光栅(FBG)低成本、小型化、高灵敏度等传感优势,又具有高效的包层模式耦合特性,能够灵活激发高阶包层模式,将纤芯能量高效地耦合到光纤表面与物质相互作用形成不同物理场耦合机制,实现对外界微扰高灵敏度感知。但TFBG裸光纤倏逝场较弱、对外界环境探知灵敏度较低。表面等离激元共振技术(SPR)具有高灵敏快速动态实时监测等诸多优
近几十年来,电子传感器在工业和科研测量领域发挥着重要作用。但电子传感器在特定的应用场合存在着一定的局限,例如传感器易受到电磁干扰、电信号传输损耗大限制使用距离等。而光纤传感器用光代替电流、用光纤代替铜线,在抗电磁干扰等方面有较大的优势。与电子传感器相比,光纤传感器在实施方式和信号处理等方面有着多种不同的优点。近年来,光纤传感器和很多相关光学测量仪器已经从实验室的研究阶段发展到了现场工程的应用阶段。
近年来,科学技术飞速发展,人民生活水平大幅度提高。但是,大气中的各种有毒有害气体严重影响了人们的健康,因此制造出一种选择性好、灵敏度高、工作温度低、安全系数高的气体传感器变得尤为重要。目前,半导体金属氧化物在化学气体传感器领域有广泛应用。然而,如何轻松合成结构可控、工作温度较低、比表面积较大的金属氧化物材料仍然是一个巨大的挑战。本文利用MOFs材料作为前驱体衍生双金属钙钛矿型氧化物的方式,进行气敏
磁重联是将储存在磁场中的的自由能转换为等离子体热能和动能的一种机制,被广泛应用于空间物理和实验室物理中。由于磁重联的过程纷繁复杂,其发生条件和物理机制还需要我们进一步探索。本文基于2.5维粒子模拟方法研究了无碰撞磁重联过程,得到了以下结果:在无导向场磁重联位形中,发现重联电场呈圆形分布且存在两个对称的极值点,电子在分离线外侧沿着磁力线流向X点,沿分离线流出重联区,形成了平面内的Hall电流,By呈
超宽带信号是指-10 dB带宽大于500 MHz或是相对带宽大于20%的信号。超宽带信号由于其具有的大带宽、低功耗、抗多径衰落、可与其它信号共享频谱等优点受到人们广泛的关注而蓬勃发展。基于微波光子的超宽带信号产生方案,不仅能克服电子器件自身的带宽瓶颈问题,还可以与光载射频传输技术相结合,提高超宽带信号的覆盖范围。本论文对基于偏振合成脉冲差分的微波光子超宽带信号产生技术进行了理论分析、仿真设计与实验
柔性电子由于其轻薄、可卷曲折叠、可延展、低成本大面积加工等优势,在信息科技、健康医疗等领域表现出巨大的应用前景。随着技术升级,柔性电子的材料研发与产品应运而生。而在常见二维材料中,石墨烯由于具有优异的柔韧性和高透光率,在柔性电子领域有着非常广阔的应用前景,如基于石墨烯的柔性有机发光二极管和传感器。同样,氧化石墨烯,也就是被氧化的石墨烯,也是柔性电子领域的一个有竞争力的候选材料,因为石墨烯的基底平面